가소제

Plasticizer

가소제(영국:가소제)는 재료에 첨가하여 부드럽고 유연하게 만들거나, 가소성을 증가시키거나, 점도를 낮추거나, 제조 중 취급 시 마찰을 줄이는 물질이다.

가소제는 일반적으로 플라스틱이나 고무와 같은 중합체에 첨가되는데, 제조 중 원료의 처리를 용이하게 하거나 최종 제품의 용도의 요구를 충족시키기 위해 첨가된다. 예를 들어 가소제는 그렇지 않으면 단단하고 부서지기 쉬운 폴리염화비닐(PVC)에 일반적으로 첨가되어 부드러우며, 비닐바닥재, 의류, 가방, 호스, 전선 코팅 등의 제품에 적합하다.

가소제 또한 콘크리트 제형에 첨가하여 더 잘 작동하고 부을 수 있도록 하여 수분 함량을 줄일 수 있도록 하는 경우가 많다. 마찬가지로, 그것들은 종종 몰딩과 형성에 앞서 클레이, 스투코, 고체 로켓 연료, 그리고 다른 페이스트에 첨가된다. 이러한 용도의 경우 가소제는 분산제와 중첩된다.

폴리머용

2017년 유형별 유럽 및 글로벌 플라스틱 제품 사용
유럽의 가소성분자 사용
2017년 유럽 가소제 시장 동향

중합체용 가소제는 변동성이 낮은 액체나 고형분이다. 2017년 자료에 따르면 전 세계 가소제 시장 규모는 750만톤이었다. 북미의 2017년 물량은 약 101만톤이었고, 유럽의 경우 그 수치는 135만톤으로, 화학적 형태의 추세가 높은 분자량(HMW) 직교살레이트 및 낮은 분자량(LMW) 직교살과 관련된 규제 이슈에 따른 대체 유형으로 이동하는 다양한 최종 사용 용도에 의해 분할되었다.ates.

대부분 프탈레이트 에스테르인 폴리머 가소제 중 거의 90%가 PVC에 사용되어 유연성과 내구성이 향상되었다.[1] 대다수는 필름과 케이블에 사용된다.[2]

작용기전

일반적으로 plasticizers 일들이 중합체의 사슬 사이에 떠나 간격(그"자유 부피"증가)[3][4]거나 부풀어 오름과력이 크게고 부드러운 것이 이 책에서 플라스틱을 유리 전이 온도를 낮추는 것 스스로를 포함하여; 하지만 나중에 자유 부피 설명이 할 수 없어 보여 준다고 생각됐어요. account는 플라스틱화의 모든 효과에 대하여.[5] 폴리머 체인의 이동성에 관한 고전적인 그림은 단순한 폴리머 체인을 위해 Fox&Flory가 그린 것보다 가소제가 존재하는 것이 더 복잡하다. 가소제 분자는 체인의 이동성을 제어하며, 폴리머 체인은 폴리머 엔드 주변의 자유 부피의 증가를 보이지 않는다. 가소제/물이 폴리머의 친수성 부분으로 수소 결합을 만드는 경우 관련 자유 부피를 줄일 수 있다. [6]

PVC와 같은 플라스틱의 경우 가소제가 많이 첨가될수록 냉간 유동 온도가 낮아진다. 가소제를 함유한 플라스틱 제품은 유연성과 내구성이 향상될 수 있다. 가소제는 폴리머 매트릭스에 구속되지 않기 때문에 플라스틱의 이동과 마모로 인해 노출될 수 있다. "신차 냄새"는 종종 가소제나 그 분해 제품에서 기인한다.[7] 그러나 냄새의 구성에 대한 여러 연구에서는 프탈레이트의 변동성과 증기압력이 매우 낮기 때문에 상당한 양의 프탈레이트를 발견하지 못한다.[8]

탄성계수에 대한 가소제의 효과는 온도와 가소제 농도에 따라 달라진다. 크로스오버 농도라고 하는 특정 농도 이하에서는 가소제가 물질의 계수를 증가시킬 수 있다. 그러나 이 물질의 유리 전환 온도는 모든 농도에서 감소할 것이다. 교차 농도 외에도 교차 온도가 존재한다. 교차 온도 이하에서는 가소제가 계수를 증가시킨다.

숙주 플라스틱에서 가소제를 이동시키면 유연성, 부서짐 및 균열이 발생한다. 이 수십 년 된 플라스틱 램프 끈은 가소제 분실로 인해 구부러질 때 부서진다.

