Pomocí Polymerní Změkčovadla

oYOo /

Pryž a plasty se staly nedílnou součástí moderního života, bez které člověk nemůže žít. Tyto materiály se používají v podrážkách obuvi, zahradních židlích, všech typech filmů, DVD, CD, trubkách, hadicích, pneumatikách, obalech a mnoha dalších produktech.

sledování pokročilých plastů technologie znamená, že jednotlivci by třeba, aby se seznámili s názvy jako polyoxymetylen polypropylen, nitrilová guma, polyuretanová, atd.- to je může značně zmást. Ve většině případů však vynikající vlastnosti cenných plastů používaných ve všech těchto účinných aplikacích nejsou výlučně vázány na samotné polymery.

stejně jako skvělý student, který ve škole dosahuje dobrých známek, plasty také dosáhly vrcholu své třídy s mírným množstvím další pomoci. A že pomoc obvykle znamená pouze to, že kombinuje jedinečné přísady, aby se polymery, které jsou měkké, pružné a odolné proti nárazu a počasí. Většinou jsou přísady ty, které dělají plast tím, čím je.

změkčovadla

změkčovadla jsou jedinečné typy přísad. Například, bez změkčovadel, PVC by bylo extrémně křehké a křehké, a dobyl by obrovský trh, jak je vidět dnes. Bez změkčovadel by byla většina vstřikovacích forem pro tento účel zcela nevhodná a některé směsi kaučuku by nebyly vyrobeny vůbec.

plastifikátory dělají plasty elastické, roztažitelné, pružné a plastové při nízkých teplotách. Ve většině případů mohou být polymerní výrobky vyráběny pouze na komerčním základě integrací změkčovadla.

ve skutečnosti byl vynález změkčovadel zodpovědný hlavně za rozvoj plastikářského průmyslu. Kdyby to nebylo pro tato odvětví nemusí vyvinuli hodně mimo jeviště bylo v dřívějších dobách. Je to proto, že první plastů, stejně jako modifikované přírodní polymery, jako Galalith nebo nitrocelulózy, byly křehké a tvrdé, a proto nemohou být použity pro každodenní použití.

rozhodně to nezvyšuje prodejnost nového materiálu, pokud se například lidé musí starat o své hřebeny, jako by byly vyrobeny z míšeňského porcelánu.

Kafr

změkčovadla to však změnila. Kafr byl první, který byl použit v reálných plastů. Je to bezbarvá látka, jejíž vůně připomíná mnoha nachlazení, a obsahuje drobné krystaly získané ze dřeva Čínského laurel bush nazval Cinnamomum camphora.

Poté, v roce 1869, vynálezce jménem John Wesley Hyatt a jeho bratr nitrocelulózy poddajnější, smícháním kafr s nitrocelulózy.

Ostatní Oleje

Hyatt nebyl první, kdo se snažil, aby se brzy křehké produkty vyvíjí plasty sektoru snadnější manipulaci prostřednictvím použití přídatných látek. Stejně ambiciózní vynálezce jménem Alexander Parkes se již pokusil dosáhnout stejného účinku pomocí rostlinných olejů nebo dřevěného dehtu, například.

Nicméně, on se potýkají s problémy při získávání ten správný recept—jeho „Parkesin“ byla mírně snadné proces, ale po jen pár týdnů, položky, jako jsou dámské náramky, hřebeny, a náušnice, které byly vyrobeny z tohoto konkrétního produktu by warp, jako jsou míry, že nemohou být použity déle. Bylo to pravděpodobně proto, že oleje používané Parkes se odpařovaly příliš rychle.

Banány oleje, nebo dokonce přiboudlina oleje, které se tvoří při destilaci whisky—byl také používán jinými vynálezci, ale bez většího úspěchu, je-li nedostatek záznamů, je něco jet.

měkká jako žvýkačka, ale tvrdá jako roh

nový plast vyvinutý společností Hyatt byl lépe vybaven, aby splnil výzvy, které představuje nedávno vznikající plastikářský průmysl. Na základě množství kafru, které kombinoval s kolodiem-roztokem pistolové bavlny, chemicky známé jako nitrocelulóza-úspěšně vytvořil plast. Tento plast byl průhledný, ale mohl být barevný. Byl pružný jako surová guma, ale byl tvrdý jako roh. Tento plast byl celuloid.

