Brug af Polymerblødgøringsmidler

Oyoo /

gummi og plast er blevet en integreret del af det moderne liv, uden hvilket mennesker ikke kan leve. Disse materialer bruges i skosåler, havestole, alle typer film, dvd ‘er, cd’ er, Rør, slanger, dæk, emballage og en række mange andre produkter.

at holde styr på Avanceret plastteknologi betyder, at enkeltpersoner skal være fortrolige med navne—som polyoksymethylen, polypropylen, nitrilgummi, polyurethan osv.- det kan efterlade dem betydeligt forvirrede. I de fleste tilfælde er de fremragende egenskaber ved værdifuld plast, der anvendes i alle disse effektive anvendelser, imidlertid ikke udelukkende bundet til polymererne selv.

ligesom en strålende studerende, der opnår gode karakterer i skolen, nåede plastic også toppen af deres klasse med en lille smule ekstra hjælp. Og den hjælp betyder normalt blot at kombinere unikke tilsætningsstoffer til fremstilling af polymerer, der er bløde, fleksible og modstandsdygtige over for slag og vejr. For det meste er tilsætningsstoffer dem, der gør plasten til, hvad den er.

Blødgørere

Blødgørere er unikke typer tilsætningsstoffer. For eksempel ville PVC uden Blødgørere have været ekstremt skrøbelig og sprød og ville ikke have erobret det enorme marked, som det ses i dag. Uden Blødgørere ville et flertal af sprøjtestøbeforbindelserne have været helt uegnede til dette formål, og visse blandinger af gummi ville slet ikke være produceret.

Blødgørere gør plast elastisk, strækbar, fleksibel og plast ved lave temperaturer. I de fleste tilfælde kan polymerprodukter kun fremstilles på kommerciel basis ved at integrere en blødgører.

faktisk var opfindelsen af blødgørere primært ansvarlig for udviklingen af Plastindustrien. Hvis det ikke var for dette, har branchen måske ikke udviklet sig meget ud over det stadium, det var i de tidligere dage. Dette skyldes, at den første plast, såvel som modificerede naturlige polymerer som Galalith eller nitrocellulose, var sprøde og hårde, og derfor kunne de ikke bruges til daglige applikationer.

det øger bestemt ikke ligefrem omsætteligheden af et nyt materiale, hvis folk for eksempel skal passe på deres kamme, som om de var lavet af Meissen-porcelæn.

kamfer

Blødgørere ændrede dog alt det. Camphor var den første, der blev brugt i ægte plast. Det er et farveløst stof, hvis duft minder om mange et koldt middel, og indeholder små krystaller opnået fra træet af en kinesisk laurbærbuske kaldet Cinnamomum camphora.

derefter, i 1869, en opfinder kaldet John Hyatt og hans bror gjort nitrocellulose mere formbar, ved at blande kamfer med nitrocellulose.

andre olier

Hyatt var ikke den første person, der forsøgte at gøre de tidlige skøre produkter fra en udviklende plastsektor lettere at håndtere ved brug af tilsætningsstoffer. En lige så ambitiøs opfinder ved navn Aleksandr Parkes havde allerede forsøgt at få den samme effekt ved hjælp af vegetabilske olier eller træ tjære, for eksempel.

han stod dog over for vanskeligheder med at få den rigtige opskrift—hans “Parkesin” var moderat let at behandle, men efter kun få uger ville genstande som damearmbånd, Kamme og øreringe, der var produceret af dette specifikke produkt, kæde sig i en sådan grad, at de ikke længere kunne bruges. Dette skyldtes sandsynligvis, at olier, der blev brugt af Parkes, fordampede for hurtigt.

bananolie eller endda fuselolie—der dannes under destillationen af templer—blev også brugt af andre opfindere, men uden stor succes, hvis manglen på optegnelser er noget at gå forbi.

blød som tyggegummi, men alligevel hård som Horn

den nye plast udviklet af Hyatt var bedre rustet til at imødekomme de udfordringer, som den nyligt nye plastvirksomhed præsenterede. Baseret på mængden af kamfer, som han kombinerede med collodion—en opløsning af pistolbomuld, kemisk kendt som nitrocellulose—skabte han med succes en plastik. Denne plastik var gennemsigtig, men kunne være farvet. Det var lige så fleksibelt som rå gummi, men var lige så hårdt som horn. Denne plastik var celluloid.

ved en moderat temperatur på mellem 80 liter C og 90 liter C kunne dette formbare materiale fremstilles i enhver krævet form på grund af Hyatt ‘ s duftende formulering. En af de allerførste anvendelser af dette materiale var falske tænder. Det lugtede dog mere end en lille mængde kamfer og opfyldte som følge heraf ikke altid deres ejers fulde tilfredshed. Da materialet imidlertid kunne skabes i en passende farve, var der en betydelig forbedring på de hårde gummiplader, der var blevet brugt indtil da. Derefter blev det samme materiale populært som det perfekte bagmateriale til fotografiske film.

