ポリマー可塑剤を使用して

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ゴムやプラスチックは、人間が生きることができない現代の生活の不可欠な部分となっています。 これらの材料は、靴底、ガーデンチェア、すべてのタイプのフィルム、Dvd、Cd、チューブ、ホース、タイヤ、包装、および他の多くの製品に使用されています。

高度なプラスチック技術を追跡することは、個人がポリオキシメチレン、ポリプロピレン、ニトリルゴム、ポリウレタンなどの名前に精通している必要があることを意味します。-それはかなり混乱してそれらを残すことができます。 しかし、ほとんどの場合、これらすべての有効な用途で利用される貴重なプラスチックの優れた特性は、ポリマー自体に排他的に結びついていません。

学校で良い成績を収めた優秀な生徒のように、プラスチックスもわずかな助けを借りてクラスのトップに達しました。 そして、その助けは、通常、柔らかく、柔軟性があり、衝撃や天候に強いポリマーを作るためにユニークな添加剤を組み合わせることを意味します。 主に、添加剤は、それが何であるかプラスチックを作るものです。

可塑剤

可塑剤はユニークな種類の添加剤です。 例えば、可塑剤なしで、ポリ塩化ビニールは非常に壊れやすく、壊れやすく、今日見られるように巨大な市場を征服しなかった。 可塑剤がなければ、射出成形化合物の大部分はその目的のために完全に不適当であり、ゴムの特定のブレンドは全く製造されなかったであろう。

可塑剤は、低温でプラスチックを弾性、拡張性、柔軟性、およびプラスチックにします。 大部分の場合、ポリマー製品は、可塑剤を統合することによってのみ商業ベースで製造することができる。

実際のところ、可塑剤の発明は主にプラスチック産業の発展を担当していました。 このためでなければ、業界は以前の時代の段階をはるかに超えて発展していないかもしれません。 これは、最初のプラスチックだけでなく、ガラリスやニトロセルロースのような修飾された天然ポリマーは、脆くて硬く、したがって、彼らは毎日の用途に使

最も確かに、例えば、人々がマイセン磁器で作られているかのように櫛の世話をしなければならない場合、それは新しい材料の市場性を正確に向上させるものではありません。

樟脳

しかし、可塑剤はそれをすべて変更しました。 樟脳は、実際のプラスチックに利用された最初のものでした。 それは無色の物質であり、その香りは多くの冷たい治療法を連想させ、Cinnamomum camphoraと呼ばれる中国の月桂樹の茂みの木から得られた小さな結晶を含んでい

その後、1869年にジョン-ウェズリー-ハイアットとその兄弟という発明家が、樟脳とニトロセルロースを混合することにより、ニトロセルロースをより可鍛性にした。

その他の油

ハイアットは、添加剤を使用して進化するプラスチック部門の初期の脆い製品を扱いやすくしようとした最初の人ではありませんでした。 同様に野心的な発明家Alexander Parkesは、植物油や木材タールなどを使用して同じ効果を得ようとしていました。

しかし、彼は正しいレシピを得ることに困難に直面しました—彼の”Parkesin”は適度に加工が容易でしたが、わずか数週間後、この特定の製品から生産されていた これはおそらく、パークスが使用していた油があまりにも急速に蒸発したためであった。

バナナ油、あるいはフーゼル油—ウイスキーの蒸留中に形成される—も、他の発明者によって使用されましたが、記録の不足が何かであれば、あまり成功しませんでした。

チューインガムのように柔らかく、ホーンのように硬い

ハイアットが開発した新しいプラスチックは、最近浮上しているプラスチック事業が提示する課題を満たすために、より優れた装備を備えていました。 化学的にニトロセルロースとして知られている銃綿の溶液であるコロジオンと組み合わせた樟脳の量に基づいて、彼はプラスチックを作ることに成功した。 このプラスチックは透明でしたが、着色することができました。 それは粗ゴムと同じくらい柔軟でしたが、ホーンと同じくらい硬かったです。 このプラスチックはセルロイドでした。

