Кіріспе

Пластификатор (Ұлыбритания: пластификатор) – материалды жұмсақ және икемді ету, оның пластикалық қасиеттерін арттыру, тұтқырлығын азайту және/немесе өндіріс кезіндегі өңдеуді жеңілдету үшін материалға қосылатын зат. Пластификаторлар көбінесе полимерлерге, пластиктерге және ПВХ-қа шикізатты өңдеуді жеңілдету үшін немесе дайын өнімнің талаптарын қанағаттандыру үшін қосылады. Пластификаторлар поливинилхлоридтің (ПВХ) – ең көп қолданылатын үшінші пластиктің қолданылуы үшін аса маңызды. Пластификаторлар болмаған жағдайда ПВХ қатты және сынғыш болады, ал пластификаторлармен винил сайдинг, шатыр жабындары, винил едендер, жаңбыр жинағыштар, сантехника және электр сымдарының изоляциясы/қаптамасы сияқты өнімдерге қолдануға болады. Акрилаттар және целлюлоза типті пластиктер, мысалы, целлюлоза ацетаты, нитроцеллюлоза және целлюлоза ацетаты бутираты да пластификатордың жоғары мөлшерін қамтуы мүмкін.

Әрекет ету механизмі

Пластификаторлар полимер тізбектерінің арасына еніп, оларды бір-бірінен алшақтатады ("бос көлемді" арттырады) немесе оларды кеңейтеді, соның салдарынан пластик үшін шыны тәрізді өту температурасын айтарлықтай төмендетеді және оны жұмсақ етеді деп саналды. Кейіннен, бос көлемді түсіндіру пластикацияның барлық әсерлерін толыққанды түсіндіре алмайтыны анықталды. Пластикатордың қатысуында полимер тізбегінің қозғалғыштығы, Флори-Фокс теңдеуі қарапайым полимер тізбегі үшін болжағаннан гөрі күрделірек. Пластикатор молекулалары тізбектің қозғалғыштығын бақылайды. Полимер тізбегі полимер ұштарының маңындағы бос көлемнің артуын көрсетпейді. Егер пластификатор/су полимердің суды тартатын бөліктерімен сутекті байланыс жасаса, онда байланысқан бос көлем азаюы мүмкін. Пластификаторлардың серпімділік модуліне тигізетін әсері температураға да, пластикатордың концентрациясына да байланысты. Белгілі бір концентрацияның төменде, "көшігу концентрациясы" деп аталатын деңгейде, пластификатор материалдың модулін арттыра алады. Дегенмен, материалдың шыны тәрізді өту температурасы барлық концентрацияларда төмендейді. Көшігу концентрациясынан өзге, көшігу температурасы да бар. Көшігу температурасынан төмен пластификатор материалдың модулін де арттырады.

Таңдау

Соңғы 60 жыл ішінде полимерлік пластификатор ретінде жарамдылығы үшін 30 000-нан астам түрлі заттар бағаланды. Олардың аз ғана саны – шамамен 50 – қазіргі уақытта коммерциялық қолданысқа енген. Эстер пластификаторлар шығын тиімділігін бағалау негізінде таңдалады. Резеңке қосылысын дайындаушы эфир пластификаторларын үйлесімділік, өңделуге қолайлылық, тұрақтылық және басқа да қасиеттері бойынша бағалауы керек. Өндірісте қолданылатын эстер химиясының кең спектріне себакаттар, адипаттар, терефталаттар, дибензоаттар, глутараттар, фталаттар, азелаттар және басқа да арнайы қоспалар кіреді. Бұл кең өнім желісі түтікшелер мен шлангтар, еден жабындары, қабырға қаптамалары, тығыздағыштар, белбеулер, сымдар мен кабельдер, және басып шығару роликтері сияқты эластомерлердің көптеген қолданулары үшін қажетті артықшылықтарды ұсынады. Төмен және жоғары полярлы эстерлер нитрил, полихлорпропен, ЭПДМ, хлорланған полиэтилен және эпихлоргидрин сияқты эластомерлердің кең ауқымында қолданылады. Пластификатор мен эластомердің өзара әрекеттесуі ерігіштік параметрі, молекулалық салмағы және химиялық құрылымы сияқты көптеген факторлармен анықталады. Ұйлесімділік және қасиеттері резеңке қосылысын нақты қолдануға сәйкес әзірлеуде маңызды рөл атқарады. ПВХ және басқа да пластиктерде қолданылатын пластификаторлар көбінесе орташа тізбекті, тікелей немесе тармақталған алифалық спирттермен поликарбон қышқылдарының эстерлеріне негізделген. Бұл қосылыстар төмен уыттылық, негізгі материалмен үйлесімділік, ұшпаушылық және бағасы сияқты көптеген критерийлерге сәйкес таңдалады. Тікелей және тармақталған алкил спирттерінің фталат эстерлері осы талаптарға жауап береді және жиі қолданылатын пластификаторлар болып табылады. Ортофталат эстерлері дәстүрлі түрде ең көп қолданылатын пластификаторлар болды, бірақ реттеушік талаптар жіктелген заттардан жіктелмегендерге, соның ішінде жоғары молекулалық салмақты ортофталаттарға және басқа пластификаторларға, әсіресе Еуропада көшуге әкелді.