Oprindelse af moderne plast

det er en kendsgerning, at celluloid udviklet af Hyatt i nogen tid måtte overvinde adskillige udfordringer forårsaget af dens tætte tilknytning til pistolbomuld. Små eksplosioner opstod, da billardkugler sammensat af nitrocellulose styrtede sammen. Ifølge øjenvidner, eksplosionerne var så enorme, at det ville få ko-drenge til at stå rundt om poolbordet for at række ud efter deres kanoner.

en magasinartikel citerede også historien om en dame, hvis aften blev endnu mere spændende, da celluloidknapperne fastgjort på hendes aftenkjole kom meget tæt på en pejs og antændte. Ved en lejlighed eksploderede en hel celluloidfabrik. Disse hændelser skjulte imidlertid ikke det faktum, at Hyatt havde udviklet den første termoplast, og at det var et blødgøringsmiddel, der førte til nutidens plast.

men selv efter Hyatt var plastens historie fortsat tæt forbundet med dens Blødgørere. Derefter blev der i 1946 forfulgt en ansøgning om flere hundrede tons af en skrøbelig cellulosetriacetatplast. Denne plast var blandt andet blevet brugt til fremstilling af flyvinduer.

plasten lå ubrugt på en fabriks grund, hvilket var da en kreativ kemiker havde ideen om at integrere materialet med en blødgører. Dette resulterede i et nyt sprøjtestøbemateriale. I 1952 blev den nyligt blødgjorte Celledet blev kaldt “Cellidor” og var den perfekte udførelsesform for alsidighed. I 1950 ‘ erne blev Cellidor brugt til at fremstille hylstre til kamme, dashboards, radioer, brillestel, skruetrækkerhåndtag, hårrutschebaner osv.

Blødgørere i gummi

gummiindustrien brugte også blødgørere til at forfine sine produkter. Omfattende æltning gør uvulkaniseret gummi så blød som tyggegummi, fordi ælteprocessen nedbryder polymerens langkædede molekyler. Men det betyder, at andre vigtige egenskaber ved dette nyttige materiale også går tabt.

på grund af denne grund startede gummiundersøgere tidligt med at kombinere alle typer flydende komponenter i deres sorte formuleringer—olier, tonehøjde, kultjære, paraffin, terpener (som kamfer) og endda vaselin. Dette betød, at blandingen af rågummi var tilstrækkelig klæbrig til forskellige faste ingredienser, selv når størrelsen af gummimolekylerne ikke reduceres betydeligt. Carbon black er et eksempel på en fast ingrediens, der nemt kan knædes sammen i blanderen.

disse faktorer viser vigtigheden af disse diskret Blødgørere med hensyn til polymerbehandling—og hvordan de fuldstændigt kan transformere egenskaberne ved det, der oprindeligt var et relativt utiltalende polymermateriale. Paradoksalt nok demonstrerer denne ekstraordinære magt også det faktum, at selv fremtrædende kemiske historikere i øjeblikket har svært ved at erhverve information om blødgøringsteknologi.

de “rigtige” blødgørere er vigtige i en sådan grad, at information indsamlet om plastens ydeevne gennem årene er forsvundet i hvælvingerne hos virksomheder, der bruger polymerer. Efterhånden som tiden gik, betød dette, at Blødgørere blev relativt anonyme utilitaristiske stoffer.

de moderne efterkommere af kamfer

det er imidlertid et kendt faktum, at bortset fra Hyatt begyndte andre også at bruge kamfer. Faktisk bruges to tredjedele af al kamfer syntetiseret over hele verden til fremstilling af celluloid selv i dag.

en Kemi-encyklopædi fra 1931 med kapitlet med titlen “Blødgørere” anførte også terpen ud over glycerolestere, phthalater og organiske fosfater som tricresylphosphat.