80°Cと90°Cの間の適当な温度で、この可鍛性材料はHyattの香りがよい公式によるあらゆる要求された形で作り出すことができる。 この材料の最初の用途の1つは偽の歯でした。 しかし、それは樟脳の少しの量よりも多くをワカサギと、その結果、常にその所有者の完全な満足度を満たしていませんでした。 しかし、材料は適切な色で作成することができるので、それまで使用されていたタフなゴム板には大幅な強化がありました。 その後、同じ材料は写真フィルムのための完全な裏付け材料として普及するようになりました。

現代プラスチックの起源

ハイアットが開発したセルロイドは、銃綿との密接な関連によって引き起こされる多くの課題を克服しなければならなかったことは事実である。 ニトロセルロースで構成されたビリヤードボールが互いに衝突したときに小さな爆発が発生した。 目撃者によると、爆発はそれが彼らの銃のために到達するためにプールテーブルの周りに立ってカウボーイを作ることになるように巨大でした。

ある雑誌の記事では、イブニングドレスに固定されたセルロイドのボタンが暖炉の近くに非常に近づき、点火したときに、夕方がさらにエキサイティングになった女性の話も引用していた。 ある時、セルロイド工場全体が爆発した。 しかし、これらの事件は、ハイアットが最初の熱可塑性を開発したという事実を隠すものではなく、今日のプラスチックにつながる可塑剤であった。

しかし、ハイアットの後でさえ、プラスチックの歴史は可塑剤の歴史と密接に関連し続けていました。 その後、1946年には、数百トンの壊れやすいセルロース三酢酸プラスチックの申請が追求されていました。 このプラスチックは、とりわけ航空機の窓の製造に利用されていました。

プラスチックは工場の敷地内に未使用のまま放置されていたが、それは創造的な化学者が可塑剤と材料を統合する考えを持っていたときであった。 これは新しい射出成形材料で起因した。 1952年に、最近可塑化されたセルそれは”Cellidor”と呼ばれ、汎用性の完璧な実施形態でした。 1950年代には、Cellidorは櫛、ダッシュボード、ラジオ、眼鏡フレーム、ドライバーハンドル、ヘアスライドなどのケーシングを作るために利用されました。

ゴムの可塑剤

ゴム業界はまた、製品を精製するために可塑剤を使用していました。 練るプロセスがポリマーの長鎖の分子を破壊するので広範な練ることはチューインガム柔らかいunvulcanizedゴムを作ります。 しかし、これは、この有用な材料の他の主要な特性も失われることを意味する。

このため、ゴム調査官は、油、ピッチ、コールタール、パラフィン、テルペン（樟脳など）、さらにはワセリンなど、あらゆる種類の液体成分を黒色製剤に組み合 これは、粗ゴムの混合物が、ゴム分子のサイズが大幅に減少しない場合であっても、様々な固体成分に対して十分に粘着性であることを意味した。 カーボンブラックはミキサーで楽に一緒に混練することができる固体原料の例である。

これらの要因は、ポリマー加工に関してこれらの目立たない可塑剤の重要性を示しており、もともと比較的魅力のないポリマー材料であったものの特 逆説的に、この驚異的な力はまた、著名な化学歴史家でさえ、現在可塑剤技術に関する情報を取得することが困難であるという事実を示しています。

“正しい”可塑剤は、長年にわたってプラスチックの性能について収集された情報がポリマーを利用している企業の金庫に消えてしまったという点で重要である。 時間が経つにつれて、これは可塑剤が比較的匿名の実用的な物質になったことを意味しました。

現代の樟脳の子孫

しかし、ハイアットの他にも樟脳を使用するようになったことは知られています。 確かに、世界中で合成されたすべての樟脳の三分の二は、今日でもセルロイドを生産するために使用されています。

