¿Cómo aplicar plastificantes a materiales poliméricos y qué impacto tiene en las propiedades de los materiales poliméricos?
Cualquier cosa agregada al sistema polimérico que pueda aumentar la plasticidad del sistema polimérico se puede llamar plastificante.
La función principal del plastificante es debilitar los enlaces de valencia secundarios entre las moléculas de polímero, es decir, las fuerzas de van der Waals, aumentando así la fluidez de la cadena molecular del polímero y reduciendo la cristalinidad de la cadena molecular del polímero. es decir, el aumento de la plasticidad de los polímeros se manifiesta en la disminución de la dureza, el módulo, la temperatura de reblandecimiento y la temperatura de fragilidad del polímero, mientras que aumentan el alargamiento, la flexibilidad a la flexión y la flexibilidad.
Los plastificantes se pueden dividir en dos tipos según su modo de acción, a saber, plastificantes internos y plastificantes externos.
Los plastificantes internos son en realidad parte del polímero. Normalmente, un plastificante interno es un segundo monómero introducido durante la polimerización del polímero. Debido a que el segundo monómero * * * se agrega en la estructura molecular del polímero, se reduce la regularidad de la cadena molecular del polímero, es decir, se reduce la cristalinidad de la cadena molecular del polímero. Por ejemplo, el copolímero de cloruro de vinilo-éster vinílico es más blando que el homopolímero de cloruro de vinilo. El rango de temperatura de uso de los plastificantes internos es relativamente estrecho y debe agregarse durante el proceso de polimerización, por lo que los plastificantes internos se usan menos.
Los plastificantes externos son compuestos o polímeros de bajo peso molecular. Su adición al polímero a plastificar aumenta la plasticidad del polímero. Los plastificantes externos son generalmente líquidos no volátiles de alto punto de ebullición o sólidos de bajo punto de fusión, en su mayoría compuestos orgánicos de éster. Generalmente, no reaccionan químicamente con los polímeros y su interacción con los polímeros se hincha principalmente a altas temperaturas y forma soluciones sólidas con los polímeros. Los plastificantes externos tienen propiedades integrales, son fáciles de producir y usar y tienen una amplia gama de usos. Hoy en día, la gente suele referirse a los plastificantes como plastificantes externos. El ftalato de dioctilo (DOP) y el ftalato de dibutilo (DBP) son plastificantes tópicos.
2. Clasificación y propiedades de los plastificantes
Existen muchos tipos de plastificantes, con más de 65.438+0.000 tipos en etapa de investigación y desarrollo, pero los plastificantes utilizados en la producción comercial son Hay más de 200 tipos de plastificantes y los ftalatos se originan en la industria petroquímica.
Existen muchas formas de clasificar los plastificantes. Según el tamaño del peso molecular, se puede dividir en plastificantes monómeros y plastificantes poliméricos según la forma, se puede dividir en plastificantes líquidos y plastificantes sólidos según el rendimiento, se puede dividir en plastificantes generales, fríos; -plastificantes resistentes, y plastificantes resistentes. La clasificación basada en la estructura química de los plastificantes es un método de clasificación común.
Se puede dividir en:
(1) Ftalatos (como DBP, DOP, DIDP)
(2) Ésteres alifáticos Ésteres de ácido dibásico (como adipato de dioctilo DOA y sebacato de dioctilo DOS).
(3) Ésteres de fosfato (como el fosfato de trifenilo TCP y el fosfato de cresil difenilo CDP)
(4) Compuestos epoxi (como el aceite de soja epoxidado y el oleato de butilo epoxidado)
(5) Plastificante polimérico (como adipato de propileno)
Poliéster)
(6) Ésteres de benzoato (como trimelitato de 1,2,4-triisooctilo)
(7) Plastificantes que contienen cloro (como parafinas cloradas y pentacloroestearato de metilo)
(8)Alquilsulfonato
(9)Éster de poliol
(10)Otros plastificantes
Un plastificante ideal debe tener las siguientes propiedades: (1) buena compatibilidad con la resina (2) alta eficiencia plastificante (3) estable al calor y a la luz; volatilidad; (5) baja fluidez; (6) Resistencia al agua, extracción de aceite y solventes orgánicos (7) Buena flexibilidad a bajas temperaturas; (8) Buen retardo de llama; (9) Buen aislamiento eléctrico; y Tóxico; (11) Buena resistencia al moho; (12) Buena capacidad anticontaminación; (13) La pasta plastificante tiene buena estabilidad de viscosidad;
Entre los plastificantes, los plastificantes de ftalato son los más utilizados y representan aproximadamente el 80% de la producción total de plastificantes. En China, el ftalato de dioctilo (DOP) y el ftalato de dibutilo (DBP) son los principales plastificantes. Debido a las limitaciones en la fuente de alcohol crudo, la producción de variedades destacadas como DHP, DIDP y DIOP no es grande.
