Polimer lágyítók használata

oYOo /

A gumi és a műanyag a modern élet szerves részévé vált, amely nélkül az emberek nem élhetnek. Ezeket az anyagokat cipőtalpakban, kerti székekben, mindenféle filmben, DVD-kben, CD-kben, csövekben, tömlőkben, gumiabroncsokban, csomagolásban és számos más termékben használják.

a fejlett műanyag—technológia nyomon követése azt jelenti, hogy az egyéneknek ismerniük kell a neveket-például polioximetilén, Polipropilén, Nitril gumi, poliuretán stb.- ez eléggé összezavarhatja őket. Az esetek többségében azonban az ezekben a hatékony alkalmazásokban felhasznált értékes műanyagok kiváló tulajdonságai nem kizárólag magukhoz a polimerekhez kötődnek.

csakúgy, mint egy ragyogó diák, aki jó osztályzatokat ér el az iskolában, a műanyagok is enyhe extra segítséggel jutottak osztályuk élére. És ez a segítség általában azt jelenti, hogy csak egyedi adalékanyagokat kombinálunk olyan polimerek előállításához, amelyek lágyak, rugalmasak és ellenállnak az ütéseknek és az időjárásnak. Leginkább az adalékanyagok teszik a műanyagot azzá, ami.

lágyítók

lágyítók egyedi típusú adalékanyagok. Például lágyítók nélkül a PVC rendkívül törékeny és törékeny lett volna, és nem hódította volna meg a mai hatalmas piacot. Lágyítók nélkül a fröccsöntő vegyületek többsége teljesen alkalmatlan lett volna erre a célra, és bizonyos gumikeverékeket egyáltalán nem állítottak volna elő.

lágyítók, hogy a műanyag rugalmas, nyújtható, rugalmas, és a műanyag alacsony hőmérsékleten. Az esetek többségében a polimer termékek csak kereskedelmi alapon állíthatók elő lágyító integrálásával.

valójában a lágyítók feltalálása elsősorban a műanyagipar fejlődéséért volt felelős. Ha nem ez lenne, akkor az ipar valószínűleg nem fejlődött volna túl azon a szakaszon, amely a korábbi napokban volt. Ez azért van, mert az első műanyagok, valamint a módosított természetes polimerek, mint például a Galalith vagy a nitrocellulóz, törékenyek és kemények voltak, ezért nem használhatók napi alkalmazásokhoz.

minden bizonnyal nem növeli pontosan egy új anyag piacképességét, ha például az embereknek úgy kell gondoskodniuk a fésűikről, mintha meisseni porcelánból készültek volna.

kámfor

a lágyítók azonban mindezt megváltoztatták. A kámfor volt az első, amelyet valódi műanyagokban használtak. Színtelen anyag, amelynek illata sok hideg gyógymódra emlékeztet, apró kristályokat tartalmaz, amelyeket a Cinnamomum camphora nevű kínai babérbokor fájából nyernek.

ezután 1869-ben egy feltaláló, John Wesley Hyatt és testvére a kámfor és a nitrocellulóz keverésével a nitrocellulózt képlékenyebbé tették.

egyéb olajok

a Hyatt nem volt az első ember, aki adalékanyagokkal próbálta megkönnyíteni a fejlődő műanyagipar korai törékeny termékeinek kezelését. Egy hasonlóan ambiciózus feltaláló, Alexander Parkes már megpróbálta elérni ugyanezt a hatást például növényi olajokkal vagy fa kátránnyal.

azonban nehézségekbe ütközött a megfelelő recept megszerzésében-a “Parkesin” – t mérsékelten könnyű volt feldolgozni, de csak néhány hét múlva az olyan termékek, mint a női karkötők, Fésűk és fülbevalók, amelyeket ebből a termékből állítottak elő, olyan mértékben görbültek, hogy már nem használhatók. Ennek oka valószínűleg az volt, hogy a Parkes által használt olajok túl gyorsan elpárologtak.

