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增塑剂:生物基 PVC 增塑剂有望迎来发展

2022-9-30 8:57:00来源:TK生物基材料作者:
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  • 增塑剂作用机理及特性。增塑剂可以降低 PVC 分子链间的作用力,所以能够降低 PVC 塑料的玻璃化温度、流动温度与所含微晶的熔点,同时可以提高制品的可塑性及柔软度
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  • 化工 项目 增塑剂

增塑剂作用机理及特性。增塑剂可以降低 PVC 分子链间的作用力,所以能够降低 PVC 塑料的玻璃化温度、流动温度与所含微晶的熔点,同时可以提高制品的可塑性及柔软度。增塑剂主要有两大作用机理,体积效应和屏蔽效应。

体积效应主要用于非极性增塑剂,以插入分子链等方式增大分子间距离,消弱分子间作用力从而降低熔融粘度。而屏蔽效应多应用于极性增塑剂,用极性增塑剂和极性聚合物替换聚合物分子间的极性引力。增塑剂主要性能包括增速效率、相容性、耐寒型、耐久性、耐热性、绝缘性、阻燃性及卫生性。

邻苯二甲酸酯的使用约占整个增塑剂产品的 80%。增塑剂的种类多达百余种,但其中的邻苯二甲酸酯类增塑剂因其技术性能、功能多样性以及经济效益较好,从而应用最为广泛,约占整个增塑剂产品的 80%。

邻苯二甲酸酯类的化合物,又称酞酸酯类化合物,这类化合物在聚氯乙烯(PVC)制品、人造革、电缆、管道、地板材料、食品、药品、化妆品、玩具、汽车等各类产品或包装中使用广泛。常见的邻苯二甲酸酯类增塑剂有DOP、DINP、DBP、DCP等,另有非邻苯二甲酸酯类增塑剂如DOTP、柠檬酸酯等。

PVC 是增塑剂最主要下游。聚氯乙烯(简称 PVC),是氯乙烯单体在过氧化物、偶氮化合物等引发剂或在光、热作用下按自由基聚合反应机理聚合而成的聚合物。增塑剂是一类能提高聚合物理性、改善材料加工性能的化工助剂,98%以上都应用于聚氯乙烯(PVC)及树脂制品。

邻苯二甲酸酯类化合物急性毒性比较低,但仍存在慢性毒性的危害。邻苯二甲酸酯类增塑剂对人体健康的影响取决于其摄入量大小和摄入时间长短,其可通过呼吸道、消化道和皮肤吸收进入人体,尽管其大部分可以较快代谢、分解并通过尿液、粪便排出,但仍可能有少量在人体内累积。

在亚慢性、慢性毒性试验中,一些低分子量邻苯二甲酸酯类增塑剂显示出一定的对生殖、发育、神经和内分泌等的毒性。通过动物实验发现邻苯二甲酸酯类的主要危害是有类雌激素效应、产生内分泌干扰作用,造成免疫力下降。长期大剂量摄入邻苯二甲酸酯类增塑剂会产生生殖毒性、肝毒性、肾毒性,可能引起细胞代谢紊乱,造成机体心血管系统障碍,甚至致癌的风险。

无毒/低毒 PVC 增塑剂分类。增塑剂通常根据化学结构、应用性能、分子量等方面分类。在国际部分国家禁止了我国使用的主流增塑剂邻苯二甲酸二辛酯 DOP 的使用后,国内产业对 DOP 替代品对需求猛涨。以 PVC 的性能要求为参考,增塑剂可分为耐寒增塑剂、耐高温增塑剂、耐热耐光增塑剂、阻燃增塑剂、无毒增塑剂以及耐菌性增塑剂。

现国内主要使用的无毒或低毒增塑剂都有柠檬酸酯增塑剂、偏苯三酸类增塑剂、均苯四酸四辛酯、二甘醇二苯甲酸酯、二丙二醇二苯甲酸酯、对苯二酸二辛酯、葵二酸二正己酯、环氧大豆油。

生物基增塑剂的必要性。以邻苯二甲酸酯为代表的传统增塑剂普遍具有易挥发性,会使产品丧失柔性。邻苯二甲酸酯还携带对哺乳动物的生物毒性,会对人体和环境产生伤害,无法在儿童及食品包装中应用。同时,邻苯二甲酸酯的生产需要不可再生的石油资源。所以,相对而言生物基增塑剂可以减少对自然环境和人体的危害,缓解石化资源的消耗及碳排放,增加多功能聚合物制造产品的可持续性。

用香草酸制备生物基增塑剂。在 2021 年,安徽大学的杨建军教授以香草酸为原料,采用两步法合成了可代替邻苯二甲酸酯用作 PVC 增塑剂的具有不同烷基链的酯类化合物。通过经过对热学性能表征、光学性质表征、力学性质表征的研究,证明了这一类新型 VA 基增塑剂相较于传统增塑剂 DOP,增塑效果更好,显示了生物基增塑剂在 PVC 中显示出的巨大潜力。

生物基增塑剂产品逐渐增加。近日,意慕利油脂化学引入了Edenol 2178和 2192,全新的百分百基于生物的聚酯增塑剂。经过测试,Edenol 系列新产品与传统产品己二酸二相比,增塑剂的迁移大幅度减少。

通过聚合物增塑剂代替DEHA单体增塑剂可以有效在减少邵氏D硬度损失的同时提高析出性。于此同时,加拉塔化工,致力于供应生物基增塑剂,也推出了新产品 DrapexAlpha250,由不和食物供应链竞争的可再生原料制成。此产品拥有良好的耐析出性、低挥发性、热稳定性以及对抗微生物成长的性能。

(关键字:化工 项目 增塑剂)

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