Při mírné teplotě mezi 80 °C a 90 °C, tento poddajný materiál může být vyroben v jakékoli požadované formě vzhledem k Hyatt voňavé složení. Jedním z prvních použití tohoto materiálu byly falešné zuby. Nicméně, to vonělo víc než malé množství kafru a v důsledku toho ne vždy splňovalo úplnou spokojenost svých majitelů. Protože však materiál mohl být vytvořen ve vhodné barvě, došlo k významnému vylepšení na tvrdých gumových deskách, které byly do té doby používány. Poté se stejný materiál stal populárním jako dokonalý podkladový materiál pro fotografické filmy.

Původ Moderních Plastů

To je fakt, že na nějakou dobu, celuloid vyvinut Hyatt musel překonat řadu problémů, způsobených jeho těsné spojení s pistolí bavlny. Drobné výbuchy nastaly, když se kulečníkové koule složené z nitrocelulózy navzájem zhroutily. Podle očitých svědků exploze byla tak obrovská, že by se kovbojové stáli kolem bazénu stůl dosáhnout pro jejich zbraně.

jeden článek v časopise také citoval příběh dámy, jejíž večer se stal ještě více vzrušujícím, když celuloidové knoflíky připnuté na jejích večerních šatech přišly velmi blízko ke krbu a vznítily se. Při jedné příležitosti explodovala celá továrna na celuloidy. Tyto incidenty však nezakrývaly skutečnost, že Hyatt vyvinul první termoplast, a že to byl změkčovadlo, které vedlo k dnešním plastům.

ale i po Hyattu byla historie plastů nadále úzce spojena s historií jejích změkčovadel. V roce 1946 pak byla podána žádost o několik set tun křehkého plastu triacetátu celulózy. Tento plast byl mimo jiné použit při výrobě oken letadel.

plast ležel nevyužitý v areálu továrny, což bylo, když kreativní chemik měl nápad integrovat materiál se změkčovadlem. To vedlo k novému vstřikovacímu materiálu. V roce 1952 byla nedávno plastifikovaná Buňkato bylo nazýváno „Cellidor“ a bylo dokonalým ztělesněním všestrannosti. V roce 1950 byl Cellidor využíván k výrobě obalů pro hřebeny, palubní desky, rádia, brýlové obruby, rukojeti šroubováků, skluzavky na vlasy atd.

změkčovadla v kaučuku

gumárenský průmysl také používal změkčovadla k upřesnění svých výrobků. Díky rozsáhlému hnětení je nevulkanizovaná guma měkká jako žvýkačka, protože proces hnětení rozkládá molekuly polymeru s dlouhým řetězcem. To však znamená, že se ztratí i další hlavní vlastnosti tohoto užitečného materiálu.

z tohoto důvodu, gumové vyšetřovatelé brzy začít tím, že kombinuje všechny typy tekutých složek do jejich černá přípravky—oleje, dehet, kamenouhelný dehet, parafín, terpeny (jako kafr), a dokonce i Vazelína. To znamenalo, že směs surového kaučuku byla dostatečně lepivá pro různé pevné složky, i když velikost molekul kaučuku není výrazně snížena. Saze jsou příkladem pevné složky, kterou lze v mixéru bez námahy hnětit.

Tyto faktory ukazují, že je důležité tyto nenápadné změkčovadla s ohledem na zpracování polymerů—a jak mohou zcela změnit vlastnosti, co bylo původně relativně neatraktivní polymerního materiálu. Paradoxně tato mimořádná síla také demonstruje skutečnost, že i významní chemičtí historici v současné době obtížně získávají informace o technologii změkčovadel.

„správné“ změkčovadla jsou významné do té míry, že informace shromážděné o výkonu plastů v průběhu let zmizely do trezorů firem využívajících polymery. Postupem času to znamenalo, že změkčovadla se stala relativně anonymními utilitárními látkami.

novodobí potomci kafru

je však známou skutečností, že kromě Hyattu začali používat kafr i jiní. Ve skutečnosti se dvě třetiny veškerého kafru syntetizovaného po celém světě používají k výrobě celuloidu i dnes.

1931 chemie encyklopedie s kapitolou s názvem „změkčovadla“ také uvedeny terpen, kromě glycerolu estery, ftaláty, organické fosfáty jako tricresyl fosfát.