banánolajat vagy akár törzsolajat—amely a whisky lepárlása során keletkezik—más feltalálók is használták, de nem sok sikerrel, ha a rekordok hiánya valami megy.

lágy, mint a rágógumi, mégis kemény, mint a kürt

a Hyatt által kifejlesztett új műanyag jobban fel volt szerelve a nemrégiben feltörekvő műanyagipar kihívásainak. A kollódiummal kombinált kámfor mennyisége alapján—a pisztoly pamut oldata, kémiailag nitrocellulóz néven ismert-sikeresen létrehozott egy műanyagot. Ez a műanyag átlátszó volt, de színezhető. Olyan rugalmas volt, mint a nyers gumi, de olyan kemény volt, mint a kürt. Ez a műanyag celluloid volt.

mérsékelt, 80-90 fő közötti hőmérsékleten ez a képlékeny anyag a Hyatt illatos összetételének köszönhetően bármilyen kívánt formában előállítható. Ennek az anyagnak az egyik legelső felhasználása a hamis fogak volt. Azonban több mint egy kis mennyiségű kámfor szaga volt, és ennek következtében nem mindig felel meg a tulajdonosok teljes elégedettségének. Mivel azonban az anyagot megfelelő színben lehetett létrehozni, jelentős javulás történt az addig használt kemény gumilemezeken. Utána ugyanaz az anyag népszerűvé vált, mint a fényképészeti filmek tökéletes hátlapja.

a Modern műanyagok eredete

tény, hogy egy ideig a Hyatt által kifejlesztett celluloidnak számos kihívást kellett leküzdenie, amelyet a pisztoly pamutjával való szoros kapcsolata okozott. Apró robbanások történtek, amikor a nitrocellulózból álló biliárdgolyók lezuhantak egymással. Szemtanúk szerint a robbanások olyan hatalmasak voltak, hogy a cowboyok a biliárdasztal körül álltak, hogy elérjék fegyvereiket.

egy magazincikk egy hölgy történetét is idézte, akinek az estéje még izgalmasabbá vált, amikor az estélyi ruhájára tűzött celluloid gombok nagyon közel kerültek egy kandallóhoz, és meggyulladtak. Egy alkalommal egy egész celluloidgyár felrobbant. Ezek az események azonban nem rejtették véka alá azt a tényt, hogy a Hyatt fejlesztette ki az első hőre lágyuló műanyagot, és hogy ez egy lágyítószer volt, amely a mai műanyagok kialakulásához vezetett.

de a Hyatt után is a műanyagok története szorosan összefüggött lágyítóival. Aztán 1946-ban több száz tonna törékeny cellulóz-triacetát műanyag iránti kérelmet folytattak. Ezt a műanyagot többek között Repülőgép-ablakok gyártásához használták fel.

a műanyag kihasználatlanul feküdt egy gyár területén, amikor egy kreatív vegyésznek az volt az ötlete, hogy az anyagot lágyítóval integrálja. Ez újszerű fröccsöntő anyagot eredményezett. 1952-ben a közelmúltban lágyított Cellit “Cellidor” – nak hívták, és a sokoldalúság tökéletes megtestesítője volt. Az 1950-es években a Cellidort használták Fésűk, műszerfalak, rádiók, szemüvegkeretek, csavarhúzó fogantyúk, hajcsúszdák stb.

lágyítók gumiban

a gumiipar lágyítókat is használt termékei finomításához. A kiterjedt dagasztás miatt a vulkanizálatlan gumi olyan puha, mint a rágógumi, mert a dagasztási folyamat lebontja a polimer hosszú láncú molekuláit. De ez azt jelenti, hogy ennek a hasznos anyagnak más főbb jellemzői is elvesznek.

emiatt a gumi nyomozók korán kezdték el az összes típusú folyékony komponens kombinálását fekete készítményeikbe-olajok—szurok, kőszénkátrány, paraffin, terpének (például kámfor), sőt vazelin. Ez azt jelentette, hogy a nyersgumi keveréke kellően ragacsos volt a különböző szilárd összetevők számára, még akkor is, ha a gumimolekulák mérete nem csökkent jelentősen. A korom egy szilárd összetevő példája, amelyet könnyedén össze lehet gyúrni a keverőben.