1931年の化学百科事典”可塑剤”の章には、グリセロールエステル、フタル酸塩、トリクレシルリン酸塩などの有機リン酸塩に加えて、テルペンも記載されていた。

これらの化合物は、プラスチックを柔軟にし、また、セルロイドの後継者である酢酸セルロースが元のプラスチックの主な欠点の一つを克服することができた程度に難燃性を向上させる。 例えば、プラスチックの可燃性は、リン酸塩と樟脳の組み合わせで膨化された後に防止された。

高度な技術は、可塑剤として何らかの形で利用されている約400の物質、すなわちエキゾチックな物質と”worldbeaters”を知っています。 これらの物質の約100は、主要な商業的価値を持っています。

可塑剤の量

1990年代半ばには、4.2万トン以上の可塑剤が使用されていました。 今日、すべての可塑剤の約90%はポリ塩化ビニールで利用されます—可塑剤が内容のおよそ55%を占めなければ基本的な形態で、ガラス事実上壊れやすく、大部分の適用のために完全に無用であるプラスチック。 硬質PVCでさえ、その加工性を高めることが知られている約12％の可塑剤を有することができる。

適用の種類に基づいて、他のポリマーは多くの異なる量の可塑剤を利用する。 紙には約5％の可塑剤、10％までの熱可塑性材料、時には60％ものエラストマーが含まれています%; ある特定のプラスチックにまた可塑剤の95%があります。

可塑剤の仕組み

基本的に、すべての可塑剤は同じ原理に基づいており、個人が内部でどのようなプラスチックが構成されているかを理解できれば、実質的に自明である。 “プラスチック”は、常に非常に高い倍率の下で長い糸のように見える非常に長鎖分子を含んでいます。 プラスチックはこれらの糸が緩く一緒に絡み合っているとき適用範囲が広くなる。

しかし、プラスチックの大部分の場合、これらの糸は詰められたスパゲッティのようにお互いの上に横たわる傾向があります。 実際には、誰かが何気なくそれを調理しながらそれを攪拌せずに鍋にスパゲッティをスローし、後でそれをふるいにかけるとき、離れて緩く一緒にもつれ このような塊は、パスタ自体が完全に調理され、柔らかいにもかかわらず、残りの部分よりもわずかに硬く見える。

プラスチックの鎖状分子に関しても同様のことが起こる。 厳密に規則的な組成の結晶に類似した硬い構造は、プラスチックが外側から硬く見えることを可能にする。 試験管と鍋の両方で、規則は次の通りあります:堅い構造は堅く、緩くもつれました適用範囲が広いです。

化学

可塑剤には役割があります。 ほとんどの場合、鉱油または樟脳が議論されているかどうかにかかわらず、分子はポリマー材料の鎖分子よりも比較的小さい。 それらはプラスチックを処理するときスパゲッティそっくりの構造に織り交ぜられる。

これらの分子はその後、プラスチック分子の隣接する糸の間を押して、それらを互いに離します。 それらはオイルがパスタの繊維が互いを過ぎて滑らせることを可能にするスパゲッティの版でするのと同じように機能する。 これは、緩くて自由に可動構造を作り出すことが可能であることを示唆している—プラスチックは柔軟であることが判明し、より多くの可塑剤が加 この単純な相関関係は、プラスチック化学者の仕事に不可欠な製品の全範囲を解明しています。

材料開発者の専門知識は、利用されるプラスチックに適した物質を特定できることにあります。 親水性物質を撥水分子、例えば未加硫ゴムのように、両方の物質が油と水のように分離するため、親水性物質を撥水分子に織り込むことはできません。

また、可塑剤自体の分子配置や標的となるプラスチック鎖分子に関して理想的な適合性を提供する可塑剤を選択することも重要です。 鎖分子はスパゲッティストランドほど互いに匹敵するものではありません—特定のポリマーは平らなパスタに似ていますが、他のポリマーは細い線と一緒にリンクされた厚いネオン管の鎖のように見えますか、またはジグザグの外観を持っています。 けれども他は極度な脂肪質の真珠から成っているネックレスのようにようである。 それにもかかわらず、ハイアットのセルロイドは、それがやった成功を達成したものでした。 これは、真珠のネックレスのように成形された銃の綿の分子の間に樟脳の分子が非常によく合っているためです。

