Поливинилхлорид в чистом виде жёсткий и хрупкий. Чтобы получить кабельную изоляцию, плёнку, линолеум или шланг, в него вводят пластификатор — жидкость на основе сложных эфиров, которая раздвигает цепи полимера и делает материал мягким. Плата за гибкость: со временем пластификатор может уходить из изделия, а некоторые его виды вызывают вопросы безопасности и ограничены нормами. По обзору в энциклопедии, около 90 % всех полимерных пластификаторов потребляет именно ПВХ.
| Вопрос | Ответ |
|---|---|
| Что это | жидкая добавка (чаще сложный эфир), делающая ПВХ мягким |
| Как действует | молекулы встают между цепями полимера и ослабляют их взаимодействие |
| Единица дозы | phr: массовые части на 100 частей смолы |
| Основные группы | фталаты (ДОФ, ДИНФ), терефталат ДОТФ, адипаты, другие эфиры |
| Где нужен | кабель, плёнки, линолеум, шланги, подошвы, натяжные потолки |
| Где не нужен | оконный профиль, трубы, жёсткие листы |
| Основной риск | миграция и потеря гибкости; ограничения на отдельные фталаты |
| Что связано | пористость смолы, К-значение, стабилизатор |
Почему ПВХ без добавок жёсткий
Цепочки поливинилхлорида содержат полярные связи с хлором, и соседние цепи сильно притягиваются друг к другу. Поэтому чистый полимер твёрдый, и при температуре помещения он не гнётся без излома. Этого достаточно для труб и оконного профиля (общие сведения о ПВХ), но не для шланга, который нужно сворачивать, или кабеля, который должен огибать углы. Чтобы получить гибкость, цепи надо «развести». Эту работу и выполняет пластификатор.
Как работает пластификатор
Молекулы пластификатора проникают между цепями полимера при нагреве и смешении, экранируют притяжение между цепями и увеличивают подвижность звеньев. В терминах физики полимеров температура стеклования смеси падает: материал, который при комнатной температуре был стеклообразным, становится каучукоподобным. Чем больше пластификатора, тем мягче и эластичнее изделие, но тем ниже прочность и стойкость к растворителям. Общее определение пластификатора: вещество, которое делает материал мягче и пластичнее, снижает вязкость и/или трение при обработке (обзор).
Сила действия зависит от химии и совместимости пластификатора. Хорошо совместимый вещество растворяется в полимере и остаётся в нём, плохо совместимый выпотевает на поверхность. Вторая характеристика — летучесть: чем она ниже, тем дольше изделие сохраняет гибкость.
Что такое phr
В рецептурах ПВХ количество добавок принято указывать в phr (parts per hundred resin) — массовых частях на сто частей смолы. Это удобная шкала: смола всегда равна 100, а остальные компоненты складываются сверху. Если в рецептуре пластификатора, скажем, 50 phr, значит на 100 кг смолы приходится 50 кг пластификатора, а доля в готовом материале около трети. Для мягких изделий доля пластификатора измеряется десятками phr, для жёстких она практически нулевая. Точные значения зависят от нужной твёрдости и от того, какие свойства важнее — гибкость на морозе, стойкость к миграции или цена.
Основные группы
Фталаты. Исторически самые массовые: ДОФ (диоктилфталат, он же DEHP) и ДИНФ (диизононилфталат) универсальны и недороги. Обзоры отмечают, что часть низкомолекулярных ортофталатов классифицирована как потенциальные эндокринные разрушители, и для чувствительных применений ограничена. Это одна из причин поиска альтернатив.
Терефталаты. ДОТФ (диоктилтерефталат) — изомер фталата, но с иным профилем токсичности; его чаще выбирают там, где важны безопасность и стойкость к миграции. Его место в ассортименте подробно разобрано в материале ДОТФ, ДОФ, ДИНФ.
Адипаты, себацинаты и другие. Дают хорошую морозостойкость и применяются в специальных изделиях.
Полимерные и специальные пластификаторы. Менее летучие, стойкие к миграции, но дороже.
Выбор определяется тремя вопросами: что должно выдерживать изделие, какие нормы применимы и сколько можно потратить. Для детских, медицинских и пищевых изделий требования строже, и их проверяют по действующим документам, а не по обзорам.
Миграция: главная ахиллесова пята
Пластификатор не связан с полимером химической связью, он просто находится между цепями. Поэтому со временем он может испаряться, вымываться водой и растворителями или переходить в контактирующие материалы. Потеря пластификатора делает изделие жёстким и хрупким: на старом шнуре от лампы или на старой плёнке видно, как материал трескается при изгибе. Для долговечности выбирают менее летучие, высокомолекулярные пластификаторы и следят за совместимостью с соседними материалами. Для полов, кабеля, шлангов миграция — один из главных параметров качества.