ezek a tényezők bizonyítják ezeknek a diszkrét lágyítóknak a jelentőségét a polimer feldolgozás szempontjából—és azt, hogy hogyan képesek teljesen átalakítani az eredetileg viszonylag nem vonzó polimer anyag jellemzőit. Paradox módon ez a rendkívüli erő azt is bizonyítja, hogy még a jeles kémiai történészek is nehezen szereznek információt a lágyító technológiáról.

a “megfelelő” lágyítók olyan mértékben jelentősek, hogy az évek során a műanyag teljesítményéről összegyűjtött információk eltűntek a polimereket használó cégek boltozataiban. Az idő múlásával ez azt jelentette, hogy a lágyítók viszonylag névtelen haszonelvű anyagokká váltak.

a mai leszármazottai kámfor

azonban az ismert tény, hogy eltekintve Hyatt, mások is elkezdték használni kámfor. Valójában az egész világon szintetizált kámfor kétharmadát ma is celluloid előállítására használják.

egy 1931-es kémiai enciklopédia a “lágyítók” című fejezettel a glicerin-észterek, a ftalátok és a szerves foszfátok, például a trikrezil-foszfát mellett a terpéneket is felsorolta.

ezek a vegyületek rugalmasabbá teszik a műanyagokat, és olyan mértékben javítják tűzálló képességüket, hogy a cellulóz-acetát, a celluloid utódja képes volt leküzdeni az eredeti műanyag egyik fő hátrányát. Például a műanyag gyúlékonyságát megakadályozták, miután foszfátok és kámfor kombinációjával rugalmasították.

a fejlett technológia körülbelül 400 olyan anyagot ismer—azaz egzotikus anyagokat és “világverőket” -, amelyeket lágyítóként használnak ilyen vagy olyan formában. Ezen anyagok közül körülbelül 100-nak van jelentős kereskedelmi értéke.

lágyító mennyiségek

az 1990-es évek közepén több mint 4,2 millió tonna lágyítót használtak fel. Ma az összes lágyítószer körülbelül 90%—át PVC-ben használják-egy olyan műanyagban, amely alapformájában gyakorlatilag olyan törékeny, mint az üveg, és a legtöbb alkalmazás számára teljesen haszontalan lenne, ha a lágyítók nem teszik ki a tartalom körülbelül 55% – át. Még a merev PVC-nek is körülbelül 12% lágyítója lehet, amelyekről ismert, hogy javítják feldolgozhatóságát.

az alkalmazás típusától függően más polimerek sokféle mennyiségben használnak lágyítókat. A papír körülbelül 5% lágyítót, hőre lágyuló anyagokat 10% – ig, az elasztomerek pedig akár 60% – ot is tartalmaznak%; egyes műanyagok a lágyítók 95% – át is tartalmazzák.

hogyan működnek a lágyítók

lényegében minden lágyító ugyanazon az elven alapul, amely gyakorlatilag magától értetődő, feltéve, hogy az egyének megértik, hogy a műanyagok belülről állnak. A” műanyag ” mindig nagyon hosszú láncú molekulákat tartalmaz, amelyek rendkívül nagy nagyítás mellett hosszú szálaknak tűnnek. A műanyag rugalmassá válik, ha ezek a szálak lazán összefonódnak.

a műanyagok többsége esetében azonban ezek a szálak hajlamosak egymásra feküdni, akárcsak a csomagolt spagetti. Valójában, amikor valaki véletlenül spagettit dob egy serpenyőbe anélkül, hogy szakács közben keverné, majd később szitálja, a lazán összekuszált tésztaszálakon kívül vannak olyan területek is, ahol a tésztaszálak még mindig össze vannak kötve, mint a zsákban. Az ilyen csomók kissé keményebbnek tűnnek, mint a többi, bár maga a tészta teljesen szakács és puha.

