PVC制品中增塑劑的利與弊

在聚合物中加入一些與聚合物溶解的低分子材料，使其玻璃化Tg這種低分子物質被稱為增塑劑，也被稱為增塑劑。

         

增塑劑的添加稀釋了聚合物，降低了聚合物鏈之間的力，因此強度降低，強度的降低值與增塑劑的添加成正比。另一方面，隨著增塑劑含量的增加，材料的沖擊強度也隨著增塑劑含量的增加而增加。

         

聚氯乙烯(PVC)世界上第二大通用塑料材料PVC制品占PVC30%的市場份額廣泛應用于制造人造皮革、食品包裝材料、電線電纜和兒童玩具。PVC使用的增塑劑主要是鄰苯二甲酸二(2)-乙基(DEHP)，它具有與PVC相容性好，增塑效率高，價格低，不影響產品安全和電絕緣。DEHP而且是小分子物質PVC沒有化學鍵合，其添加量通常高達30wt%～50wt%，因此DEHP容易遷移到外部介質，惡化產品性能，造成環境污染。DEHP遷移也會危害人體健康。因此，增塑劑遷移帶來的問題引起了廣泛關注，亟待解決。

         

增塑劑遷移

         

         

軟質PVC幾十年來，產品中的增塑劑在使用過程中容易遷移到外部，引起了廣泛的關注。有三種方法可以解決這些問題。

         

——2015年化學進展(2/3)

         

DEPH的遷移行為

         

DEHP與PVC良好的相容性取決于良好的相容性DEHP兩個分子基和PVC 在分子鏈上C—Cl 偶極-偶極相互作用和基礎Cl原子的α及β位上H弱氫鍵的相互作用是次級鍵(弱德華力)，兩者之間沒有化學鍵合DEHP也是小分子物質(分子量為)390。因此，軟質PVC特別是在熱、壓、血、藥液等外部介質的作用下，DEHP從產品到外部介質很容易轉移。

         

聚合物鏈段之間的間隙可視為聚合物中小分子的傳遞。聚合物分子鏈段通常包括線性、分支鏈和交聯型，并在鏈段之間排列和堆疊。因此，聚合物的內部空間網絡結構極其復雜，存在于晶體區和非晶體區。大多數非晶體區域不確定，鏈段之間的間隙大于晶體區域，因此小分子的遷移和擴散速度低于非晶體區域。將小分子的幾何形狀簡化為紋理形式，如圖所示。

         

         

溫度、PVC以及增塑劑各自的產品特性、增塑劑的含量和介質的理化性質，這里就不一一重復了。為了抑制增塑劑的遷移和擴散，可以采用的方法有PVC表面處理、PVC接枝改性，與聚合物增塑劑混合，加入納米顆粒，加入蒙脫土，浸泡有機溶劑PVC形成共價鍵、增塑劑改性等。

         

應對措施

         

增塑劑的遷移過程分為三個步驟：增塑劑從內部擴散到PVC表面-增塑劑穿過表面-增塑劑從表面進入外部介質。因此，抑制增塑劑遷移的方法有：1）使用分子量高、耐遷移性好的增塑劑；2）增加增塑劑和PVC基體之間的相互作用或增加了增塑劑遷移過程中的障礙；3）軟的物理或化學處理PVC表面處理或涂層使增塑劑無法通過產品表面。

         

耐遷移增塑劑

         

增塑劑的抗遷移性與其分子量和分子結構密切相關。通過增加增塑劑的分子量和結構設計，獲得更好的抗遷移性和安全性DEHP的增塑劑。

         

         

以上是幾種已開發的替代品DEHP環保增塑劑。此外，分子量在1000到數十萬之間PVC相容性好，Tg較低的大分子聚合物和PVC共混，從而提高PVC的柔韌性。

         

加入納米填料

         

納米顆粒尺寸小，表面懸掛鍵多，不飽和，易吸附其他物質；納米顆粒本身不遷移，可阻礙和抑制PVC和DEHP分子運動減少了增塑劑的遷移。(研究表明，該方法不有效)

         

PVC表面層處理

         

表面交聯PVC表面分子形成一個由化學鍵連接的三維網絡。分子鍵之間的化學交聯大大降低了分子鏈的運動能力，阻礙了增塑劑的遷移。具體方法包括輻照交聯、引入光敏基團和直接反應交聯。該方法效果良好，但往往導致產品發黃、機械性能下降等副作用。

         

新型增塑劑等

         

Eg：半氧硅烷(POSS)，籠分子中心有一個類似二氧化硅的無機核，被有機基團包圍。它是一種無機雜化結構(RSiO3/2)n，n六、八、十等偶數。它的尺寸相當于大多數聚合物鏈段或無規線團，所以它將是POSS聚合物網絡的引入會改變聚合物的物理化學性能。Soong等研究發現methacry-POSS(即R甲基丙烯酸丙酯基團POSS)可以對PVC但增塑效率和PVC相容性有限。

         

         

結語

         

目前，從抑制增塑劑開始PVC對產品遷移的研究較多，但未發現能有效抑制增塑劑遷移，成本低，工藝簡單，不影響增塑劑的效率PVC產品性能方法。環保增塑劑的重要方向是抑制增塑劑的改性遷移。

         

參考文獻

         

①徐楊、熊英、郭少云PVC增塑劑遷移帶來的問題及應對，Progress in Chemistry，2015，27(2/3)

         

②李秀崢，PVC2019年47(5)增塑劑遷移及抑制方法研究進展