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聚氯乙烯用增塑剂的研究新进展
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聚氯乙烯用增塑剂的研究新进展
摘 要：PVC具有机械强度高、耐磨、阻燃、耐化学腐蚀、价格低廉、电气绝缘性能好等优点。广泛应用于工业、农业、建筑、医疗、日用品、电力电缆等行业。纯的PVC分子链极性较强，表现出较高的机械强度和一定的脆性，导致加工应用困难。为了改善这一缺陷，通常在PVC基材中加入相应的增塑剂以提高其柔韧性。增塑剂是塑料的第一大添加助剂，约占塑料助剂的54%。据统计大约有100多种商业化增塑剂应用于PVC制品中。如邻苯二甲酸酯类、聚酯类、柠檬酸酯类、环氧类等。
关键词：聚氯乙烯;增塑剂;趋势
1 增塑剂的增塑机理
增塑剂改性PVC主要作用有两点：一是降低PVC的熔融温度和熔体黏度，从而降低其加工温度;二是赋予PVC制品以柔软性、弹性和耐低温性能。增塑剂按其作用原理和作用方式，可分为内增塑剂和外增塑剂两种。内增塑是通过化学方法改变PVC的结构从而达到增塑作用。内增塑作用的优点是软、硬链段具有稳定的化学结合，不存在迁移和挥发损失的弊端;缺点是内增塑对PVC树脂的化学改性，在技术或经济上都有其局限性。外增塑剂通常是难挥发的高沸点酯类，少数是低熔点固体，它们一般不与PVC发生化学反应，其增塑作用是通过增塑剂对PVC树脂的偶合作用和屏蔽作用来实现的。偶合作用是以增塑剂的极性基团与PVC树脂的极性基团相互作用来代替原来聚合物分子间的极性联结，一般前者作用力较后者弱，因此降低了聚合物的次价键。
2 环氧油类增塑剂
環氧油类增塑剂是通过官能团的反应发挥作用，改造植物油脂中的主要成分甘油酯的化学结构，可以提高植物油和PVC之间的相容性。目前，我国正不断加强对环氧植物油增塑剂的研究力度。环氧油类增塑剂包括的种类主要有环氧大豆油（ESO）、环氧脂肪酸辛酯（ED-3）等。其中环氧大豆油的开发时间较早，因具有良好的耐光性、耐热性、低挥发性以及低温下柔韧性较好的特点而被广泛应用于各个领域。环氧油类增塑剂可以捕获PVC中迁移出的HCl，终止PVC降解的自由基反应，从而大大降低PVC的降解，改善PVC对光和热的稳定作用，提高耐温性，并与PVC间有着良好的相容性，能很快地均匀分散在PVC中，在所有的PVC产品中广为应用。例如：在软质或硬质PVC制品的加工过程中，加入环氧大豆油可制成无毒的PVC制品，既能保证制品的透明性，又能保证制品的安全无毒性（如透明包装盒，输血袋，食品、药品的包装等）。此外，其在塑料门窗方面的应用也较为广泛，这都与经环氧大豆油增塑的制品无毒、透明密切相关。总而言之，在PVC的加工过程中，加入环氧大豆油不仅可以降低能耗，提高产品的质量，还可以降低成本，提高经济效益。
3 柠檬酸酯类增塑剂
柠檬酸酯类增塑剂的品种较多，其中以乙酰基柠檬酸三丁酯（ATBC）、柠檬酸三丁酯（TBC）最为常用。TBC的原材料为柠檬酸与丁醇，两者在催化剂的作用下合成。TBC与PVC之间有较好的相容性，生物降解性好，且有较高的增塑效率。TBC的应用领域较为广泛，如医药以及医疗器械的包装、儿童玩具、卫生用具等。TBC可用来制备另一种无毒增塑剂AT-BC，该产品性能与TBC相近，但环保指标更加优越。ATBC具有良好的低温柔软性、耐寒性与耐光性，溶于多数的有机溶剂，不溶于水，且透明性好，水抽出率低，经其增塑的塑料制品加工性能优良，热合性好，二次加工方便，特别适合作为儿童玩具的主增塑剂使用。TBC与ATBC相比较而言，两者的性能相似度大，但TBC挥发性及耐久性不及ATBC，且其在食品塑料方面的应用较少。TBC和ATBC在增塑方面的性能优异，拥有广阔的市场。但美中不足的是，两者在生产过程中需用到催化剂，而常用的催化剂为浓硫酸，浓硫酸对仪器设备的腐蚀严重，且容易在反应过程中产生副反应，反应产物对环境有一定的危害，因此，寻找合适的催化剂来代替浓硫酸是研究人员目前一直在做的努力。