선택

지난 60년 동안 3만 가지 이상의 다른 물질들이 폴리머 가소제로서의 적합성에 대해 평가되었다. 이 중 오늘날 상업적으로 사용되고 있는 것은 약 50명 정도인 소수뿐이다.[9]

에스테르 가소제는 비용 성능 평가를 기반으로 선택된다. 고무 복합기는 에스테르 가소제(에스테르 가소제)의 호환성, 공정성, 영구성 및 기타 성능 특성을 평가해야 한다. 생산되는 다양한 에스테르 화학 물질에는 세바카이트, 아디페이트, 테레프탈레이트, 디벤조이트, 글루테이트, 프탈레이트, 아젤레이트, 그리고 다른 특별한 혼합물이 포함된다. 이 광범위한 제품군은 튜브 및 호스 제품, 바닥재, 벽면 덮개, 씰 및 개스킷, 벨트, 와이어 및 케이블, 인쇄 롤과 같은 많은 엘라스토머 용도에 필요한 일련의 성능 이점을 제공한다.

저극성 에스테르는 니트리얼, 폴리클로로프렌, EPDM, 염소 처리된 폴리에틸렌, 에피클로로리딘 등 광범위한 엘라스토머에서 효용성을 제공한다. 가소제-엘라스토머 상호작용은 용해성 매개변수, 분자량, 화학적 구조와 같은 많은 요인에 의해 제어된다. 호환성 및 성능 속성은 특정 용도에 대한 고무 제형 개발의 핵심 요인이다.[10]

PVC와 다른 플라스틱에 사용되는 가소제는 보통 적당한 사슬 길이의 선형 또는 갈림형 알콜을 가진 폴리카르복실산의 에스테르에 기초한다. 이러한 화합물은 낮은 독성, 숙주 물질과의 호환성, 비유연성 및 비용을 포함한 많은 비판에 기초하여 선택된다. 스트레이트 체인 및 브랜치 체인 알킬 알코올의 프탈레이트 에스테르는 이러한 사양에 부합하며 일반적인 가소제다. 정형외과-프탈레이트 에스테르는 전통적으로 가장 우세한 가소제였지만, 규제 우려로 인해 분자량이 높은 정형외과와 기타 가소제를 포함한 비분류 물질로 옮겨갔다.

항플라스틱제

항플라스틱제는 가소제와는 정반대의 효과가 있는 폴리머 첨가제다. 그들은 유리 전환 온도를 낮추면서 계수를 증가시킨다.

Bis(2-ethylhexyl) 프탈레이트는 일반적인 가소제다.

안전 및 독성

특히 일부 저분자 중량의 정형외과-프탈레이트가 잠재적 내분비 교란 물질로 분류되어 일부 개발 독성이 보고되었기 때문에 일부 폴리머 가소제의 안전에 대한 상당한 우려가 표명되었다.[11]

일반 중합체 가소제

오르토 프탈레이츠

  • 프탈레이트 기반 가소제는 물과 기름에 대한 좋은 내성이 요구되는 상황에서 사용된다. 프탈레이트 가소제는 다음과 같다.
  • 고분자량 정형외과 프탈레이트
    • 바닥재에 사용되는 DINP(Diisonononyl phalate, DINP), 정원 호스, 신발, 장난감 및 건축 자재에서 발견됨
    • Bis(2-propylheptyl) 프탈레이트(DPHP), 케이블, 와이어 및 지붕 재료에 사용
    • DIDP(다이소데실 프탈레이트), 전선 및 케이블 절연, 차량 언더코팅, 신발, 카펫, 수영장 라이너에 사용
    • DIUP(Diishundecyl phalate, DIUP), 전선 및 케이블 절연, 차량 언더코팅, 신발, 카펫, 수영장 라이너에 사용된다. 고온 및 실외 풍화 성능 양호
    • 디트리데실 프탈레이트(DTDP)는 분자량이 가장 높은 프탈레이트 가소제로 고온에서 뛰어난 성능을 제공한다. 차량용 케이블과 와이어 용도에 선호되는 가소제다.

트리멜라테스

아디파테스, 세바카테스

유기인산염

유기인산염에는 다음이 포함된다.

  • 트리크레실(메틸페닐) 인산염(TCP)
  • 2-ethylhexyldiphiphenyl 인산염
  • Tri-2-ethylhexyl 인산염

기타

  • 다음과 같은 테레프탈레이트
    • 비스(Ethyl Hexylterephalate, DEHT) 또는 DOTP(Dioctyl terephalate, DOTP) (Eastman 화학 회사 상표: Eastman 168)
    • 디부틸 테레프탈레이트(DBT) (Eastman 화학 상표: Eastman Effusion)
  • 1,2-사이클로헥산디카르복실산디소노닐에스테르(BASF 상표: 헥사몰 DINCH)
  • 알킬술폰산페닐에스테르(ASE) Lanxess 화학 상표: 메사몰)
  • 트리에틸렌 글리콜 di-2헥사노산염(Eastman 화학 상표: Eastman TEG-EH)

글리세롤 리아세테이트(트리아세틴)와 트리아세틸 구연산염 등 바이오 기반 가소제가 조사됐다. 그러나 그것들은 널리 사용되지 않는다.