Антипластификаторлар

Антипластификаторлар - пластификаторлардың кері әсерін көрсететін полимерлік қоспалар. Олар модульді арттырып, шыны тәрізді өтпе температурасын төмендетеді.

Қауіпсіздік және улану

Кейбір полимерлік пластификаторлардың қауіпсіздігіне қатысты маңызды алаңдаушылықтар білдірілді, әсіресе төмен молекулалық салмақты ортофталаттардың кейбіреулері даму токсикалық әсерлері бар потенциалды эндокриндік бұзылушылар ретінде жіктелген. Пластификаторлар полимерлік матрицаға байланыспағандықтан, пластиктен миграция және тозу арқылы шығып кетуі мүмкін. "Жаңа көліктің иісі" көбінесе пластификаторларға немесе олардың ыдырау өнімдеріне байланысты делінеді, бірақ иістің құрамын зерттеген көптеген зерттеулер фталаттарды айтарлықтай мөлшерде таба алмады, бұл олардың өте төмен ұшпалығы мен бу қысымымен байланысты болуы мүмкін.

Бетон

Бетон технологиясында пластификаторлар мен суперпластикаторлар жоғары диапазонды су азайтушылар деп те аталады. Бетон қоспаларына қосылғанда, олар бірқатар қасиеттерді қамтамасыз етеді, соның ішінде жұмыс істеуге қолайлылықты және беріктікті арттырады. Бетонның беріктігі қосылған су мөлшеріне кері пропорционалды, яғни су-цемент (w/c) қатынасы. Артық беріктігі бар бетон алу үшін суды азайту қажет (бірақ қоспаны "аштыққа" ұшыратпай), бұл бетон қоспасын жұмыс істеуге қиын және араластыруды күрделендіреді, сондықтан пластификаторлар, су азайтушылар, суперпластикаторлар, сұйықтандырғыштар немесе дисперсанттарды қолдану қажет болады. Пластификаторлар бетонның беріктігін арттыру үшін поццоландық күл қосылғанда да жиі қолданылады. Бұл қоспа дайындау әдісі жоғары беріктікті бетон және талшықты бетон өндірісінде ерекше танымал. Цемент салмағының бірлігіне 1-2% пластификатор қосу әдетте жеткілікті. Пластификатордың артық мөлшерін қосу бетонның бөлінуіне әкелуі мүмкін және ұсынылмайды. Қолданылатын химиялық заттың ерекшелігіне байланысты, пластификатордың көп мөлшерін қолдану кешіктіру әсерін тудыруы мүмкін. Пластификаторлар көбінесе қағаз өнеркәсібінің қосалқы өнімі болып табылатын лигносульфонаттардан жасалады. Суперпластикаторлар әдетте сульфондалған нафталин конденсатынан немесе сульфондалған меламин формальдегидінен өндіріледі, бірақ қазір поликарбоксилді эфирлерге негізделген жаңа өнімдер де бар. Лигносульфонат негізіндегі дәстүрлі пластификаторлар, нафталин және меламин сульфонаты негізіндегі суперпластикаторлар электростатикалық итергіштік механизмі арқылы флокуляцияланған цемент бөлшектерін таратуға мүмкіндік береді (қоллоидтарды қараңыз). Қалыпты пластификаторларда белсенді заттар цемент бөлшектеріне сіңіріліп, оларға теріс заряд береді, бұл бөлшектердің арасындағы итергіштікке әкеледі. Лигнин, нафталин және меламин сульфонаты суперпластикаторлары – органикалық полимерлер. Ұзын молекулалар цемент бөлшектерін орап, оларға жоғары теріс заряд береді, соның салдарынан олар бір-бірін итермелейді. Поликарбоксилат эфирлі суперпластикатор (ПКЭ) немесе жай ғана поликарбоксилат (ПК) сульфонат негізіндегі суперпластикаторлардан өзгеше жұмыс істейді, стериялық тұрақтандыру арқылы цементті таратуға мүмкіндік береді. Бұл тарату түрі күштірек әсер етеді және цемент қоспасының жұмыс істеуге қолайлылығын жақсартады.

