Пластификаторы превращают жёсткий ПВХ в гибкие, удобные в обработке материалы, уменьшая межмолекулярные силы между полимерными цепями. Без этих добавок ПВХ был бы слишком хрупким для таких применений, как производство медицинских трубок, виниловых напольных покрытий или кабельной изоляции.
Право Пластификаторы в ПВХ Это может как обеспечить успех, так и привести к провалу вашего продукта. Правильный выбор обеспечит гибкость, долговечность и соответствие нормативным требованиям. Неправильный выбор может привести к поломке продукта, проблемам со здоровьем или нарушениям нормативных требований.
Классификация пластификаторов и примеры
Выбор пластификатора для ПВХ осуществляется по трем параметрам: химическое семейство, класс молекулярной массы и профиль миграции. Семь типы пластификаторов Ниже приведена сортировка пластификаторов в ПВХ по этим осям — выбор правильного пластификатора в ПВХ начинается с понимания того, к какому семейству вы работаете, поскольку химический состав определяет нормативный потолок, минимальный уровень миграции и ценовой диапазон до принятия какого-либо решения о содержании пластификатора в фосфатах.
Фталевые эфиры (орто-фталаты)
Ранее DEHP доминировал над ПВХ – он был дешев, эффективен и доступен. Производители отказываются от него, поскольку опасения по поводу нарушения работы эндокринной системы усиливаются и становятся предметом регулирования.
К этим диэфирам фталевой кислоты относятся DEHP, DINP и DIDP. Многие из них в настоящее время классифицируются как токсичные или гормоноразрушающие вещества.
Пластификатор DINP в ПВХ остается основным промышленным компонентом для изоляции кабелей, напольных покрытий и оболочек проводов. DIDP используется в той же области, где контакт с человеком минимален.
Алифатические диэфиры (адипинаты, себацинаты и т. д.)
DOA (диоктиладипат) и DINA (диизонониладипат) обладают превосходной гибкостью при низких температурах, вплоть до -40°C.
Компромисс заключается в летучести. Адипаты испаряются легче, чем фталаты, поэтому их используют в смесях, а не в качестве единственных пластификаторов.
Эфиры бензоата
Бензоатные пластификаторы быстро превращают ПВХ в гель. Дипропиленгликоль дибензоат сокращает время плавления на 30% по сравнению со стандартными фталатами.
Эти сильнорастворяющие пластификаторы отлично подходят для ПВХ-пластизолей и покрытий. Смеси бензоатов, не содержащие фталатов, популярны в производстве эластичных напольных покрытий, где важны быстрая обработка и устойчивость к воздействию топлива.
Эфиры тримеллитата
Тримеллитаты и полимерные полиэфиры соответствуют требованиям к высокоэффективным пластификаторам — непрерывная работа при температуре выше 90°C и минимальное выщелачивание при контакте с липидами. TOTM (триоктилтримеллитат) стоит в три раза дороже, чем DINP. Эта третья сложноэфирная группа обеспечивает... пластифицирующая добавка заблокирован на месте.
Производители проводов используют тримеллитаты для кабелей, рассчитанных на температуру до 105 °C. Автомобильная промышленность использует их для изготовления оболочек приборных панелей, предотвращающих запотевание лобовых стекол. Производители медицинских приборов выбирают TOTM, когда им требуется нулевая миграция пластификатора в продукты крови.
цитраты
АТК (ацетилтрибутилцитрат) изначально использовался в качестве пищевой добавки, прежде чем завоевать рынок игрушек. Эти биоразлагаемые пластификаторы, изготовленные из лимонной кислоты, обладают низкой токсичностью.
Компании, производящие медицинские изделия, используют BTHC в пакетах для хранения крови. Производители продуктов питания используют ATBC для изготовления пищевых пленок, которые не загрязняют продукты. Цитраты не выдерживают экстремальных температур, в отличие от тримеллитатов, и стоят дороже, чем обычные фталаты.
Пластификаторы на биологической основе
Эпоксидированное соевое масло (ESBO) выполняет двойную функцию: пластифицирует и стабилизирует ПВХ, удаляя HCl. Производители смешивают его с первичными пластификаторами для повышения устойчивости.
К числу новых игроков относятся диэфиры изосорбида, ацетилированные производные касторового масла и запатентованные смеси. В коммерческих испытаниях биоразлагаемые смеси позволяют достичь замещения фталатов на уровне 30-45% при аналогичной обработке.