  • 참고: 비스페놀 A, 즉 BPA는 대중 매체가 말하는 것에도 불구하고 가소제가 아니다. BPA는 플라스틱을 위한 모노머와 때로는 다른 첨가제지만, 어떤 과학적 정의에 따르면 가소제는 아니다.

무기물질용 가소제

콘크리트

콘크리트 기술에서는 가소제나 슈퍼플라스틱제를 하이 레인지 감수제라고도 한다. 콘크리트 혼합물에 첨가할 때, 그들은 작업성과 강도 향상을 포함한 많은 특성을 부여한다. 콘크리트의 강도는 추가된 물의 양, 즉 물-시멘트(w/c) 비율에 반비례한다. 더 강한 콘크리트를 생산하기 위해서는 (혼합하지 않고) 물을 적게 첨가하여 (혼합하지 않고) 콘크리트 혼합물을 덜 작동하고 혼합하기 어렵게 하여 가소제, 감수제, 슈퍼플라스틱제, 유화제 또는 분산제를 사용해야 한다.[12]

콘크리트에 포졸란 재를 넣어 강도를 높일 때도 가소제가 많이 사용된다. 이 배합법은 고강도 콘크리트와 섬유보강 콘크리트를 만들 때 특히 인기가 높다.

시멘트의 단위 중량 당 1~2% 가소제를 첨가하면 대개 충분하다. 가소제를 과다하게 첨가하면 콘크리트가 과도하게 분리될 수 있으므로 권장하지 않는다. 사용된 특정 화학 물질에 따라 가소제를 너무 많이 사용하면 지연 효과가 발생할 수 있다.

가소제는 보통 종이 산업의 부산물인 리그노설폰산염으로 제조된다. 현재 폴리카르복실릭 에테르에 기반을 둔 새로운 제품들이 출시되고 있지만, 슈퍼플라스틱제는 일반적으로 설폰화 나프탈렌 응축수나 설폰화 멜라민 포름알데히드로 제조되었다. 전통적인 리그노설폰산염기, 나프탈렌, 멜라민 설폰산염기기는 정전기억제(colorid 참조)의 메커니즘을 통해 플로크 시멘트 입자를 분산시킨다. 일반 가소제에서는 활성 물질을 시멘트 입자에 흡착시켜 음전하를 주어 입자 간 반발로 이어진다. 리긴, 나프탈렌, 멜라민 황산염 슈퍼플라스틱은 유기 중합체다. 긴 분자는 시멘트 입자를 감싸고, 서로 밀어낼 수 있도록 매우 부정적인 전하를 준다.

PCE(PCA) 또는 PCE(Polycarboxylate ether superplasticizer)는 황산염 기반 슈퍼 플라스틱제와는 다르게 작용하여 강체 안정화에 의한 시멘트 분산 작용을 한다. 이러한 형태의 분산은 그 효과에 더 강력하며 시멘트 혼합물에 대한 작업성 유지 개선 효과를 제공한다.[13]

스투코

가소제를 벽판 스투코 혼합물에 첨가하여 작업성을 개선할 수 있다. 건조벽보드에 에너지를 소비하는 것을 줄이기 위해 물을 적게 넣어 석고 혼합물을 매우 비작용이 가능하고 혼합이 어려워 가소제, 감수제 또는 분산제를 사용해야 한다. 일부 연구들은 또한 리뇨설폰산염 분산제를 너무 많이 사용하면 세트 리타딩 효과를 가져올 수 있다는 것을 보여준다. 데이터는 코어 내의 기계적인 바늘과 같은 결정 상호작용으로부터 탈피하여 더 강한 코어를 방지하는 비정형 결정 형성이 발생했음을 보여주었다. 알도닌산, 추출성 화합물과 같은 리그노설폰산염의 당, 킬레이트화제는 주로 설정지체의 원인이 된다. 이러한 저범위 감수 분산제는 일반적으로 제지 산업의 부산물인 리그노설폰산염으로 제조된다.

고범위 슈퍼플라스틱제(배출제)는 일반적으로 황화 나프탈렌 콘덴세이트로 제조되었지만, 폴리카르복실릭 에테르가 보다 현대적인 대안을 나타낸다. 이러한 높은 범위의 감수기는 모두 리그노설폰산염 유형의 1/2에서 1/3까지 사용된다.[14]

기존의 리그노설폰산염과 나프탈렌술폰산염은 정전기적 반발의 메커니즘을 통해 점액화된 석고입자를 분산시킨다(Colorid 참조). 일반 가소제에서는 석고 입자에 활성 물질을 흡착하여 음전하를 주어 입자간 반발로 이어진다. 리그닌과 나프탈렌술폰산 가소제는 유기성 고분자 입니다. 긴 분자는 석고 입자를 감싸고, 서로 밀어낼 수 있도록 매우 음전하를 준다.[15]