Tyto sloučeniny se plasty flexibilní a také zlepšit jejich protipožární potenciál do takové míry, že acetát celulózy, nástupce celuloid, byl schopen překonat jeden z hlavních nedostatků původní plastové. Například hořlavost plastu byla zabráněna poté, co byla elastifikována kombinací fosfátů a kafru.

Pokročilá technologie zná asi 400 látek-tedy exotických látek a „světoběžníků“ – které se používají jako změkčovadla v té či oné formě. Přibližně 100 těchto látek má hlavní komerční hodnotu.

množství změkčovadel

v polovině 90. let bylo využíváno více než 4,2 milionu metrických tun změkčovadel. Dnes, asi 90% všech změkčovadla jsou využívány v PVC—plastu, který ve své základní podobě, je prakticky jako křehký jako sklo a bylo by zcela zbytečné pro většinu aplikací, pokud změkčovadla ani účet pro přibližně 55% jeho obsahu. Dokonce i tuhé PVC může mít kolem 12% změkčovadel, o nichž je známo, že zvyšují jeho zpracovatelnost.

na základě typu aplikace používají jiné polymery změkčovadla v mnoha různých množstvích. Papír obsahuje asi 5% změkčovadel, termoplastických materiálů až 10% a elastomerů v době až 60%; některé plasty mají také 95% změkčovadel.

Jak Změkčovadla Práce

v Podstatě, všechny změkčovadla jsou založeny na stejném principu a jednom, který je prakticky samo-vysvětlující, pokud jednotlivci mohou pochopit, co plasty jsou složeny uvnitř. „Plast“ vždy obsahuje molekuly s velmi dlouhým řetězcem, které vypadají jako dlouhé nitě při extrémně vysokém zvětšení. Plast se stává pružným, když jsou tyto nitě volně propleteny.

v případě většiny plastů však tato vlákna mají tendenci ležet na sobě stejně jako balené špagety. Ve skutečnosti, když někdo ledabyle hází špagety na pánvi bez míchání, dokud to vaří, a později síta, na rozdíl od těstovin prameny volně spletených dohromady, tam bude také oblastí, kde těstoviny prameny jsou stále připojeny k sobě tak, jak byly v tašce. Takové hrudky vypadají o něco tvrdší než ostatní, i když samotné těstoviny jsou zcela vařené a měkké.

podobná věc se vyskytuje s ohledem na řetězové molekuly plastů. Tuhá struktura analogická přísně pravidelným krystalům složení umožňuje plastu vypadat tuhý z vnější strany. Jak ve zkumavce, tak v pánvi je pravidlo následující: tuhá konstrukce je tvrdá a volně zamotaná je pružná.

chemie

zde hrají roli změkčovadla. Ve většině případů, bez ohledu na to, zda se diskutuje o minerálním oleji nebo kafru, jsou molekuly relativně menší než řetězové molekuly polymerního materiálu. Při zpracování plastu jsou prokládány do struktury podobné špagetám.

tyto molekuly následně tlačí cestu mezi sousední vlákna plastových molekul a oddělují je od sebe. Působí stejným způsobem jako olej na talíři špaget, kde umožňuje těstovinovým pramenům klouzat kolem sebe. To naznačuje, že je možné vyrobit volnou a volně pohyblivou strukturu—plast se ukáže být pružný a když je přidáno více změkčovadla, stává se ještě pružnějším. Tato jednoduchá korelace objasňuje celou řadu produktů, které jsou nezbytné pro práci chemika plastů.

odbornost vývojáře materiálů do značné míry spočívá v tom, že je schopen identifikovat látky, které jsou vhodné pro použitý plast. Není možné proplést hydrofilní látky do hydrofobní molekuly, například ty z nevulkanizovaného kaučuku, jako obě látky by se oddělit, stejně jako olej a voda.

je také důležité zvolit změkčovadlo, které nabízí ideální přizpůsobení s ohledem na vlastní molekulární konfiguraci a cílové molekuly plastového řetězce. Řetězové molekuly nejsou tak srovnatelné jako špagetové prameny-některé polymery se mohou podobat plochým těstovinám—zatímco jiné vypadají jako řetězec tlustých neonových trubic spojených s tenkými dráty, nebo mají cik-cak vzhled. Přesto ostatní vypadají jako náhrdelníky vyrobené z extrémních tukových perel. Nicméně, hyattův celuloid byl ten, který dosáhl úspěchu. Je to proto, že molekuly kafru zapadly docela dobře mezi molekuly pistole bavlny, které byly tvarovány jako perlový náhrdelník.

