PVC無(wú)毒增塑劑的應(yīng)用和發(fā)展探討

王方麗 胡春燕 閆桂林（山東晨陽(yáng)新型碳材料股份有限公司，山東 濟(jì)寧 272000）

1 植物油合成PVC增塑劑的優(yōu)勢(shì)

植物油脂是由脂肪酸和甘油化合而成的天然化合物，廣泛分布于自然界中，具有來(lái)源廣、產(chǎn)量大、可再生和價(jià)格低廉等優(yōu)勢(shì)。植物油脂可以通過(guò)其含有官能團(tuán)參與多種化學(xué)反應(yīng)，作為合成多種精細(xì)化學(xué)品的原料。目前，植物油脂中可以改性合成增塑劑的官能團(tuán)有不飽和雙鍵、共軛雙鍵、酯基、與酯基相連β碳上的氫、羥基和羧基等[1]。

2 PVC用無(wú)毒增塑劑

2.1 檸檬酸酯類(lèi)增塑劑

國(guó)外檸檬酸酯產(chǎn)品見(jiàn)報(bào)道的有50 多種，工業(yè)化生產(chǎn)的有15 種，其中檸檬酸三丁酯(TBC)和乙酰基檸檬酸三丁酯(ATBC)最為常用。對(duì)于ATBC 而言，以及TBC 來(lái)講，其是主要的增塑劑，與此同時(shí)，它擁有極強(qiáng)的溶解性，以及相應(yīng)的耐油性，基于這一現(xiàn)狀，其擁有良好的發(fā)展空間，能夠給相關(guān)行業(yè)帶來(lái)穩(wěn)定的經(jīng)濟(jì)效益。檸檬酸酯作為食品包裝用PVC膜的主增塑劑，尤其適用于肉類(lèi)等高脂肪含量食品的包裝及菌類(lèi)、新鮮蔬菜等的保鮮，由于PVC膜擁有極好的透氣性，除此之外，其還擁有良好的熔封性，在一定程度上，能夠有效克服一些缺點(diǎn)。因?yàn)闄幟仕狨ゾ哂性S多優(yōu)點(diǎn)，其優(yōu)點(diǎn)主要為無(wú)毒，因此，往往將其使用在藥品外包裝，因?yàn)樗鼡碛辛己玫脑鏊苄?，該制品一般不?huì)破碎，并且對(duì)于包裹效果而言，其效果極佳[2]。

2.2 環(huán)氧增塑劑

環(huán)氧類(lèi)增塑劑中研究最深入的是環(huán)氧大豆油，其在國(guó)外的消費(fèi)量占環(huán)氧增塑劑的70%環(huán)氧大豆油由于具有良好的耐熱性、耐光性、互滲性、低溫柔韌性，且揮發(fā)度低，沒(méi)有毒性，所以應(yīng)用相當(dāng)廣泛，尤其適用于食品和藥品塑料包裝材料。對(duì)于環(huán)氧大豆油而言，其通常情況下，會(huì)使用在PVC 中，主要原因在于：環(huán)氧基團(tuán)，在一定程度上，可以捕捉PVC 中的CI，從而有效終止自由基反應(yīng)，再者，能夠降低降解速度，這樣一來(lái)，能夠有效改善PVC 的功能，使其能夠很好的運(yùn)用在相關(guān)行業(yè)中，通常情況下，如：農(nóng)用薄膜中加入環(huán)氧大豆油，基于產(chǎn)品的耐熱性、耐光性，其跟加入增塑劑進(jìn)行對(duì)比，都有顯著的成效。然而在PVC 加工中，僅僅是運(yùn)用一點(diǎn)環(huán)氧大豆油，就能夠減少不必要的能耗，進(jìn)而提高工作效率，并且還能改善操作條件，進(jìn)而確保產(chǎn)品的質(zhì)量得到有效的提升。與此同時(shí)，還能夠減少不必要的成本浪費(fèi)，進(jìn)而確保給相關(guān)行業(yè)帶來(lái)良好的經(jīng)濟(jì)效益[3]。

2.3 偏苯三酸酯類(lèi)增塑劑

其揮發(fā)性低，耐老化性、耐抽出性及耐熱性能好，并有良好的絕緣性，故可用于105℃級(jí)耐熱電纜料和10kV聚氯乙烯電纜料的生產(chǎn)。在美國(guó)，有78%的TOTM 用于電線電纜行業(yè)，占電線電纜增塑荊總量的13%，而傳統(tǒng)的DOP 則僅占總用量的6%。其作為增塑劑中的佼佼者，通常情況下，擁有許多優(yōu)勢(shì)，其優(yōu)勢(shì)主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）耐高溫（2）耐抽出性，現(xiàn)在已經(jīng)普遍使用在電線電纜中，與此同時(shí)，其還使用在食品行業(yè)，此外，還會(huì)使用在兒童玩具中。然而，在國(guó)外，其往往被作為特種增塑劑，被各行各業(yè)廣泛使用，但是在國(guó)內(nèi)，只是用于TOTM生產(chǎn)中，對(duì)于這類(lèi)產(chǎn)品還沒(méi)有進(jìn)行全面的開(kāi)發(fā)[4]。