disse forbindelser gør plast fleksibel og forbedrer også deres brandhæmmende potentiale i en sådan grad, at celluloseacetat, en efterfølger til celluloid, var i stand til at overvinde en af de største ulemper ved den originale plast. For eksempel blev plastens brændbarhed forhindret, efter at den blev elastisk med en kombination af fosfater og kamfer.

avanceret teknologi kender til 400 stoffer—det vil sige eksotiske stoffer og “verdensslagere”—der anvendes som blødgørere i en eller anden form. Omkring 100 af disse stoffer har stor kommerciel værdi.

Blødgøringsmængder

i midten af 1990 ‘ erne blev der brugt over 4,2 millioner tons Blødgørere. 90% af alle blødgørere i PVC—en plast, der i sin grundlæggende form er næsten lige så skrøbelig som glas og ville være fuldstændig ubrugelig for et flertal af applikationer, hvis Blødgørere ikke tegnede sig for omkring 55% af dets indhold. Selv stiv PVC kan have omkring 12% blødgørere, der vides at forbedre dets bearbejdelighed.

baseret på applikationstypen anvender andre polymerer blødgørere i mange forskellige mængder. 5% Blødgørere, termoplastiske materialer op til 10% og elastomerer til tider så meget som 60%; visse plastmaterialer har også 95% Blødgørere.

Sådan fungerer Blødgørere

i det væsentlige er alle Blødgørere baseret på det samme princip og et, der praktisk talt er selvforklarende, forudsat at enkeltpersoner kan forstå, hvad plast er sammensat af indeni. “Plast” indeholder altid meget langkædede molekyler, der fremstår som lange tråde under ekstremt høj forstørrelse. En plastik bliver fleksibel, når disse tråde er løst sammenflettet sammen.

men i tilfælde af et flertal af plast har disse tråde tendens til at ligge oven på hinanden ligesom pakket spaghetti. Faktisk, når nogen tilfældigt kaster spaghetti i en gryde uden at røre den, mens den koger, og senere sigter den, bortset fra pastastrenge, der er løst sammenfiltret, vil der også være områder, hvor pastastrengene stadig er fastgjort sammen, som de var i posen. Sådanne klumper virker lidt hårdere end resten, omend pastaen selv er helt kogt og blød.

en lignende ting forekommer med hensyn til kædemolekylerne af plast. En stiv struktur, der er analog med de strengt regelmæssige sammensætningskrystaller, gør det muligt for plasten at se stiv ud fra ydersiden. Både i reagensglasset og i panden er reglen som følger: den stive struktur er hård og løst sammenflettet er fleksibel.

Kemi

det er her blødgørerne har en rolle at spille. I de fleste tilfælde, uanset om mineralolie eller kamfer diskuteres, er molekylerne relativt mindre end kædemolekylerne i polymermaterialet. De er sammenflettet i deres spaghetti-lignende struktur, når de behandler plasten.

disse molekyler skubber efterfølgende deres vej mellem de nærliggende tråde af plastmolekyler og adskiller dem fra hinanden. De fungerer på samme måde som olie gør på en tallerken spaghetti, hvor det gør det muligt for pastastrengene at glide forbi hinanden. Dette antyder, at det er muligt at fremstille en løs og frit mobil struktur—plasten viser sig at være fleksibel, og når der tilsættes mere blødgøringsmiddel, bliver den endnu mere fleksibel. Denne enkle korrelation belyser en lang række produkter, der er afgørende for en plastkemikers job.

en materialeudviklers ekspertise ligger i høj grad i at kunne identificere stoffer, der er velegnede til den plast, der anvendes. Det er ikke muligt at væve hydrofile stoffer i vandafvisende molekyler, for eksempel dem af ikke-vulkaniseret gummi, da begge stoffer ville adskille sig ligesom olie og vand.

det er også afgørende at vælge en blødgører, der giver en ideel pasform med hensyn til sin egen molekylære konfiguration og målplastkædemolekylerne. Kædemolekyler er ikke så sammenlignelige med hinanden som spaghettistrengene—visse polymerer kan ligne flad pasta, mens andre virker som en kæde af tykke neonrør bundet sammen med tynde ledninger eller har et siksag-udseende. Endnu andre synes som halskæder lavet af ekstreme fede perler. Ikke desto mindre var Hyatt ‘ s celluloid den, der opnåede den succes, den gjorde. Dette skyldes, at kamfermolekylerne passede ganske godt mellem pistolbomuldmolekylerne, der blev støbt som en perlekæde.