Как смола и пластификатор «встречаются»
На производстве мягкого ПВХ смола и пластификатор перемешиваются в нагреваемом смесителе: жидкость впитывается порами в частицы смолы, и получается сухая сыпучая смесь, которую затем экструдируют или каландрируют. От смолы здесь многое зависит. Пористость определяет, как быстро и полно она принимает пластификатор: плохо пористая смола оставляет жидкость на поверхности частиц, смесь липнет и получается неоднородной. К-значение влияет на прочность при высокой доле пластификатора: для мягких изделий обычно берут смолу с более высоким К, чтобы сохранить механику. Эти связи мы описывали в материалах насыпная плотность и пористость и К-значение.
Как выбрать группу пластификатора: четыре критерия
Выбор не сводится к названию. Первый критерий — температура эксплуатации: для изделий, которые работают на морозе (кабель на улице, шланги), нужны пластификаторы с хорошей низкотемпературной гибкостью, и здесь традиционно сильны адипаты и себацинаты. Второй — миграция и летучесть: полы, плёнки для контакта с другими пластиками, изделия длительного срока службы требуют менее летучих, высокомолекулярных пластификаторов. Третий — нормативные требования: детские товары, медицина, контакт с пищей, экспорт в страны со строгими нормами диктуют допустимый перечень веществ, и его надо проверять по актуальным документам. Четвёртый — цена: массовые фталаты дешевле, спецпластификаторы и полимерные дороже, и разницу окупает только долговечность или соответствие нормам. В реальной рецептуре нередко используют смесь двух пластификаторов — основного и вторичного, — подбирая их так, чтобы закрыть противоречивые требования; сочетание проверяют испытанием на старение.
Как проверять изделие на потерю пластификатора
Для оценки долговечности применяют ускоренное старение: образцы выдерживают в нагретой камере и сравнивают массу и твёрдость до и после, определяют потерю массы, изменение гибкости при низкой температуре, появление налёта на поверхности. Дополнительно проверяют контакт с материалами, с которыми изделие соприкасается в службе, ведь некоторые пластики вытягивают пластификатор. Эти результаты помогают выбрать рецептуру до запуска массового производства и избежать рекламаций через год-два эксплуатации. Если вы меняете пластификатор или смолу, повторите испытание: хорошая гибкость в свежем образце ничего не говорит о состоянии материала через полгода.
Где пластификатор применяют
- Кабельная изоляция и оболочка. Нужны гибкость, электрические свойства и стойкость к старению.
- Плёнки и листы. От упаковки до натяжных потолков.
- Линолеум и напольные покрытия. Износостойкость и низкая миграция; тема — в статье пластикат для линолеума.
- Шланги, профили, уплотнители. Гибкость и стойкость к многократному изгибу.
- Обувь и подошвы. Эластичность и сопротивление истиранию.
Готовые смеси смолы с пластификатором и другими добавками называют пластикатом; по ценам и составам — пластикат ПВХ: как купить и композиции.
Типичные заблуждения
«Пластификатор — это просто масло» — нет, это специально подобранные эфиры, совместимые с полимером. «Чем больше, тем мягче и лучше» — после определённой доли падают прочность и стойкость, растёт миграция. «Любой пластификатор подходит любому изделию» — нет, различия в токсикологии, морозостойкости, летучести и цене определяют выбор. «Мягкий ПВХ всегда вреден» — вопрос в конкретном пластификаторе и применении, а не в самом материале. «Запах нового изделия — признак высокого качества» — запах говорит о летучих компонентах, это скорее повод проверить рецептуру.
Что берём на себя
В нашем каталоге ПВХ представлен суспензионной смолой ПВХ-С разных К-значений. Подскажем, какая смола подойдёт под мягкую рецептуру (по К-значению и пористости), поможем с образцами и паспортами и сориентируем по готовым композициям. Для запроса опишите изделие, твёрдость и объём в КП; линейка находится в каталоге ПВХ-С.
Мнение компании
Пластификатор — тот случай, когда выбор химии определяет и свойства изделия, и репутацию производителя. В этой статье мы говорим о том, что относится к нашей области: как смола ведёт себя с пластификатором, какие параметры паспорта важны и где скрыты риски; подбор самого пластификатора остаётся за технологом изделия. Если вы разрабатываете мягкое изделие, начните с требований к нему, нормы и срока службы, а уже потом выбирайте группу пластификатора. Для подбора смолы под рецептуру загляните на страницу подбора.