ただし、すべての可塑剤がすべてのポリマーに適しているわけではありません。 もう一つの事実は、各可塑剤がその”ホスト分子”に異なる影響を与えることである。”ある可塑剤は低温でより高いレベルの柔軟性を提供しますが、別の可塑剤は高温でプラスチックが液化するのを防ぐために特別に開発されました。 一方、プラスチックをより柔軟にし、非常に初期段階で炎を消すことができる一種の統合消火器としても機能する他の可塑剤があります。 可塑剤は炎に対して抵抗力がある物質を作成するために熱の前で分解によってこれを達成する。

一つの問題—多くの解決策

長年にわたり、プラスチック部門の可塑剤のオーダーブックは、化学物質の未組織の凝集に発展してきました。 しかし、それは製品のいくつかの”主要な家族”によって支配されています。

フタル酸塩は、PVCフィルムやケーブル、セルロース接着剤、コーティングに使用されています。 ジカルボネートでは、柔軟なPVCは低温で弾性になります。 リン酸塩は、作動油および難燃剤の両方として利用される。 マーガリンの遠い親戚である脂肪酸エステルは、ゴムやビニール樹脂の床材を可塑化するために使用されます。 ある適用のために、プラスチック技術者はまた酒石酸およびクエン酸のエステルに回ります。

危険性

最も確かに、プラスチック技術に対する可塑剤の有益な効果にもかかわらず、それらにも欠点があることを覚えておく必要があります。 最近では、フタル酸塩が健康に有害であることが疑われていました。 決定的な証拠はまだ得られていないが、研究は現在進行中である。

幸いなことに、この議論の結果にかかわらず、すべての可塑剤が非難されるべきであることを意味するものではありません。

代替品

一方、フタル酸塩の代替品として有用性の高い製品がいくつか作成されています。 これらのような製品は、そのメンバーが”アルキルスルホン酸塩”と呼ばれる一連の物質の形態をとる。”アルキルスルホン酸塩は悪影響を及ぼさないことが長い間知られており、大多数の国で食品使用に安全であることが承認されています。

アルキルスルホン酸塩は、手袋、玩具の置物、人形、水床用の膜のフタル酸塩の代わりに既に使用されており、建設部門のシーラントに見られ、ウェリントンブーツや水泳補助に使用されている。 さらに、材料は付加的な利点の完全な範囲を提供する—例えば、それは他の多くの可塑剤と異なって、水および要素によって攻撃されないし、また印刷を これはとりわけポリ塩化ビニールのフィルムから、作り出される鮮やかに着色された子供の漕ぐプールの作成に関しては重要な要因である。

PVCの生の形態は壊れやすく、事実上ガラスのようなプラスチックであり、可塑剤でなければほとんど役に立たないでしょう。 アルキルスルホン酸塩はポリ塩化ビニールを鹸化および天候に対して伸縮性があり、抵抗力があるようにします。

漂流可塑剤分子

最近、業界の研究者は漂流可塑剤分子の問題に対する解決策を考え出しました。 プラスチックの中に保持されている可塑剤の微細な粒子は非常に可動性があります。 特定の状況下では、粒子はスポンジの中の蜂蜜のように動き回ります。 プラスチック内では、特定の可塑剤分子の動きは、表面に到達して魅力的でない脂っこいフィルムを作成するときに遅かれ早かれ終わります。

この事実を知っているのは主婦だけではありません。 例えば、長鎖分子を提供することによって、ポリマー内部の一箇所に留まるように訓練されたユニークな可塑剤は、ゴムとプラスチックが脂っこい表面や鈍くな表面を発達させるのを防ぐことができます。

