Пластификаторы

Пластифика́торы (от греч. πλαστός – лепной, пластичный и лат. facio – делать), вещества, вводимые в полимерные материалы для придания (или повышения) эластичности и/или пластичности при переработке и эксплуатации. Они облегчают диспергирование сыпучих ингредиентов в полимерах, снижают температуры текучести (переработки), хрупкости (морозостойкости) и стеклования полимерных материалов, обычно снижают теплостойкость; некоторые пластификаторы могут повышать огне-, свето- и термостойкость полимеров.

Введение пластификаторов в каучуки снижает опасность подвулканизации, понижает твёрдость, гистерезисные потери и теплообразование при многократных деформациях резин. Те пластификаторы, которые только облегчают переработку каучуков, снижая температуру текучести резиновых смесей, но не улучшают морозостойкость вулканизата, называют мягчителями; это обычно парафино-нафтеновые и ароматические нефтяные масла, парафины, канифоль, продукты взаимодействия растительных масел с серой (фактисы), нефтяные битумы (рубраксы), инден-кумароновые смолы.

Общие требования к пластификаторам: смешиваемость с полимером; низкая летучесть; отсутствие запаха; химическая инертность; устойчивость к экстракции из полимера жидкими средами, например маслами, моющими средствами, растворителями.

Пластифицировать можно практически все полимеры, однако эффективность пластифицирующего действия и свойства пластифицированных полимеров определяются в первую очередь химическим составом и молекулярной массой пластификаторов. Содержание пластификаторов в полимерной композиции может составлять от 1–2 до 100 % и более от массы полимера, в резиновой смеси – до 100 % от массы каучука.

Пластификаторы классифицируют обычно по химической природе и степени совместимости с полимером. Наиболее распространённые пластификаторы – сложные эфиры фталевой кислоты (фталаты составляют порядка 80 % всего объёма выпускаемых в промышленности пластификаторов), алифатических дикарбоновых кислот, фосфорной кислоты (фосфаты) и низкомолекулярные полиэфиры. Применяют также хлорированные парафины, кремнийорганические жидкости, эпоксидированное соевое масло, парафины, продукты лесохимического производства и др.

В промышленности широко используют фталаты, и среди них ди(2-этилгексил)фталат, который применяют для пластификации ПВХ и эфиров целлюлозы. По свойствам к нему близки фталаты синтетических высших жирных спиртов фракций C₆ –C₁₀ , C₇ –C₉ , C₈ –C₁₀ нормального строения, а также изооктилового, изононилового и изодецилового спиртов; низкая летучесть последних трёх пластификаторов позволяет использовать их для производства теплостойких композиций. Более высокая теплостойкость достигается при применении в качестве пластификаторов эфиров тримеллитовой и пиромеллитовой кислот.

Для получения морозостойких полимерных композиций используют эфиры алифатических дикарбоновых кислот, преимущественно адипиновой, себациновой и 1,10-декандикарбоновой.

Фосфатные пластификаторы сообщают полимерным композициям также огнестойкость (например, галогенфосфорсодержащие пластификаторы и триарилфосфаты) или морозостойкость и огнестойкость (триалкил- и алкиларилфосфаты).

Сложноэфирные пластификаторы обладают всеми химическими свойствами сложных эфиров. Они медленно гидролизуются под действием влаги с образованием кислоты и спирта; реакция ускоряется основаниями и кислотами. В обычных условиях устойчивы к действию кислорода воздуха, однако при повышенных температурах в них протекают термоокислительные процессы, приводящие к деструкции. Радиационная стойкость сложноэфирных пластификаторов зависит от их химического состава. Так, стойкость к гамма-излучению уменьшается в ряду: диметилфталат > диэтилфталат > дибутилфталат > диоктилфталат. К действию микроорганизмов устойчивы эфиры фталевой и фосфорной кислот, стойкость эфиров алифатических дикарбоновых кислот снижается с увеличением общего числа углеродных атомов в молекуле (в остатках как спирта, так и кислоты). Биологическая активность фталатов находится в прямой зависимости от их растворимости в воде и в обратной – от молекулярной массы.

Полиэфирные пластификаторы (молекулярная масса 1000–6000) – продукты взаимодействия дикарбоновых кислот с гликолями, этерифицированные по концевым группам реакцией с монокарбоновой кислотой или спиртом. Эти пластификаторы не растворимы или ограниченно растворимы во многих органических средах, незначительно мигрируют из пластифицированных композиций при контакте в другие полимеры, содержат низкий процент летучих. Полиэфирные пластификаторы на основе 1,2-пропиленгликоля относятся к малотоксичным пластификаторам.

Свойства наиболее важных пластификаторов

Основной потребитель пластификаторов – промышленность пластмасс (до 85 % всех производимых пластификаторов используется в производстве ПВХ – одного из самых крупнотоннажных и дешёвых полимеров). Пластификаторы применяют также в резиновой и лакокрасочной промышленности. Впервые в качестве пластификатора была использована камфора для первой пластмассы – целлулоида (Великобритания, 2-я половина 19 в.).