Стек

Пластикаторларды қабырға жабын қоспаларына жұмысты жақсарту үшін қосуға болады. Қабырға тақтасын кептіруге жұмсалатын энергияны азайту үшін суды азайту қажет, бұл гипс қоспасын жұмыс істеуге қиын және араластыруды күрделендіреді, сондықтан пластикаторлардың, су азайтушылардың немесе дисперсанттардың қолданылуы қажет. Кейбір зерттеулер лигносульфонат дисперсантының артық мөлшері жабыну процесін баяулатуы мүмкін екенін көрсетеді. Деректер көрсеткендей, ядродағы механикалық ине тәрізді кристаллдық өзара әрекеттесуге кедерес келтіретін, қалыпты кристалл түзілімдер пайда болды, бұл ядроның күшін азайтады. Лигносульфонаттардағы қанттар, хелаттаушы агенттер, мысалы альдоникалық қышқылдар және экстракциялық қосылыстар негізінен жабыну процесін тежеуге жауапты. Бұл төмен диапазондағы су азайтушы дисперсанттар көбінесе қағаз өнеркәсібінің қосалқы өнімі болып табылатын лигносульфонаттардан жасалады. Жоғары диапазондағы суперпластификаторлар (дисперсанттар) әдетте сульфондалған нафталин конденсатынан жасалады, бірақ поликарбоксилді эфирлер көбірек заманауи балама болып табылады. Бұл екі жоғары диапазондағы су азайтушылар лигносульфонат түрлерінің 1/2-ден 1/3-і мөлшерінде қолданылады. Лигносульфонат және нафталин сульфонаты негізіндегі дәстүрлі пластификаторлар электростатикалық итергіштік механизмі арқылы флоккуляцияланған гипс бөлшектерін таратуға мүмкіндік береді (Коллоидқа қараңыз). Қалыпты пластификаторларда белсенді заттар гипс бөлшектеріне сіңіріліп, оларға теріс заряд береді, бұл бөлшектердің арасындағы итергіштікке әкеледі. Лигнин және нафталин сульфонаты пластификаторлары органикалық полимерлер болып табылады. Ұзын молекулалар гипс бөлшектерінің айналасын орап, оларға жоғары теріс заряд береді, сондықтан олар бір-бірін итермелейді.

Энергетикалық материалдар

Энергетикалық материалдардың пиротехникалық қоспалары, әсіресе қатты ракеталық жанармайлар және тапаншаларға арналған түтінсіз ұнтақтар, көбінесе жанармай байланыстырғышының немесе жалпы жанармайдың физикалық қасиеттерін жақсарту, қосалқы отынды қамтамасыз ету және идеалды жағдайда жанармайдың нақты энергия шығымын (мысалы, нақты импульс, жанармайдың граммына шаққандағы энергия шығымы немесе ұқсас көрсеткіштер) арттыру үшін пластификаторларды қолданады. Энергиялық пластификатор энергетикалық материалдың физикалық қасиеттерін жақсартады және оның нақты энергия шығымын да арттырады. Энергиялық пластификаторлар, әсіресе қатты ракеталық жанармайлар үшін, энергиясыз пластификаторларға қарағанда әдетте артықшылыққа ие. Энергиялық пластификаторлар қажетті жанармай массасын азайтады, бұл ракета тасымалдағышына көбірек пайдалы жүк тасымалдауға немесе басқа жағдайларда мүмкін болатыннан жоғары жылдамдыққа жетуге мүмкіндік береді. Дегенмен, қауіпсіздік немесе құн мәселелері ракеталық жанармайларда тіпті энергиясыз пластификаторларды қолдануды талап етуі мүмкін. Ғарыш шаттлының қатты ракеталық күшейткішіне қолданылатын қатты ракеталық жанармайда синтетикалық резеңке HTPB энергиясыз екінші реттік отын ретінде қолданылады.