Полимерные пластификаторы (полиэфиры)
Полимерные пластификаторы устойчивы к вымыванию после внедрения в ПВХ. Их огромный размер молекул (более 2000 молекулярных масс по сравнению с 400 у ДЭГФ) обеспечивает их надежную фиксацию. Полимерные пластификаторы находят применение в тех областях, где нулевая миграция является обязательным условием — аэрокосмическая промышленность, топливные системы, долговечные уплотнения.
Технологический процесс представляет собой сложную задачу – эти высоковязкие жидкости плохо смешиваются. Большинство разработчиков рецептур используют их в смесях, а не в чистом виде.
Основные критерии выбора пластификатора
Выбор пластификаторов для ПВХ сводится к шести измеримым компромиссам.
- Гибкость и эффективность – какое количество пластификатора необходимо для достижения желаемой мягкости? Для достижения твердости по Шору А 70 требуется 30 частей на 100 частей смолы (DEHP); для достижения того же результата может потребоваться 45 частей на 100 частей смолы (TOTM).
- Температурные характеристики – Подберите пластификатор в соответствии с рабочей температурой. Используйте адипаты для заморозки, тримеллитаты – для моторных отсеков.
- Миграция и токсичность – В медицинских изделиях и изделиях, контактирующих с пищевыми продуктами, требуются пластификаторы со сверхнизкой миграцией. В детских товарах по закону должны использоваться нетоксичные аналоги.
- Совместимость с ПВХ – Несовместимые пластификаторы выделяются в виде маслянистых пленок; проверьте это. совместимость с пластификаторами Перед выбором ПВХ обязательно проверьте его на соответствие требованиям и придерживайтесь проверенных вариантов, если не хотите, чтобы вашу продукцию отозвали с рынка. В количественном отношении, первичные пластификаторы должны находиться в пределах разницы параметров растворимости 1.5 (Дж/см³)^0.5 от ПВХ, а вторичные — в пределах 3; фазовое расслоение начинается примерно при 5–10 phr выше предела совместимости, а в несовместимых системах наблюдается видимое выделение при 50°C в течение 30–90 дней.
- Технологические характеристики – Быстроплавкие бензоаты ускоряют производство. Низколетучие пластификаторы предотвращают потерю веса в процессе формования.
- Соответствие нормативным требованиям – Пластификаторы, соответствующие нормативным требованиям, должны отвечать ограничениям Приложения XVII регламента REACH, требованиям RoHS, требованиям FDA 21 CFR по разрешению на контакт с пищевыми продуктами, ограничениям миграции в игрушках согласно EN 71-3 и CPSIA — знайте свои аббревиатуры, иначе вас ждут крупные штрафы. Для закупочных команд соответствующими нормативным требованиям считаются пластификаторы, сертифицированные по каждому из этих режимов и имеющие актуальные протоколы испытаний. Проверьте также досье вашего поставщика — Узнайте, как проверить производителя пластификаторов на соответствие нормативным требованиям..
Рекомендации по применению пластификаторов в зависимости от области применения
Для гибкого ПВХ-компаунда сначала определите нижний предел рабочей температуры: адипаты — ниже -25°C, фталаты — 0–80°C, тримеллитаты — выше 90°C. Затем сопоставьте нормативные ограничения: игрушки и медицинские изделия исключают ортофталаты независимо от их характеристик, в то время как для контакта с пищевыми продуктами и автомобильных салонов существуют свои собственные списки разрешенных веществ. Наконец, оцените риск миграции в зависимости от области применения (пищевые продукты, кожа, липиды).
При выборе большее значение имеют нормативные и температурные параметры, чем предпочтения в химическом составе.
Детские игрушки и товары по уходу за детьми
Забудьте о фталатах — они запрещены. ATBC и DINCH являются ведущими альтернативными пластификаторами ПВХ в производстве игрушек: ATBC доминирует в игрушках-антистресс и уточках для ванны, а DINCH обеспечивает характеристики, аналогичные DEHP, но без проблем с токсичностью. Это не содержащие фталатов пластификаторы, которые чаще всего используются в качестве альтернативы ПВХ при проектировании игрушек.
Тест на миграцию слюны и пота в соответствии со стандартами EN 71-3. Родители активно ищут этикетки «без фталатов», превращая безопасные альтернативы в маркетинговое преимущество.
ДОТФ хорошо подходит в качестве готовой замены ДЭГФ. Просто проверьте соответствие международным нормам — правила различаются в зависимости от страны.
Медицинские приборы и изделия медицинского назначения
Отрасль отказывается от ДЭГФ, несмотря на десятилетия его использования. ТОТМ лидирует в производстве пакетов для крови благодаря минимальному извлечению. ДОТФ обеспечивает баланс производительности и стоимости для трубок общего медицинского назначения.