3 酯化、醚化和開(kāi)環(huán)反應(yīng)改性合成植物油基增塑劑

研究者為了提高環(huán)氧化脂肪酸酯與PVC 的相容性和耐熱性，合成了一些高碳醇脂肪酸酯或具有多個(gè)酯基的脂肪酸多酯型PVC 增塑劑。如Silva 等研究了以米糠油酸與多元醇（辛醇、二甘醇和丙二醇）酯化制備的脂肪酸酯作為PVC和天然橡膠的增塑劑，該增塑劑制備的PVC制品在水中沒(méi)有遷移。力學(xué)試驗(yàn)表明，與純聚合物薄膜相比，添加這種天然的增塑劑可顯著提高材料的斷裂伸長(zhǎng)率。Mehta 等以蓖麻油酸（COFA）和苯乙醇為主要原料，用質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.3%二月桂酸二丁基錫（DBTDL）作為催化劑進(jìn)行酯化，得到產(chǎn)物接著和辛酸進(jìn)行酯化得到蓖麻油二酯（辛酸酯，OE）。在替代DOP制備PVC制品的實(shí)驗(yàn)中，隨著OE替代量的增加，PVC制品的拉伸強(qiáng)度、延伸率、滲出性、熱穩(wěn)定性和耐化學(xué)性都有所提高；并且能降低塑化時(shí)PVC 糊的黏度，有利于加工；肖氏硬度隨OE濃度的增加而增加，但不顯著。此外，增塑劑的遷移與所替換增塑劑的濃度成正比。因此，該增塑劑適合于DOP共用，添加量能高達(dá)30%質(zhì)量分?jǐn)?shù)，同時(shí)也可通過(guò)脫水蓖麻油酸與苯乙醇酯化反應(yīng)制備蓖麻油基增塑劑BE[5]。

4 展望

植物油脂來(lái)源廣泛且可再生，為合成新型的精細(xì)化學(xué)品提供取之不盡的綠色原料。植物油脂基增塑劑結(jié)構(gòu)可變性強(qiáng)，性能可調(diào)、可控，具有很大發(fā)展空間，但是目前仍然有很多問(wèn)題需要解決。例如，在增塑機(jī)理方面研究還十分欠缺。目前增塑劑的增塑機(jī)理有潤(rùn)滑、凝膠和自由體積等理論，根據(jù)這些理論結(jié)合宏觀上常用溶解度參數(shù)、相互作用參數(shù)和特性黏度等來(lái)預(yù)測(cè)該增塑劑與PVC 樹(shù)脂的相容性，從而進(jìn)一步判斷增塑劑的優(yōu)劣。然而這些理論已經(jīng)爭(zhēng)論多年，迄今為止還沒(méi)有一套完整的理論來(lái)解釋復(fù)雜的增塑機(jī)理，因此依此來(lái)預(yù)測(cè)增塑劑性能的方法也存在一定的不可靠性。還有目前市面上的油脂基增塑劑（環(huán)氧類(lèi)增塑劑和氯代植物油脂），因環(huán)氧化制備工藝會(huì)產(chǎn)生大量的廢水和安全隱患等，不能作為主增塑劑使用，在塑料制品中用量有限[6]。

4.1 采用新型催化劑

在現(xiàn)階段，生產(chǎn)增塑劑，主要使用的是以往的硫酸催化劑，盡管其具有一定的優(yōu)勢(shì)，如：造價(jià)低，然而，其也有許多不足之處，如：腐蝕性強(qiáng)、工藝繁瑣，基于這一現(xiàn)狀，相關(guān)部門(mén)要加快相應(yīng)的研究工作，進(jìn)而使其能夠很好的運(yùn)用在相關(guān)行業(yè)中。

4.2 采用新型合成工藝

現(xiàn)階段，其在生產(chǎn)的過(guò)程中，由于其工藝繁瑣，同時(shí)需要的設(shè)備比較多。除此之外，由于尋找流程短，相應(yīng)的設(shè)備比較少，并且副產(chǎn)物也比較少，基于這一現(xiàn)狀，研究新型合成工藝就成為現(xiàn)階段的主要任務(wù)，因此，相關(guān)部門(mén)要給予重視。

4.3 降低成本及價(jià)格

對(duì)于無(wú)毒增塑劑而言，其主要的特點(diǎn)就是：價(jià)格高，所以，在一定程度上，就會(huì)影響其應(yīng)用領(lǐng)域。因此，對(duì)于這類(lèi)產(chǎn)品而言，其在未來(lái)的方向是：自動(dòng)化，在保證質(zhì)量的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)價(jià)格的最優(yōu)化。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)上述的分析可知，現(xiàn)階段，隨著我國(guó)社會(huì)的進(jìn)步以及經(jīng)濟(jì)水平的不斷提升，人們的環(huán)保意識(shí)逐漸增強(qiáng)，并且也正逐漸落實(shí)兩型社會(huì)，與此同時(shí)，對(duì)于一些環(huán)境法規(guī)公約的強(qiáng)制執(zhí)行，因此，對(duì)于PVC 增塑劑而言，其應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越廣泛，同時(shí)也正向著綠色的方向不斷發(fā)展。希望通過(guò)文章的研究能夠給相關(guān)人士帶來(lái)一定的借鑒意義，同時(shí)促進(jìn)相關(guān)行業(yè)具有良好的發(fā)展空間，并且使其能夠獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益，促進(jìn)其可持續(xù)發(fā)展。