hasonló dolog történik a műanyagok láncmolekuláival kapcsolatban. A szigorúan szabályos összetételű kristályokhoz hasonló merev szerkezet lehetővé teszi, hogy a műanyag külső oldalról merevnek tűnjön. Mind a kémcsőben, mind a serpenyőben a szabály a következő: a merev szerkezet kemény, lazán kusza rugalmas.

kémia

itt van a lágyítók szerepe. Az esetek többségében, függetlenül attól, hogy ásványolajról vagy kámforról van szó, a molekulák viszonylag kisebbek, mint a polimer anyag láncmolekulái. A műanyag feldolgozása során spagettiszerű szerkezetükbe kerülnek.

ezek a molekulák ezután a szomszédos műanyag molekulák szálai közé szorulnak, és egymástól elkülönítik őket. Ugyanúgy járnak el, mint az olaj a spagetti tányéron, ahol lehetővé teszi a tésztaszálak csúszását egymás mellett. Ez azt sugallja, hogy laza és szabadon mozgatható szerkezetet lehet előállítani—a műanyag rugalmasnak bizonyul, és ha több lágyítót adnak hozzá, még rugalmasabbá válik. Ez az egyszerű összefüggés tisztázza a termékek teljes skáláját, amely elengedhetetlen a műanyag vegyész munkájához.

az anyagfejlesztők szakértelme nagymértékben abban rejlik, hogy képesek azonosítani azokat az anyagokat, amelyek jól illeszkednek a felhasznált műanyaghoz. A hidrofil anyagokat nem lehet víztaszító molekulákká fonni, például a vulkanizálatlan gumi molekuláiba, mivel mindkét anyag ugyanúgy elválna, mint az olaj és a víz.

az is döntő fontosságú, hogy olyan lágyítót válasszunk, amely ideális illeszkedést biztosít a saját molekuláris konfigurációja és a cél műanyag láncmolekulák szempontjából. A láncmolekulák nem annyira összehasonlíthatók egymással, mint a spagetti szálak—bizonyos polimerek hasonlítanak a lapos tésztára, míg mások vastag neoncsövek láncának tűnnek, vékony huzalokkal összekapcsolva, vagy cikk-cakk megjelenésűek. Mások mégis Extrém Kövér gyöngyökből készült nyakláncoknak tűnnek. Ennek ellenére a Hyatt celluloidja érte el azt a sikert, amelyet elért. Ennek oka az, hogy a kámfor molekulák elég jól illeszkedtek a pisztoly pamutmolekulái közé, amelyeket gyöngy nyakláncként formáztak.

azonban nem minden lágyító alkalmas minden polimerhez. Egy másik tény az, hogy minden lágyító eltérő hatással van a “gazdamolekulájára”.”Míg az egyik lágyító nagyobb rugalmasságot kínál alacsonyabb hőmérsékleten, egy másik kifejezetten azért lett kifejlesztve, hogy megakadályozza a műanyagok magas hőmérsékleten történő folyadékképződését. Eközben vannak más lágyítók, amelyek rugalmasabbá teszik a műanyagokat, és egyfajta integrált tűzoltó készülékként is viselkednek, amely már a kezdeti szakaszban el tudja oltani a lángokat. A lágyítók ezt úgy érik el, hogy hő jelenlétében bomlanak, hogy lángálló anyagokat hozzanak létre.

egy probléma—sok megoldás

az évek során a műanyagipari ágazat lágyítószer-rendelési könyve a vegyi anyagok szervezetlen agglomerációjává fejlődött. Ezt azonban a termékek több “nagy családja” szabályozza.

a ftalátokat PVC fóliákban és kábelekben, cellulóz ragasztókban és bevonatokban alkalmazzák. A dikarbonátokkal a rugalmas PVC alacsony hőmérsékleten rugalmassá válik. A foszfátokat mind hidraulikus folyadékként, mind égésgátlóként használják. A zsírsav-észtereket—a margarin távoli rokonait-gumi és vinilgyanta padlóburkolatok lágyítására használják. Egyes alkalmazásoknál a műanyag technológusok a borkősav és a citromsav észtereihez is fordulnak.