3. Mecanismo de reacción de los ftalatos
En la producción total de plastificantes, los ftalatos representan más del 80% de la producción total, siendo DOP y DBP su producto líder. Tomando como ejemplo el DBP, se presenta el mecanismo de reacción de los ésteres de ftalato.
La producción de DBP en mi país se lleva a cabo principalmente bajo presión normal. Las materias primas anhídrido ftálico y n-butanol reaccionan en presencia de catalizadores ácidos (como H2SO4). Los catalizadores ácidos son catalizadores de esterificación tradicionales y tienen las ventajas de alta actividad, bajo precio y fácil disponibilidad. Sin embargo, la desventaja es que provocan fácilmente reacciones secundarias.
La reacción de esterificación comienza con moléculas de anhídrido ftálico y moléculas de alcohol formando ftalato de monobutilo. La reacción es exotérmica en ausencia de catalizador y generalmente tiende a desarrollarse a 120°C.
Listo.
La fórmula de reacción es la siguiente:
El éster monobutílico reacciona con moléculas de alcohol bajo la acción de H+ para formar éster dibutílico. La reacción para formar éster monobutílico es irreversible y la reacción para formar éster monobutílico. La forma del éster monobutílico es La reacción del éster dibutílico es una reacción de equilibrio y es reversible.
La fórmula de la reacción es la siguiente:
La fórmula de la reacción total es:
Esta reacción es una reacción equilibrada, por lo que aumentar la concentración de alcohol o disminuir la La concentración de agua eliminará la reacción. El calor favorece la formación de ácido dibutírico. En la producción real, para aumentar la concentración de éster dibutílico, la temperatura adecuada se controla a 140 ~ 145 °C, de modo que el butanol pueda ser adecuadamente excesivo y el agua generada por la reacción pueda eliminarse a tiempo.
4. Proceso de producción
4.1 Proceso de producción por lotes
Equipo de producción intermitente, el llamado equipo de producción "universal", un conjunto de American Reichhold Chemical Company. El equipo de producción es un ejemplo típico de este tipo de equipo de producción "universal". El dispositivo puede procesar más de 60 materias primas y, además de los ftalatos comunes, también puede producir otros tipos de plastificantes, como los ésteres de ácido dibásico alifático.
Las condiciones del proceso para la producción por lotes de ésteres de ftalato son similares, pero ligeramente diferentes dependiendo de las materias primas y las propiedades del producto. Tomando como ejemplo la producción de DBP, el anhídrido ftálico y el n-butanol experimentan una reacción de esterificación en presencia de un catalizador ácido (como H2SO4). Para que la reacción de equilibrio conduzca a la formación de DBP, el agua generada por la reacción de esterificación se elimina continuamente durante el proceso de reacción y se puede agregar una cantidad adecuada de n-butanol.
Después de la esterificación, se añade una cantidad adecuada de solución de NaOH para neutralizar el H2SO4. El agua residual se separa en capas y se desalcoholiza, y el n-butanol sin reaccionar se elimina a presión reducida. Luego se agrega carbón activado para la decoloración y, después de la decoloración, se obtiene por filtración el producto final DBP. El diagrama de bloques del proceso de producción de DBP se muestra en la Figura 1, que incluye cinco procesos de producción: esterificación, neutralización, desalcoholización, decoloración y filtración. Los cinco procesos del proceso de producción intermitente son todos operaciones intermitentes.
Ventajas y desventajas de la producción intermitente:
Ventajas 1) Baja inversión y rápida construcción.
2) El cambio de producto es sencillo y se puede producir una variedad de plastificantes.
3) La tecnología es sencilla y la calidad del personal es fácil de satisfacer.
Desventajas 1) La calidad del producto fluctúa mucho y es inestable.
2) La tecnología está atrasada y la intensidad laboral es alta.
3) Alto consumo de energía y materiales
La producción intermitente es adecuada para la producción a pequeña escala de diversos plastificantes, con baja inversión y resultados rápidos.
4.2 Proceso de producción continua
Debido a la enorme demanda de plastificantes DOP y DBP, se han adoptado ampliamente procesos de producción continua basados en DOP y DBP. En la actualidad, la capacidad máxima de producción de una sola línea de DOP nacional es de 50.000 toneladas/año y la capacidad máxima de producción de una sola línea de DBP es de 20.000 toneladas/año.
En producción continua, los reactores de esterificación se pueden dividir en dos categorías: reactores de torre y reactores de cascada. Cuando se utiliza un catalizador ácido, es razonable elegir un esterificador de torre; cuando se utiliza un catalizador no ácido o sin catalizador, es más apropiado utilizar un reactor en serie escalonado debido al largo tiempo de residencia de la mezcla de reacción.