에너지 소재

정력적인 소재 화약재 구성, 특히 고체 로켓 추진체와 총기의 무연화 분말은 추진체 바인더나 전체 추진체의 물리적 특성을 개선하고, 2차 연료를 공급하며, 이상적으로는 특정 에너지 산출량(예: 특정 임펄스, p의 그램 당 에너지 산출량)을 개선하기 위해 가소제를 사용하는 경우가 많다.추진체의 로플란트 또는 유사한 지수) 정력적인 가소제는 정력적인 물질의 물리적 특성을 개선하는 동시에 특정한 에너지 산출량을 증가시킨다. 에너지 넘치는 가소제는 보통 비에너지 가소제보다 선호되며, 특히 고체 로켓 추진체의 경우 더욱 그렇다. 정력적인 가소제는 필요한 추진제 중량을 감소시켜 로켓 차량이 그렇지 않은 경우보다 더 많은 유하중량을 운반하거나 더 높은 속도에 도달할 수 있게 한다. 그러나 안전 또는 비용 고려사항은 로켓 추진체에서도 비에너제 가소제를 사용할 것을 요구할 수 있다. 우주왕복선 고체 로켓 부스터 연료에 사용되는 고체 로켓 추진체는 합성고무인 HTPB를 비에너제 2차 연료로 사용한다.

에너지 넘치는 소재를 위한 가소제

여기 로켓 추진체와 무연 가루에 사용되는 몇 가지 강력한 가소제들이 있다.

2차 알코올 그룹 때문에 NG와 BTTN은 상대적으로 열 안정성이 낮다. TMETN, DGDN, BDNPF, BDNPA는 비교적 낮은 에너지를 가지고 있다. NG와 DEGN은 상대적으로 증기압이 높다.[16]

참조

  1. ^ 데이비드 F. 카도간과 크리스토퍼 J. 하윅 "플라스틱제"는 Wiley-VCH, Weinheim의 Ulmann's 산업 화학 2000 백과사전이다. doi:10.1002/14356007.a20_439
  2. ^ 2013년 11월 Ceresana 3edd, 시장조사 가소제
  3. ^ (1) 마에다, Y.; 바울, D. R. J. 폴리엠. Sci. B부 폴리엠. 1987, 25, 957–980.
  4. ^ (1) 마에다, Y.; 바울, D. R. J. 폴리엠. Sci. B부 폴리엠. 1987, 25, 1005–1016.
  5. ^ (1) 카살리니, R., Nagai, K. L., Robertson, C. G.; Roland, C. M. J. Polym. Sci. B부 폴리엠. 2000년, 38년, 1841년–1847년.
  6. ^ Capponi, S.; Alvarez, F.; Racko, D. (2020), "Free Volume in a PVME Polymer–Water Solution", Macromolecules, XXX (XXX): XXX–XXX, Bibcode:2020MaMol..53.4770C, doi:10.1021/acs.macromol.0c00472, hdl:10261/218380, S2CID 219911779
  7. ^ Geiss, O.; Tirendi, S.; Barrero-Moreno, J.; Kotzias, D., "사용된 자가용 자동차의 실내 공기에 존재하는 휘발성 유기 화합물 및 프탈레이트 조사", Environment International 2009, 35, 1188-1195. doi:10.1016/j.envint.2009.07.016.
  8. ^ 화학 및 엔지니어링 뉴스, 2002, 80(20), 45; http://pubs.acs.org/cen/whatstuff/stuff/8020stuff.html
  9. ^ Malveda, Michael P (July 2015). "Chemical Economics Handbook Report on Plasticizers". Cite 저널은 필요로 한다. journal= (도움말)
  10. ^ [1] 2009년 3월 27일 웨이백머신에 보관
  11. ^ Halden, Rolf U. (2010). "Plastics and Health Risks". Annual Review of Public Health. 31: 179–194. doi:10.1146/annurev.publhealth.012809.103714. PMID 20070188.
  12. ^ Cement Admixture Association. "CAA". www.admixtures.org.uk. Archived from the original on March 16, 2008. Retrieved April 2, 2008.
  13. ^ C&EN: 커버스토리 - 합성화학이 콘크리트로 이동
  14. ^ [2] 2011년 7월 24일 웨이백 머신에 보관
  15. ^ Kirby, Glen H.; Jennifer A. Lewis (2002). "Rheological property evolution in concentrated cement-polyelectrolyte suspensions". Journal of the American Ceramic Society. 85 (12): 2989–2994. doi:10.1111/j.1151-2916.2002.tb00568.x.
  16. ^ 2,2,2-트리니트로에틸 2-니트로섹시틸 에테르 및 준비 방법 - 미국 특허 4745208

외부 링크