4 偏苯三酸酯类
该类增塑剂的苯环上有3个酯基官能团，比邻苯二甲酸酯类多1个，因此相比较而言就具备了更高的相对分子质量，且极性足够大，确保了与PVC之间良好的相容性。偏苯三酸酯类增塑剂主要包括偏苯三酸三辛酯（TOTM）和偏苯三酸三甘油酯等。其中，TOTM是偏苯三酸酯类增塑剂中的主要产品，耐老化性、耐热性好，挥发性较低，绝缘性好，具有耐油性及可加工性。主要应用于电线电缆，也可用作浸渍剂和耐高温绝缘漆，广泛用于电器内部件、半导体等包覆材料。偏苯三酸三甘油酯在增塑剂方面的性能也十分优异，除了具有与TOTM相似的优异性能之外，还具有阻燃以及耐抽出性，不仅广泛应用于电线电缆行业，还被广泛地用于食品、医疗卫生行业以及儿童玩具等方面。我国对偏苯三酸三甘油酯的开发和利用还不够广泛，应结合国外的应用现状与理念，加强国内对偏苯三酸三甘油酯的研究和开发。
总之，我国的相关企业更应该充分利用这些现有的便利条件，积极研究开发新的技术方法，不断完善现有的生产方式，降低反应能耗，降低成本，提高产品的利用率。在增塑剂问题的探究上，应该秉承积极创新的精神，以采用新型的催化剂、新型的合成工艺以及降低产品能耗与成本为目标，不断开拓研究，充分利用现有的资源，做到物尽其用。
参考文献：
[1]张成忠.聚氯乙烯工业技术进展概述[J].聚氯乙烯，2018 （05）.
[2]李鑫鑫.浅谈聚氯乙烯用增塑剂的研究新进展[J].化学研究，2018（09）.
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增塑剂
聚氯乙烯
新进展
研究
2022/0610/63835
摘 要：PVC具有机械强度高、耐磨、阻燃、耐化学腐蚀、价格低廉、电气绝缘性能好等优点。广泛应用于工业、农业、建筑、医疗、日用品、电力电缆等行业。纯的PVC分子链极性较强，表现出较高的机械强度和一定的脆性，导致加工应用困难。为了改善这一缺陷，通常在PVC基材中加入相应的增塑剂以提高其柔韧性。增塑剂是塑料的第一大添加助剂，约占塑料助剂的54%。据统计大约有100多种商业化增塑剂应用于PVC制品中。如邻苯二甲酸酯类、聚酯类、柠檬酸酯类、环氧类等。
关键词：聚氯乙烯;增塑剂;趋势
1 增塑剂的增塑机理
增塑剂改性PVC主要作用有两点：一是降低PVC的熔融温度和熔体黏度，从而降低其加工温度;二是赋予PVC制品以柔软性、弹性和耐低温性能。增塑剂按其作用原理和作用方式，可分为内增塑剂和外增塑剂两种。内增塑是通过化学方法改变PVC的结构从而达到增塑作用。内增塑作用的优点是软、硬链段具有稳定的化学结合，不存在迁移和挥发损失的弊端;缺点是内增塑对PVC树脂的化学改性，在技术或经济上都有其局限性。外增塑剂通常是难挥发的高沸点酯类，少数是低熔点固体，它们一般不与PVC发生化学反应，其增塑作用是通过增塑剂对PVC树脂的偶合作用和屏蔽作用来实现的。偶合作用是以增塑剂的极性基团与PVC树脂的极性基团相互作用来代替原来聚合物分子间的极性联结，一般前者作用力较后者弱，因此降低了聚合物的次价键。
2 环氧油类增塑剂