Los cinco procesos de esterificación, neutralización, desalcoholización, decoloración y filtración del proceso de producción continua de DBP son todas operaciones continuas.
Ventajas y desventajas de la producción continua:
Ventajas: 1) La calidad del producto es buena y estable.
2) Bajo consumo de energía y materiales, buenos beneficios económicos.
3) Tecnología avanzada y alta productividad laboral.
4) Alto nivel de automatización y baja intensidad laboral.
Desventajas 1) Largo período de construcción y gran inversión única.
2) El equipo principal es difícil de fabricar y procesar.
3) Es difícil cambiar de producto y no es adecuado para producir varios plastificantes.
4) Altas exigencias de calidad para los trabajadores.
La producción continua es adecuada para la producción a gran escala, la fuente de materias primas está garantizada, el nivel de gestión de la producción es alto y la calidad del personal es alta.
4.3 Proceso de producción semicontinuo
La denominada producción semicontinua significa que el proceso de esterificación es intermitente, y los procesos de post-esterificación (neutralización, desalcoholización, decoloración, filtración ) son continuos de. El proceso de producción semicontinuo es la etapa de transición del proceso de producción intermitente al proceso de producción continuo. La producción de los principales plastificantes de ftalato de mi país, DOP y DBP, adopta principalmente procesos de producción semicontinuos. Su escala es generalmente de 1 ~ 20.000 toneladas/año.
Ventajas y desventajas de la producción semicontinua:
Ventajas 1) La inversión es menor que la producción continua.
2) Es más fácil cambiar de variedad que la producción continua y es más adecuado para producir múltiples variedades de plastificantes.
3) La producción continua parcial es fácil de operar y la producción de materia prima es básicamente la misma que la de la producción continua completa.
4) En comparación con la producción en masa, el método de producción es amplio y la productividad laboral es alta.
Desventajas 1) En comparación con la producción continua, la intensidad de la mano de obra es alta y la calidad del producto es fácil de fluctuar.
2) La esterificación intermitente consume más energía que la esterificación continua.
3) El grado de automatización es inferior al de la producción continua.
La producción semicontinua es más adecuada para la producción de plastificantes diversos y a mediana escala. La flexibilidad en las variedades de producción es una ventaja importante de la producción semicontinua.
5. Conclusión
Debido a la gran cantidad y variedad de plastificantes, la tecnología de producción de plastificantes tiende a desarrollarse en dos aspectos. Por un lado, es la producción en masa continua de plastificantes principales, por otro lado, es la producción intermitente de varios tipos de plastificantes especiales en pequeños lotes;
Con el aumento de la producción de PVC y el desarrollo de la industria petroquímica, los plastificantes se han convertido en una industria química a gran escala basada en la industria petroquímica y que produce principalmente ésteres de ftalato. Los ftalatos representan más del 80% de la producción total de plastificantes, lo que proporciona las condiciones para una producción continua a gran escala. Debido a la existencia de muchas variedades y pequeños lotes de plastificantes, todavía es necesario para el desarrollo y supervivencia de equipos de producción "universales", es decir, la producción por lotes.
Con el fin de reducir el color del producto, mejorar la estabilidad térmica del producto y simplificar aún más el proceso, se han industrializado catalizadores no ácidos. Las principales ventajas de utilizar catalizadores no ácidos son menos reacciones secundarias, color claro del producto, refinamiento simple del producto, menos agua residual, buena calidad del agua, buena estabilidad térmica del producto y alto rendimiento.
Daños
No hace mucho, la Red de Información sobre Seguridad Alimentaria de Guangzhou anunció que un estudio de la Universidad de Tongji confirmó que los plastificantes en barriles de plástico de aceite comestible son dañinos para el cuerpo humano. "Si se utilizan barriles de plástico para almacenar aceite de cocina, el aceite de cocina se disolverá en plastificantes que son perjudiciales para el cuerpo humano". Según la noticia, el grupo de investigación del profesor Li Shuguang de la Facultad de Medicina Básica de la Universidad de Tongji recolectó barriles de plástico de soja. Se venden en el mercado diferentes marcas y diferentes fechas de producción. Aceite para ensalada, aceite de mezcla, aceite de maní y aceite de soja a granel. Después de las pruebas, se descubrió que casi todas las marcas de aceite de cocina en barriles de plástico contienen el plastificante "ftalato de dibutilo". Se infiere que los plastificantes detectados en el aceite comestible provienen principalmente de envases plásticos. Este plastificante es tóxico para el sistema reproductivo humano, especialmente para los hombres.