veszélyek

természetesen emlékeztetni kell arra, hogy a lágyítók műanyag technológiára gyakorolt kedvező hatása ellenére is vannak hátrányai. A közelmúltban azt gyanították, hogy a ftalátok károsak az egészségre. Míg meggyőző bizonyítékokat még nem kell beszerezni, a tanulmányok jelenleg folyamatban vannak.

szerencsére, függetlenül a vita eredményétől, semmiképpen sem jelenti azt, hogy minden lágyítót el kell ítélni: végül is egyetlen lágyító nem ugyanaz, mint a következő, amint azt a kámfor bizonyítja, amely történetesen természetes termék.

alternatívák

eközben néhány nagyon hasznos terméket hoztak létre, amelyek helyettesítik a ftalátokat. Az ilyen termékek olyan anyagok sorozatát képezik, amelyek tagjait “alkil-szulfonátoknak” nevezik.”Régóta ismert volt, hogy az alkil-szulfonátoknak nincs káros hatása, és az országok többségében engedélyezték, hogy biztonságosak legyenek az élelmiszerekben.

alkil-szulfonátok, amelyeket már a vitatott ftalátok helyett használnak kesztyűkben, játékfigurákban, babákban és vízágyak membránjaiban, megtalálhatók az építőiparban található tömítőanyagokban, és wellington csizmákban és úszási segédeszközökben használják. Ezenkívül az anyag további előnyök teljes skáláját nyújtja—például különbözik sok más lágyítószertől, és nem támadja meg a víz és az elemek, és olyan termékeket is eredményez, amelyek elősegítik a nyomtatást. Ez jelentős tényező, amikor többek között PVC-fóliából előállított élénk színű gyermek pancsoló medencéket kell létrehozni.

a PVC nyers formája törékeny, gyakorlatilag üvegszerű műanyag, amely szinte haszontalan lenne, ha nem lágyítókra lenne szükség. Az alkil-szulfonátok rugalmasabbá teszik a PVC-t és ellenállnak az elszappanosításnak és az időjárásnak.

sodródó lágyító molekulák

a közelmúltban az iparági kutatók megoldást találtak a sodródó lágyító molekulák kérdésére. A műanyagokban tartott lágyítók apró részecskéi hihetetlenül mozgékonyak. Bizonyos körülmények között a részecskék ugyanúgy mozognak, mint a méz a szivacsban. A műanyagon belül bizonyos lágyító molekulák mozgása előbb-utóbb véget ér, amikor elérik a felületet, és vonzó zsíros filmet hoznak létre.

nem csak a háziasszonyok ismerik ezt a tényt. Az egyedülálló lágyítók, amelyeket arra tanítottak, hogy egy helyen maradjanak a polimerben—például hosszú láncú molekulák biztosításával-megakadályozhatják a gumi és a műanyag zsíros vagy tompa felületét.

ezenkívül a kutatók egyedi halogénmentes lágyítókat hoztak létre az elektronikus áramköri lapokhoz, hogy az előállításukhoz használt törékeny műanyag ne törjön el, amikor a táblákat fúrják, lyukasztják és forrasztják.

az ipar növekedése és fejlődése

a lágyító ágazat nagyrészt a hagyományos termékekkel foglalkozik. Bár meglehetősen szokatlan, hogy annyi erőfeszítést fordítson a termékfejlesztésre, ez mindenképpen megtérül.

az elmúlt két évben a műanyagpiac mindössze 4% – os növekedést ért el, de ennek ellenére bizonyos speciális lágyítók értékesítése körülbelül 15% – kal nőtt ugyanebben az időszakban. Ez a szám önmagában elegendő annak bizonyítására, hogy a lágyítók hosszú történetének utolsó fejezetét még nem írták meg: az innovatív műanyagok és a folyamatosan belőlük készült termékekkel szemben támasztott legújabb igények újszerű megoldásokat igényelnek. Itt csak a műanyag-szakértők kollektív agyereje képes igazságot tenni ezekkel.