さらに、電子回路基板用にカスタムメイドのハロゲンフリー可塑剤を開発し、基板を掘削、パンチ、はんだ付けしたときに壊れやすいプラスチックが壊れないようにしました。

産業の成長と発展

可塑剤部門は主に従来製品に関与しています。 製品開発に多くの努力を捧げることは非常に珍しいですが、それは間違いなく報われます。

プラスチック市場は過去2年間でわずか4％の成長を達成しましたが、この事実にもかかわらず、一部の専門可塑剤の売上高は同期間に約15％増 この数字だけで、可塑剤の長い歴史の最後の章がまだ書かれていないことを示すのに十分です: 革新的なプラスチックおよびそれらから絶えずなされるプロダクトに置かれる最も最近の要求は新しい解決を必要とする。 ここでは、プラスチック専門家の集団的な頭脳だけがこれらに正義を行うことができます。

天然可塑剤

しかし、可塑剤に戻ってくると、化学部門のるつぼやフラスコから出現する可塑化化学物質は、世界全体で発生する唯一のものではありません。 自然はまた、部分的にポリマーを含んでいるので、それはまた、これらのポリマーが柔軟であり続けることを確認するための物質を必要とします。

でんぷん、DNA、タンパク質、木材、さらには石は本質的に長く、時には空間的に相互接続された鎖分子を含んでいます。 自然は主な可塑剤として水を使用します。 綿、羊毛、または絹のような天然繊維は、水分がなければ壊れやすいでしょう。

高齢では、水分含量が減少し、脂肪は多かれ少なかれ可塑剤の役割を果たす。 プラスチック産業は可塑剤に依存している唯一のものではありませんが、母なる自然でさえそれらなしでは管理できません。 筋線維は、プラスチックに見られるものと同様の鎖分子で構成されています。 現代のポリマーと同様に、筋繊維には脂肪分子と水の形で独自の可塑剤が含まれています。

また、非常に硬い材料であることが知られている石英を軟化させるために水を使用することができます—硬い天然石英にはわずか0.01％の水が含まれていますが、技術的な理由から人工石英にはその約10倍の量が含まれています。 人工水晶は400℃で石膏と同様に成形することができ、鉱物に耐えやすい温度ですが、”乾燥した”天然水晶は1000℃の温度まで”岩のように”はっきりと残っています。

これは、技術における可塑剤の使用が必ずしもプラスチックに限定されていないという事実の優れた例です。 傘の湾曲したハンドルについて懸命に考える人は、木材を柔軟にするために何らかの手順が使用されていることを知っているでしょう。

お湯の蒸気は確かに木材を柔らかくするために使用することができますが、液体アンモニアは、テトラヒドロフラン、ジメチルスルホキシド、またはポリエチレングリコールのような有機溶媒と混合すると、さらに優れた仕事をします。 このような特定の公式は個人が杖の結び目を結ぶことを可能にする。 アンモニアが蒸発した後、木材は元の状態、すなわち新たに切断された状態に戻ります。

プラスチック中世から出現

百年以上前、プラスチックはハイアットの発明によって知られるようになりました。 したがって、これまでアンティーク顔料の保存に関連してきた職業が可塑剤の問題と折り合いをつけていることは驚くべきことではありません。 例えば、修復者は現在、月にアポロの宇宙飛行士が着用し、損傷を受けずに地球に来た宇宙服を維持するために戦っています。

これらの宇宙服には、フタル酸塩の助けを借りて可塑化されたPVCチューブが含まれていました。 博物館で三十年以上を過ごした後、この液体物質は、すべての漂流可塑剤の典型的な方法で、ポリマーから拡散しています。 その結果、供給管は脆くなっている。 かつて宇宙服の技術の頂点であると信じられていたものは、何百年も前の騎士のハーネスと比較して耐久性が低くなっています。 このような観点から物事を見ると、人間はまだプラスチック技術のいわゆる中世にあると結論づけることができます。