增塑剂的作用及分类、应用
什么是增塑剂?
增塑剂是一种高沸点、低挥发性的物质,其分子结构具有极性部分和非极性部分。
增塑剂的作用:
①降低熔体的黏度;
②增加高聚物的柔韧性;
③增加高聚物的断裂伸长率;
④降低高聚物的成型加工温度;
⑤改善高聚物的成型加工特性;
⑥改善高聚物的冲击性能;
⑦改善高聚物的低温柔曲性;
⑧降低高聚物的表面硬度。
增塑剂的分类:
(1)按相容性的差异分
可分为主增塑剂和辅助增塑剂。主增塑剂是指能与树脂充分相容的增塑剂,或称溶剂型增塑剂。它的分子不仅能进入树脂分子链的无定型区,也能进入分子链的结晶区。因而它不会渗出、喷霜等,可以单独使用。
辅助增塑剂即非溶剂型增塑剂,一般不能进入树脂分子链的结晶区,只能与主增塑剂配合使用,所以也称增量剂。
增塑剂总量中的75-80%应用于聚氯乙烯塑料,主要是碳原子数6-11的脂肪醇与邻苯二甲酸类合成的酯类,其中最为主要的是邻苯二甲酸二辛酯(DOP),是标准增塑剂。此外,还有环氧类、磷酸酯类和癸二酸酯类增塑剂及氯化石腊类增量剂等。
(2)按作用方式分
可分为内增塑剂和外增塑剂。通常,内增塑剂是在聚合过程中加入的第二单体,以进行共聚对聚合物进行改性。如氯乙烯-醋酸乙烯共聚物比氯乙烯均聚物更加柔软。内增塑剂的优点是相容性优异;缺点是通用性差,使用温度范围窄。
外增塑剂,通常是高沸点难挥发的液体或低熔点固体,将其添加到需要增塑的聚合物中,可以增加聚合物的塑性。外增塑剂不与聚合物发生化学反应,和聚合物的相互作用主要是在升高温度时的溶张作用,与聚合物形成一种固体溶液。内增塑剂优点是性能全面、生产和使用方便;缺点是相容性差。
(3)按分子的化学结构分
可分为单体型和聚合物型。绝大多数增塑剂为单体型,有固定的分子量,如邻苯二甲酸酯类、脂肪酸二元酸酯类等,也有分子量不固定的单体增塑剂,如环氧大豆油;由二元酸与二元醇缩聚而得的聚酯(M为1000-6000)是聚合型增塑剂。
(4)按增塑剂的应用特性分
可分为通用型和特殊型。一些增塑剂性能比较全面,但没有特殊的性能,称之为通用型增塑剂,如邻苯二甲酸酯类;一些增塑剂除了增塑作用外,尚有其它功能,如脂肪酸二元酸酯类等,具有良好的低温柔曲性能,称为耐寒增塑剂,而磷酸酯类有阻燃性能,称为阻燃增塑剂。
(5)按化学结构分
①邻苯二甲酸酯(如:DBP、DOP、DIDP);
②脂肪族二元酸酯(如:己二酸二辛酯DOA、癸二酸二辛i-DOS);
③磷酸酯(如:磷酸三甲苯酯TCP,磷酸甲苯二苯酯CDP);
④环氧化合物(如:环氧化大豆油,环氧油酸丁酯);
⑤聚合型增塑剂(如:己二酸丙二醇聚酯);
⑥苯多酸酯(如:1,2.4一偏苯三酸三异辛酯);
⑦含氯增塑剂(如:氯化石蜡、五氯硬酯酸甲酯);
⑧烷基磺酸酯;
⑨多元醇酯;
⑩其它增塑剂。
增塑剂的应用:
1.混凝土应用
一般混凝土的含水量越高,其流动性及加工性越好。但在混凝土有足够的水分时,混凝土凝固后的强度和含水量恰成反比。因此若要混凝土有高强度,混凝土的水量不能过多,此时的加T性就会变差,塑化剂可以在不影响混凝土的加工性的条件下减少其含水量(因此称为减水剂),同时也提升混凝土的强度。若混凝土中加入了Pozzolana火山灰时,也会加入塑化剂来提升强度。生产高强度混凝土或纤维强化混凝土时,常用此方式来提升强度 。
2.石膏干壁应用
石膏千壁中使用的塑化剂也称为分散剂,可增加石膏凝固之前的加工性。为了减少使干壁干燥所需的能量,在制作时会加人较少的水,此时的加工性就会变差,加入塑化剂可以改善其加工性。一般而言一平方尺(MSF)大小、1/2英寸厚(即15g/m²)的干壁加入2磅的塑化剂即可。若加入过量的塑化剂,会出现缓凝作用,也会使石膏干壁强度变差。
3.含能材料应用
含能材料及烟火药剂一般会使用增塑剂,一方面可以改善推进剂的本身或其粘合剂的物理性质,另一方面也可以当成辅助燃料,提升单位质量燃料所提供的推进力(即比冲)。在固态火箭推进剂及无烟火药中特别需要增塑剂改善物理性质或提升比冲。可提升比冲的增塑剂一般称为含能增塑剂(energeticplasticizer)。其优点是可减少推进剂的质量,增加火箭酬载或提升其最大速度。
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