ne všechny změkčovadla jsou však vhodné pro každý polymer. Dalším faktem je, že každý změkčovadlo má jiný dopad na svou „hostitelskou molekulu“.“Zatímco jeden změkčovadlo nabízí vyšší úroveň flexibility při nižších teplotách, jiný je speciálně vyvinut, aby zabránil likvidaci plastů při vysokých teplotách. Mezitím, tam jsou jiné změkčovadla, které tvoří plasty pružnější a také se chovají jako druh integrovaný hasicí přístroj, který může uhasit plameny v jejich počátečních fázích. Změkčovadla dosáhnout tím, rozkládající se v přítomnosti tepla vytvořit látky, které jsou odolné vůči plamenům.

jeden problém-mnoho řešení

v průběhu let se kniha objednávek plastikářského sektoru pro změkčovadla vyvinula v neorganizovanou aglomeraci chemikálií. Řídí se však několika „hlavními rodinami“ produktů.

ftaláty se používají v PVC fóliích a kabelech, celulózových lepidlech a povlacích. U dikarbonátů se pružné PVC stává elastickým při nízkých teplotách. Fosfáty se používají jak jako hydraulická kapalina, tak jako zpomalovač hoření. Estery mastných kyselin-vzdálení příbuzní margarínu-se používají pro plastifikaci pryžových a vinylových pryskyřicových podlahových krytin. Pro některé aplikace se technologové plastů také obracejí na estery kyseliny vinné a kyseliny citronové.

nebezpečí

určitě je třeba si uvědomit, že i přes příznivý účinek změkčovadel na technologii plastů mají také své nevýhody. V nedávné minulosti bylo podezření, že ftaláty jsou zdraví škodlivé. Zatímco přesvědčivé důkazy ještě nejsou získány, studie nyní probíhají.

Naštěstí, bez ohledu na výsledek této diskuse, v žádném případě to znamená, že všechny změkčovadla by měl být odsouzen: koneckonců, jeden změkčovadlo není stejný jako ten další, o čemž svědčí kafr, který se stane být přírodní produkt.

alternativy

mezitím byly vytvořeny některé vysoce užitečné produkty, které slouží jako náhrada ftalátů. Výrobky, jako jsou tyto, mají formu řady látek, jejichž členové se nazývají “ alkylsulfonáty.“Již dlouho bylo známo, že alkylsulfonáty nemají žádné nepříznivé účinky a byly schváleny jako Bezpečné pro použití v potravinách ve většině zemí.

Alkyl sulfonates, které jsou již použity v místě kontroverzní ftaláty v rukavicích, hračky, figurky, panenky a membrány pro vodní postele, lze nalézt na tmely ve stavebnictví, a používají se v wellington boty a plavecké pomůcky. Kromě toho materiál poskytuje kompletní řadu dalších výhod – například se liší od mnoha jiných změkčovadel a není napaden vodou a prvky, a také vede k produktům, které přispívají k tisku. To je významný faktor, pokud jde o vytváření živě barevných dětských brouzdališť vyrobených mimo jiné z PVC fólie.

surová forma PVC je křehká, prakticky skleněná plastika, která by byla téměř zbytečná, kdyby nebyla pro změkčovadla. Alkylsulfonáty činí PVC elastickým a odolným vůči zmýdelnění a povětrnostním vlivům.

unášené molekuly změkčovadla

v poslední době vědci v oboru přišli s řešením problému unášených molekul změkčovadla. Nepatrné částice změkčovadel držených v plastech jsou neuvěřitelně mobilní. Za určitých okolností se částice pohybují stejně jako med v houbě. V plastu se pohyb určitých molekul změkčovadla dříve nebo později ukončí, když se dostanou na povrch a vytvoří neatraktivní mastný film.

Ženy v domácnosti nejsou jediné, kdo tuto skutečnost zná. Unikátní změkčovadla, které byly vyškoleni, aby zůstali v jednom místě uvnitř polymeru—například tím, že jim dlouhé řetězce molekul—může zabránit pryže a plastů z rozvojových mastný nebo matného povrchu.