természetes lágyítók

visszatérve azonban a lágyítókhoz, a vegyipari tégelyekből és lombikokból származó lágyító vegyi anyagok nem egyedül fordulnak elő a világon. Mivel a természet részben polimereket is tartalmaz, anyagokra is szüksége van annak biztosítására, hogy ezek a polimerek továbbra is rugalmasak legyenek.

a keményítők, a DNS, a fehérjék, a fa és még a kövek is lényegében hosszú és időnként térben összekapcsolt láncmolekulákat tartalmaznak. A természet a vizet használja fő lágyítóként. A természetes szálak, például a pamut, a gyapjú vagy a selyem, víztartalmuk nélkül törékenyek lesznek.

ezenkívül a felesleges víz rugalmasan tartja az izomfehérjéket. Idős korban a víztartalom csökken, míg a zsírok többé-kevésbé sikeresen játszanak lágyító szerepet. A műanyagipar nem az egyetlen, amely lágyítókra támaszkodik, de még az Anyatermészet sem képes megbirkózni nélkülük. Az izomrostok a műanyagokban található láncmolekulákból állnak. Csakúgy, mint a mai polimerek, az izomrostok saját lágyítószereket tartalmaznak zsírmolekulák és víz formájában.

a víz felhasználható a kvarc lágyítására is, amelyről ismert, hogy nagyon kemény anyag—míg a kemény, természetes kvarc csak 0,01% vizet tartalmaz, technikai okokból a mesterséges kvarc ennek az összegnek körülbelül 10-szeresét tartalmazza. A mesterséges kvarc a gipszhez hasonlóan formázható 400 C—on-ez az ásványi anyagok által könnyen tolerálható hőmérséklet -, míg a” száraz “természetes kvarc egyértelműen” sziklaszilárd ” marad 1000 C-ig.

ez kiváló példa arra a tényre, hogy a lágyítók használata a technológiában nem feltétlenül korlátozódik a műanyagokra. Azok az egyének, akik keményen gondolkodnak esernyőik ívelt fogantyújáról, tudják, hogy valamilyen eljárást alkalmaznak a fa rugalmasabbá tételére.

a forró vízgőz valóban felhasználható a fa lágyítására, de a folyékony ammónia szerves oldószerekkel, például tetrahidrofuránnal, dimetil-szulfoxiddal vagy polietilénglikollal keverve még jobban elvégzi a munkát. Egy ilyen speciális megfogalmazás lehetővé teszi az egyének számára, hogy csomókat kössenek a sétapálcákba. Az ammónia elpárolgása után a fa visszatér az eredeti állapotba—vagyis frissen vágott állapotába.

a műanyag középkorból kiindulva

több mint száz évvel ezelőtt a műanyagok a Hyatt találmánya révén váltak ismertté. Ezért nem meglepő, hogy az antik pigmentek megőrzésével eddig összefüggő szakmák most megbékélnek a lágyító kérdésekkel. Például a restaurátorok jelenleg azért küzdenek, hogy fenntartsák azokat az űrruhákat, amelyeket az Apollo űrhajósai viseltek a Holdon, és sértetlenül érkeztek a földre.

ezek az űrruhák PVC csöveket tartalmaztak, amelyeket ftalát segítségével lágyítottak. Miután több mint három évtizedet töltött egy múzeumban, ez a folyékony anyag szétszóródott a polimerből, oly módon, amely jellemző az összes sodródó lágyítóra. Ennek eredményeként a tápcsövek törékennyé váltak. Amit egykor az űrruha-technológia csúcsának tartottak, mára kevésbé tartós, mint a több száz éves lovagi hevederek. Ebből a szempontból nézve tehát arra lehet következtetni, hogy az emberek még mindig a műanyag technológia úgynevezett középkorában vannak.