imidlertid er ikke alle Blødgørere passende for hver polymer. En anden kendsgerning er, at hver blødgører har en anden indflydelse på dets “værtsmolekyle.”Mens en blødgører tilbyder et større niveau af fleksibilitet ved lavere temperaturer, er en anden specielt udviklet til at forhindre, at plast afvikles ved høje temperaturer. I mellemtiden er der andre blødgørere, der gør plast mere fleksibel og også opfører sig som en slags integreret ildslukker, der kan slukke flammer i deres meget indledende faser. Blødgørerne opnår dette ved at nedbrydes i nærvær af varme for at skabe stoffer, der er modstandsdygtige over for flammer.

et Problem—mange løsninger

i årenes løb har plastsektorens ordrebog for Blødgørere udviklet sig til en uorganiseret agglomerering af kemikalier. Det styres dog af flere “store familier” af produkter.

phthalater anvendes i PVC-film og kabler, celluloseklæbemidler og belægninger. Med dicarbonater bliver fleksibel PVC elastisk ved lave temperaturer. Fosfater anvendes både som en hydraulisk væske og som et flammehæmmende middel. Fedtsyreestere—de fjerne slægtninge til margarine-bruges til blødgøring af gulvbelægninger af gummi og vinylharpiks. Til nogle anvendelser henvender plastteknologer sig også til estere af vinsyre og citronsyre.

farer

det skal helt sikkert huskes, at de på trods af den gavnlige virkning af blødgørere på plastteknologi også har deres ulemper. I den seneste tid blev det mistanke om, at phthalater er sundhedsskadelige. Mens afgørende beviser endnu ikke er opnået, undersøgelser er nu i gang.

heldigvis, uanset resultatet af denne diskussion, indebærer det på ingen måde, at alle Blødgørere skal fordømmes: når alt kommer til alt er en enkelt blødgører ikke den samme som den næste, som demonstreret af kamfer, som tilfældigvis er et naturprodukt.

alternativer

i mellemtiden er der skabt nogle meget nyttige produkter, der tjener som erstatning for phthalater. Produkter som disse har form af en række stoffer, hvis medlemmer kaldes “alkylsulfonater.”Det har længe været kendt, at alkylsulfonater ikke har nogen negative virkninger og er blevet godkendt som værende sikre til fødevarebrug i et flertal af landene.

Alkylsulfonater, der allerede anvendes i stedet for de kontroversielle phthalater i handsker, legetøjsfigurer, Dukker og membraner til vandsenge, findes i fugemasser i byggesektoren og bruges i støvler og svømmehjælpemidler. Derudover giver materialet et komplet udvalg af yderligere fordele—for eksempel er det forskelligt fra mange andre Blødgørere og angribes ikke af vand og elementer, og det resulterer også i produkter, der er befordrende for udskrivning. Dette er en væsentlig faktor, når det kommer til at skabe levende farvede børns padlebassiner fremstillet af PVC-film, blandt andet.

den rå form af PVC er skrøbelig, næsten glaslignende plast, der ville være næsten ubrugelig, hvis det ikke var til Blødgørere. Alkylsulfonater gør PVC elastisk og modstandsdygtig over for forsæbning og vejr.

drivende Blødgøringsmolekyler

for nylig har industriforskere fundet en løsning på spørgsmålet om drivende blødgøringsmolekyler. De små partikler af blødgørere, der holdes inde i plasten, er utroligt mobile. Under særlige omstændigheder bevæger partiklerne sig ligesom honning i en svamp. Inden i plasten slutter bevægelsen af visse blødgøringsmolekyler før eller senere, når de når overfladen og skaber en uattraktiv fedtfilm.

husmødre er ikke de eneste, der kender denne kendsgerning. Unikke blødgørere, der er blevet trænet til at forblive et sted inde i polymeren—for eksempel ved at give dem langkædede molekyler-kan forhindre gummi og plast i at udvikle en fedtet eller sløvet overflade.

desuden har forskere skabt skræddersyede halogenfrie blødgørere til elektroniske kredsløb, så den skrøbelige plast, der bruges til at fremstille dem, ikke går i stykker, når pladerne bores, stanses og loddes.