Kromě toho, vědci vytvořili na zakázku halogen-free změkčovadla pro elektronické obvody, takže křehké plasty používané k jejich výrobě se nezlomí, když jsou desky vrtané, ražené, a pájené.

růst a rozvoj průmyslu

plastifikační sektor je do značné míry zapojen do konvenčních výrobků. I když je docela neobvyklé věnovat tolik úsilí vývoji produktu, rozhodně se vyplatí.

za poslední dva roky dosáhl trh s plasty růstu pouze o 4%, ale i přes tuto skutečnost se prodej některých specializovaných změkčovadel ve stejném období zvýšil asi o 15%. Toto číslo samotné je dostačující ukázat, že poslední kapitolu v dlouhé historii změkčovadla nebyl napsaný: inovativní plasty a nejnovější požadavky kladené na výrobky, které jsou z nich neustále vyráběny, vyžadují nová řešení. Zde se k nim může postavit pouze kolektivní mozková síla odborníků na plasty.

Přírodní Změkčovadla

Nicméně, přichází zpět, aby plastifikátory, plastifikační chemické látky vznikající z kelímků a baněk na chemické odvětví nejsou jediným ty, které se vyskytují ve světě. Protože příroda také částečně obsahuje polymery, potřebuje také látky, aby se zajistilo, že tyto polymery budou i nadále flexibilní.

škroby, DNA, proteiny, dřevo a dokonce i kameny v podstatě obsahují dlouhé a někdy prostorově propojené molekuly řetězce. Příroda používá vodu jako hlavní změkčovadlo. Přírodní vlákna, jako je bavlna, vlna nebo hedvábí, budou křehká bez obsahu vody.

přebytečná voda navíc udržuje svalové bílkoviny pružné. V pokročilém věku se obsah vody snižuje, zatímco tuky více či méně úspěšně hrají roli změkčovadla. Plastikářský průmysl není jediný, kdo se spoléhá na změkčovadla, ale ani matka příroda se bez nich neobejde. Svalová vlákna se skládají z řetězových molekul podobných těm, které se nacházejí v plastech. Stejně jako současné polymery obsahují svalová vlákna vlastní změkčovadla ve formě molekul tuku a vody.

Také, voda může být použita, aby se změkčit křemen, který je známý být velmi tvrdý materiál—tvrdá, přírodní quartz obsahuje jen 0.01% vody, z technických důvodů, umělé křemen obsahuje asi 10 krát tuto částku. Umělé křemen může být formována podobné omítky na 400 °C,—teplota, která může být snadno tolerovány minerálů—zatímco „suchá“ přírodní quartz zjevně zůstává „rock solid“ až na teplotu 1000 °C.

Tohle je vynikající příklad toho, že použití změkčovadel v technologie není nutně omezeno na plasty. Jednotlivci, kteří tvrdě přemýšlejí o zakřivené rukojeti svých deštníků, by věděli, že k ohebnosti dřeva se používá nějaký postup.

horká vodní pára může být skutečně použita ke změkčení dřeva, ale kapalný amoniak, když je smíchán s organickými rozpouštědly, jako je tetrahydrofuran, dimethylsulfoxid nebo polyethylenglykol, dělá práci ještě lépe. Specifická formulace, jako je tato, dokonce umožňuje jednotlivcům uvázat uzly v vycházkových holech. Po odpaření amoniaku se dřevo vrátí do původního stavu-tedy do čerstvě řezaného stavu.

Vznikající z Plastů Středověku

Více než sto lety, plasty přišel být známý prostřednictvím Hyatt vynález. Proto není divu, že profese, které byly doposud spojeny s uchováváním antické pigmenty se nyní musí smířit s plastifikátorem problémy. Například restaurátoři v současné době bojují o udržení skafandrů, které nosili astronauti Apolla na Měsíci a přišly na Zemi nepoškozené.

tyto skafandry obsahovaly PVC trubky, které byly plastifikovány pomocí ftalátu. Po více než třech desetiletích strávených v muzeu se tato tekutá látka rozptýlila z polymeru způsobem, který je typický pro všechny unášené změkčovadla. V důsledku toho se přívodní trubky staly křehkými. To, co bylo kdysi věřil být vrchol ve skafandru technologie, se nyní stala méně odolné ve srovnání s knights‘ postroje, které jsou stovky let staré. Při pohledu na věci z tohoto hlediska lze tedy dojít k závěru, že lidé jsou stále v takzvaném středověku technologie plastů.