Inggeris
中文简体Polimer, di negeri asal mereka, sering mempunyai watak yang tegar dan kadang -kadang rapuh yang boleh mengehadkan utiliti mereka dalam pelbagai aplikasi. Untuk mengatasi batasan ini dan memberikan fleksibiliti, kebolehpasaran, dan ketahanan yang diingini, plasticizers dimasukkan ke dalam formulasi mereka. Aditif ini, biasanya sebatian organik yang rendah, secara asasnya mengubah sifat fizikal polimer dengan mengubah struktur dalaman dan daya intermolecularnya. Memahami mekanisme yang rumit di mana plasticizers mencapai perubahan ini adalah penting untuk reka bentuk rasional dan penggunaan bahan polimer.
Memahami ketegaran polimer
Sebelum menyelidiki peranan plasticizers, penting untuk memahami sumber ketegaran dalam polimer yang tidak disalurkan. Polimer terdiri daripada rantai molekul panjang, dan sifatnya sebahagian besarnya ditentukan oleh interaksi antara rantai ini. Dalam polimer tegar, kuat kuasa intermolecular Seperti kuasa van der Waals, ikatan hidrogen, atau interaksi dipole-dipole mewujudkan rangkaian yang sangat kohesif. Ini mengehadkan gerakan segmental daripada rantai polimer, yang bermaksud bahawa bahagian individu rantai tidak dapat bergerak secara bebas melewati satu sama lain. Pergerakan terhad ini diterjemahkan ke tahap tinggi Suhu Peralihan Kaca (TG) , suhu kritikal di bawah mana polimer berkelakuan seperti pepejal yang tegar dan kaca.
Peranan Plasticizers: Pelincir Molekul
Plasticizers berfungsi terutamanya sebagai "pelincir dalaman" atau "spacers" dalam matriks polimer. Apabila plasticizer dicampur dengan polimer, molekulnya mengaitkan diri dengan rantaian polimer. Penyisipan ini mempunyai beberapa kesan utama:
1. Mengurangkan daya intermolecular
Kesan yang paling ketara dari plasticizers adalah pelemahan kekuatan yang menarik antara rantai polimer. Molekul plasticizer, yang lebih kecil dan sering lebih kutub daripada segmen polimer, berkesan menyaring atau mencairkan interaksi polimer polimer yang kuat. Dengan memperkenalkan interaksi plastik-polimer yang lebih lemah (atau hanya memisahkan rantai polimer), ketumpatan tenaga kohesif keseluruhan sistem dikurangkan.
2. Meningkatkan jumlah bebas
Interkalasi molekul plasticizer juga membawa kepada Meningkatkan jumlah bebas dalam matriks polimer. Kelantangan bebas merujuk kepada ruang kosong antara rantai polimer yang tidak diduduki oleh molekul polimer sendiri. Sebagai molekul plasticizer memasukkan diri mereka, mereka menolak rantai polimer lagi. Ruang kekosongan yang meningkat ini membolehkan pergerakan segmen yang lebih besar daripada rantai polimer.
3. Meningkatkan gerakan segmen
Dengan daya intermolecular yang dikurangkan dan peningkatan jumlah bebas, Mobiliti segmen polimer meningkat dengan ketara . Rantai polimer kini boleh lebih mudah meluncur dan berputar antara satu sama lain. Pergerakan rantaian yang dipertingkatkan ini ditunjukkan sebagai peningkatan fleksibiliti, keanjalan, dan pengurangan modulus polimer (kekakuan).
4. Menurunkan suhu peralihan kaca (TG)
Akibat langsung dari peningkatan gerakan segmen adalah a Kemurungan suhu peralihan kaca (TG) . Oleh kerana plasticizers membolehkan rantai polimer bergerak lebih bebas pada suhu yang lebih rendah, peralihan dari keadaan kaca yang tegar ke keadaan karet yang lebih fleksibel berlaku pada suhu yang lebih rendah. Ini adalah kesan kritikal untuk pemprosesan, kerana ia membolehkan polimer dibentuk dan dibentuk pada suhu yang lebih mudah diurus.
Mekanisme Tindakan Plasticizer: Teori dan Perspektif
Beberapa teori cuba menjelaskan mekanisme rumit tindakan plasticizer:
-
Teori Lubricity: Teori klasik ini mengemukakan bahawa molekul plasticizer bertindak sebagai pelincir dalaman, mengurangkan geseran antara rantai polimer ketika mereka meluncur melewati satu sama lain. Ini sama dengan bahagian mekanikal pelincir minyak.
-
Teori Gel: Teori ini menunjukkan bahawa plasticizers mengganggu kawasan yang diperintahkan, kristal atau pseudo-kristal (gel) dalam polimer, dengan itu membolehkan mobiliti rantai yang lebih besar.
-
Teori Kelantangan Percuma: Ini mungkin teori yang paling banyak diterima. Ia berpandangan bahawa plasticizers meningkatkan jumlah bebas dalam polimer, memberikan lebih banyak ruang untuk gerakan segmen dan dengan itu menurunkan TG.
-
Teori pemeriksaan (atau teori solvation): Teori ini menekankan keupayaan molekul plasticizer untuk "skrin" atau merangkum kumpulan polar pada rantai polimer, dengan itu mengurangkan interaksi polimer polimer yang kuat dan membolehkan rantai dipisahkan.
Adalah penting untuk diperhatikan bahawa teori -teori ini tidak saling eksklusif dan sering saling melengkapi, memberikan pemahaman yang komprehensif mengenai tindakan plasticizer.
Faktor yang mempengaruhi keberkesanan plastik
Keberkesanan plasticizer dipengaruhi oleh beberapa faktor, termasuk:
-
Keserasian: Plasticizer mesti bersesuaian dengan polimer, yang bermaksud ia boleh membentuk campuran yang stabil dan homogen tanpa pemisahan fasa. Ini sering bergantung kepada persamaan parameter kelarutan mereka.
-
Saiz dan Bentuk Molekul: Lebih kecil, lebih banyak molekul plasticizer mudah alih umumnya memberikan kecekapan plastik yang lebih besar.
-
Polariti: Polariti plasticizer harus sesuai untuk berinteraksi dengan berkesan dengan polimer sementara tidak begitu kuat untuk menyebabkan larutan atau eksudasi.
-
Konsentrasi: Terdapat kepekatan plasticizer yang optimum. Terlalu sedikit akan mempunyai kesan yang minimum, sementara terlalu banyak boleh menyebabkan eksudasi, mengurangkan kekuatan mekanikal, dan sifat lain yang tidak diingini.
Kesimpulan
Pada dasarnya, plasticizers secara asasnya mengubah sifat makroskopik polimer dengan mengubah seni bina mikroskopik mereka. Dengan bertindak sebagai spacer dan pelincir molekul, mereka mengganggu daya intermolecular yang kuat, meningkatkan jumlah bebas, dan meningkatkan mobiliti segmen, akhirnya menurunkan suhu peralihan kaca dan memberikan fleksibiliti dan kebolehpasaran. Pemilihan dan penggabungan plasticizer yang bijak sangat diperlukan untuk menyesuaikan bahan polimer untuk memenuhi permintaan pelbagai aplikasi kejuruteraan moden dan pengguna.