DINCH имеет десятилетнюю лицензию на использование в Европе для контакта с кровью. BTHC отлично подходит для использования в пакетах для хранения тромбоцитов благодаря низкому гемолитическому эффекту. У каждого применения есть свои нюансы: диализные трубки должны обладать другими свойствами, чем внутривенные системы.
Регламент ЕС по медицинским приборам требует маркировки и обоснования для любого устройства, содержащего более 0.1% фталатов. Это подталкивает производителей к использованию альтернативных вариантов, даже если это не требуется по закону.
Изоляция проводов и кабелей
DINP и DIDP по-прежнему доминируют среди строительных проводов, рассчитанных на температуру 60–75 °C. Они экономичны и эффективны. Низкая летучесть DIDP (испаряемость на 76% меньше, чем у DEHP) делает его идеальным для шнуров для бытовой техники.
Для применения при температуре 90°C необходимы тримеллитаты. Кабели, рассчитанные на 105°C, требуют использования исключительно тримеллитатов или полимерных пластификаторов. Кабель, пластифицированный DINP, может выйти из строя при длительном воздействии температуры 90°C.
Огнестойкие кабели могут содержать фосфатные пластификаторы, такие как TCP. Для наружных кабелей требуются пластификаторы, устойчивые к УФ-излучению. Подберите систему пластификаторов, соответствующую всем эксплуатационным требованиям, а не только температуре.
Напольные и настенные покрытия
BBP был золотым стандартом для напольных покрытий — не оставлял пятен и быстро затвердевал. Теперь он запрещён в ЕС как особо опасное вещество.
Современные составы основаны на использовании альтернативных пластификаторов для ПВХ, таких как DOTP и смеси бензоатных эфиров, в качестве основной системы, при этом DINP сохраняется там, где это разрешено нормативными актами. Многие производители с гордостью рекламируют напольные покрытия как «без фталатов», используя комбинации DOTP и цитрата.
Миграция имеет огромное значение: пластификаторы, способные растекаться, могут повредить клеи или создать опасность скольжения. Варианты с более высокой молекулярной массой минимизируют этот риск. Тщательно протестируйте их с вашими конкретными клеевыми системами.
Автомобильные Интерьеры
Под летним солнцем салон автомобиля нагревается до 80°C. Летучие пластификаторы создают тот самый «запах новой машины» и запотевают лобовые стекла. Никому не хочется ни того, ни другого.
Линейные фталаты C9-C11, такие как L11, обеспечивают крайне низкое запотевание. ДИДП и ДТДП обеспечивают хорошую стойкость. Тримеллитаты обеспечивают полное отсутствие запотевания для высококачественных применений.
Некоторые автопроизводители запрещают использование всех фталатов, независимо от данных о безопасности, — решения принимаются на основе мнения потребителей. ДОТФ и ДИНХ могут работать, но для достижения эффективности фталатов могут потребоваться более высокие концентрации или полимерные смеси.
Всегда проверяйте соответствие спецификациям производителя оригинального оборудования (OEM). Неудачный тест на запотевание означает отбраковку всей партии продукции.
Как выбор пластификатора влияет на срок службы ПВХ и возможность его вторичной переработки
Выбор пластификатора влияет на варианты утилизации ПВХ-изделий так же сильно, как и на их эксплуатационные характеристики. Профиль миграции, обеспечивающий гибкость оболочки проволоки в течение десяти лет, также определяет, сможет ли переработанный материал повторно расплавиться без загрязнения потока.
Поливинилхлорид, пластифицированный фталатами, имеет нормативные ограничения в отношении переработки. Как только вещество попадает в список веществ, представляющих особую опасность для окружающей среды (SVHC) согласно регламенту REACH, потоки переработанного сырья требуют отдельной обработки и уведомления последующих потребителей — поэтому переработанный гибкий ПВХ все чаще сортируется по химическому составу пластификатора, а не только по типу полимера. Нефталатсодержащие пластификаторы (DOTP, DINCH, ATBC) позволяют сохранить переработанное сырье в свободном от переработки потоке.
Класс молекулярной массы определяет поведение материала при вторичной переработке в большей степени, чем химическое семейство. Полимерные и тримеллитатные пластификаторы остаются в матрице при повторном расплавлении; низкомолекулярные адипаты и бензоаты испаряются во время переработки, что требует дополнительного дозирования. Биооснованные смеси ESBO и цитрата улучшают рекуперацию энергии при сжигании и снижают выщелачивание на полигонах, но их более низкая термическая стабильность сужает диапазон повторного расплавления — проектирование рассчитано на один из вариантов утилизации, а не на оба.