vækst og udvikling af industrien

blødgøringssektoren er stort set involveret i konventionelle produkter. Selvom det er ret usædvanligt at bruge så meget på produktudvikling, betaler det sig bestemt.

i løbet af de sidste to år opnåede plastmarkedet en vækst på kun 4%, men på trods af dette steg salget af visse specialblødgørere med omkring 15% i samme periode. Denne figur alene er tilstrækkelig til at vise, at det sidste kapitel i blødgørernes lange historie endnu ikke er skrevet: innovativ plast og de nyeste krav til de produkter, der konstant fremstilles af dem, har brug for nye løsninger. Her er det kun den kollektive hjernekraft fra plasteksperter, der kan gøre retfærdighed over for disse.

naturlige Blødgørere

men når de kommer tilbage til blødgørere, er de blødgørende kemikalier, der kommer fra digler og kolber i den kemiske sektor, ikke de eneste, der forekommer i verden som helhed. Da naturen også delvist indeholder polymerer, har den også brug for stoffer for at sikre, at disse polymerer fortsat er fleksible.

stivelse, DNA, proteiner, træ og endda sten indeholder i det væsentlige lange og til tider rumligt sammenkoblede kædemolekyler. Naturen bruger vand som den vigtigste blødgører. Naturlige fibre som bomuld, uld eller silke vil være skrøbelige uden deres vandindhold.

desuden holder overskydende vand muskelproteiner fleksible. I fremskreden alder reduceres vandindholdet, mens fedtstoffer mere eller mindre spiller rollen som blødgøringsmiddel med succes. Plastindustrien er ikke den eneste, der er afhængig af blødgørere, men selv moder natur kan ikke klare sig uden dem. Muskelfibre er sammensat af kædemolekyler svarende til dem, der findes i plast. Ligesom moderne polymerer indeholder muskelfibre deres egne blødgørere i form af fedtmolekyler og vand.

vand kan også bruges til at blødgøre kvarts, som vides at være et meget hårdt materiale—mens hårdt, naturligt kvarts kun indeholder 0,01% vand, af tekniske grunde indeholder kunstigt kvarts cirka 10 gange det beløb. Kunstig kvarts kan støbes svarende til gips ved 400 liter C – en temperatur, der let kan tolereres af mineraler—mens “tør” naturlig kvarts tydeligt forbliver “bundsolid” op til en temperatur på 1000 liter C.

dette er et glimrende eksempel på, at brugen af blødgørere i teknologi ikke nødvendigvis er begrænset til plast. Personer, der tænker hårdt på det buede håndtag på deres paraplyer, ville vide, at en slags procedure bruges til at gøre træet fleksibelt.

varmt vanddamp kan faktisk bruges til at blødgøre træet, men flydende ammoniak, når det blandes med organiske opløsningsmidler som tetrahydrofuran, dimethylsulfoksid eller polyethylenglycol, gør jobbet endnu bedre. En specifik formulering som denne gør det endda muligt for enkeltpersoner at binde knuder i spadserestokke. Efter fordampning af ammoniak kommer træet tilbage til den oprindelige tilstand—det vil sige dets friskskårne tilstand.

Emerging from the plastic Middle Ages

for over hundrede år siden blev plast kendt gennem Hyatt ‘ s opfindelse. Derfor er det ikke overraskende, at erhverv, der hidtil har været forbundet med bevarelsen af antikke pigmenter, nu kommer til udtryk med blødgøringsproblemer. For eksempel kæmper restauratører i øjeblikket for at opretholde de rumdragter, der blev båret af Apollo-astronauterne på månen og kom ubeskadiget til jorden.

disse rumdragter indeholdt PVC-rør, der var blevet blødgjort ved hjælp af et phthalat. Efter at have tilbragt over tre årtier på et museum er dette flydende stof diffunderet ud af polymeren på en måde, der er typisk for alle drivende Blødgørere. Som følge heraf er forsyningsrørene blevet sprøde. Det, der engang blev antaget at være toppen i rumdragtteknologi, er nu blevet mindre holdbart sammenlignet med ridders seler, der er hundreder af år gamle. Når man ser på tingene fra dette synspunkt, kan det således konkluderes, at mennesker stadig befinder sig i den såkaldte middelalder inden for plastteknologi.