環氧油类增塑剂是通过官能团的反应发挥作用，改造植物油脂中的主要成分甘油酯的化学结构，可以提高植物油和PVC之间的相容性。目前，我国正不断加强对环氧植物油增塑剂的研究力度。环氧油类增塑剂包括的种类主要有环氧大豆油（ESO）、环氧脂肪酸辛酯（ED-3）等。其中环氧大豆油的开发时间较早，因具有良好的耐光性、耐热性、低挥发性以及低温下柔韧性较好的特点而被广泛应用于各个领域。环氧油类增塑剂可以捕获PVC中迁移出的HCl，终止PVC降解的自由基反应，从而大大降低PVC的降解，改善PVC对光和热的稳定作用，提高耐温性，并与PVC间有着良好的相容性，能很快地均匀分散在PVC中，在所有的PVC产品中广为应用。例如：在软质或硬质PVC制品的加工过程中，加入环氧大豆油可制成无毒的PVC制品，既能保证制品的透明性，又能保证制品的安全无毒性（如透明包装盒，输血袋，食品、药品的包装等）。此外，其在塑料门窗方面的应用也较为广泛，这都与经环氧大豆油增塑的制品无毒、透明密切相关。总而言之，在PVC的加工过程中，加入环氧大豆油不仅可以降低能耗，提高产品的质量，还可以降低成本，提高经济效益。
3 柠檬酸酯类增塑剂
柠檬酸酯类增塑剂的品种较多，其中以乙酰基柠檬酸三丁酯（ATBC）、柠檬酸三丁酯（TBC）最为常用。TBC的原材料为柠檬酸与丁醇，两者在催化剂的作用下合成。TBC与PVC之间有较好的相容性，生物降解性好，且有较高的增塑效率。TBC的应用领域较为广泛，如医药以及医疗器械的包装、儿童玩具、卫生用具等。TBC可用来制备另一种无毒增塑剂AT-BC，该产品性能与TBC相近，但环保指标更加优越。ATBC具有良好的低温柔软性、耐寒性与耐光性，溶于多数的有机溶剂，不溶于水，且透明性好，水抽出率低，经其增塑的塑料制品加工性能优良，热合性好，二次加工方便，特别适合作为儿童玩具的主增塑剂使用。TBC与ATBC相比较而言，两者的性能相似度大，但TBC挥发性及耐久性不及ATBC，且其在食品塑料方面的应用较少。TBC和ATBC在增塑方面的性能优异，拥有广阔的市场。但美中不足的是，两者在生产过程中需用到催化剂，而常用的催化剂为浓硫酸，浓硫酸对仪器设备的腐蚀严重，且容易在反应过程中产生副反应，反应产物对环境有一定的危害，因此，寻找合适的催化剂来代替浓硫酸是研究人员目前一直在做的努力。
4 偏苯三酸酯类
该类增塑剂的苯环上有3个酯基官能团，比邻苯二甲酸酯类多1个，因此相比较而言就具备了更高的相对分子质量，且极性足够大，确保了与PVC之间良好的相容性。偏苯三酸酯类增塑剂主要包括偏苯三酸三辛酯（TOTM）和偏苯三酸三甘油酯等。其中，TOTM是偏苯三酸酯类增塑剂中的主要产品，耐老化性、耐热性好，挥发性较低，绝缘性好，具有耐油性及可加工性。主要应用于电线电缆，也可用作浸渍剂和耐高温绝缘漆，广泛用于电器内部件、半导体等包覆材料。偏苯三酸三甘油酯在增塑剂方面的性能也十分优异，除了具有与TOTM相似的优异性能之外，还具有阻燃以及耐抽出性，不仅广泛应用于电线电缆行业，还被广泛地用于食品、医疗卫生行业以及儿童玩具等方面。我国对偏苯三酸三甘油酯的开发和利用还不够广泛，应结合国外的应用现状与理念，加强国内对偏苯三酸三甘油酯的研究和开发。
总之，我国的相关企业更应该充分利用这些现有的便利条件，积极研究开发新的技术方法，不断完善现有的生产方式，降低反应能耗，降低成本，提高产品的利用率。在增塑剂问题的探究上，应该秉承积极创新的精神，以采用新型的催化剂、新型的合成工艺以及降低产品能耗与成本为目标，不断开拓研究，充分利用现有的资源，做到物尽其用。
参考文献：
[1]张成忠.聚氯乙烯工业技术进展概述[J].聚氯乙烯，2018 （05）.
[2]李鑫鑫.浅谈聚氯乙烯用增塑剂的研究新进展[J].化学研究，2018（09）.
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2022/0610/63835
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