angol
中文简体A polimerek natív állapotukban gyakran merev és néha törékeny karakterrel rendelkeznek, amely korlátozhatja hasznosságát különféle alkalmazásokban. E korlátozások leküzdése és a kívánt rugalmasság, a feldolgozhatóság és a tartósság megadása, lágyítószerek beépítik a készítményeikbe. Ezek az adalékanyagok, általában alacsony illékonyságú szerves vegyületek, alapvetően megváltoztatják a polimer fizikai tulajdonságait belső szerkezetének és intermolekuláris erõinek módosításával. A bonyolult mechanizmus megértése, amellyel a lágyítók elérik ezeket a változásokat, döntő jelentőségű a polimer anyagok racionális megtervezéséhez és alkalmazásához.
A polimer merevségének megértése
Mielőtt belemerülne a lágyítók szerepébe, fontos, hogy megragadja a szokatlan polimerek merevségének forrásait. A polimerek hosszú molekuláris láncokból állnak, és tulajdonságaikat nagymértékben az ezen láncok közötti kölcsönhatások határozzák meg. Merev polimerekben, erős intermolekuláris erők Mint például a Van der Waals erők, a hidrogénkötés vagy a dipól-dipól interakciók, nagyon koherens hálózatot hoznak létre. Ez korlátozza a szegmentális mozgás a polimer láncok közül, ami azt jelenti, hogy a láncok egyes részei nem képesek szabadon mozogni egymás mellett. Ez a korlátozott mobilitás magasra csökken Üveg átmeneti hőmérséklete (TG) , egy kritikus hőmérséklet, amely alatt a polimer merev, üveges szilárd anyagként viselkedik.
A lágyítók szerepe: molekuláris kenőanyag
A lágyítók elsősorban "belső kenőanyagokként" vagy "távtartóként" működnek a polimer mátrixon belül. Amikor a lágyítót egy polimerrel keverik, a molekulák a polimer láncok között interkálisak. Ennek a beillesztésnek számos kulcsfontosságú következménye van:
1. Az intermolekuláris erők csökkentése
A lágyítók legjelentősebb hatása a A vonzó erők csillapítása a polimer láncok között. A lágyító molekulák, amelyek kisebbek és gyakran polarok, mint a polimer szegmensek, hatékonyan szűrik vagy hígítják az erős polimer-polimer kölcsönhatásokat. Új, gyengébb lágyítópolimer kölcsönhatások bevezetésével (vagy egyszerűen a polimer láncok elválasztásával), a rendszer teljes koherens energia sűrűsége csökken.
2. A szabad térfogat növelése
A lágyító molekulák interkalációja is egy Növelje a szabad térfogatot a polimer mátrixon belül. A szabad térfogat a polimer láncok közötti üres helyre utal, amelyet maguk a polimer molekulák nem foglalnak el. Amint a lágyító molekulák beillesztik magukat, a polimer láncokat távolabb tolja. Ez a megnövekedett üresség lehetővé teszi a polimer láncok nagyobb szegmentális mobilitását.
3. A szegmentális mozgás fokozása
Csökkentett intermolekuláris erőkkel és megnövekedett szabad térfogatával A polimer szegmensek mobilitása jelentősen növekszik - A polimer láncok most könnyebben csúszhatnak és elforgathatnak egymás mellett. Ez a fokozott láncmozgás megnövekedett rugalmasságot, rugalmasságot és a polimer modulusának (merevség) csökkenését mutatja.
4. Az üveg átmeneti hőmérsékletének csökkentése (TG)
A megnövekedett szegmentális mozgás közvetlen következménye a Az üveg átmeneti hőmérsékletének (TG) depressziója - Mivel a lágyítók lehetővé teszik a polimer láncok számára, hogy alacsonyabb hőmérsékleten szabadabban mozogjanak, a merev üveges állapotból a rugalmasabb gumiállapotra való áttérés alacsonyabb hőmérsékleten fordul elő. Ez a feldolgozás kritikus hatása, mivel lehetővé teszi a polimerek kialakulását és kezelhető hőmérsékleten történő kialakulását.
A lágyító akció mechanizmusai: elméletek és perspektívák
Számos elmélet megkísérel magyarázni a lágyító hatás bonyolult mechanizmusát:
-
A kenőanyag -elmélet: Ez a klasszikus elmélet azt állítja, hogy a lágyító molekulák belső kenőanyagokként működnek, csökkentve a polimer láncok közötti súrlódást, amikor egymás mellett csúsznak. Ez analóg az olajkenés mechanikai alkatrészeivel.
-
Gélelmélet: Ez az elmélet azt sugallja, hogy a lágyítók megzavarják a polimerben a rendezett, kristályos vagy ál-kristályos régiókat (gélek), ezáltal lehetővé téve a nagyobb lánc mobilitást.
-
Szabad kötet elmélet: Ez talán a legszélesebb körben elfogadott elmélet. Azt állítja, hogy a lágyítók növelik a polimer szabad térfogatát, több helyet biztosítva a szegmentális mozgáshoz, és ezáltal csökkentik a TG -t.
-
Szűrési elmélet (vagy szolvatációs elmélet): Ez az elmélet hangsúlyozza a lágyító molekulák azon képességét, hogy "szűrő" vagy a poláris csoportok beágyazódjanak a polimer láncokon, ezáltal csökkentve az erős polimer polimer dipól kölcsönhatásokat, és lehetővé téve a láncok elválasztását.
Fontos megjegyezni, hogy ezek az elméletek nem zárják ki egymást, és gyakran kiegészítik egymást, és átfogó megértést biztosítanak a lágyító hatásáról.
A lágyító hatékonyságát befolyásoló tényezők
A lágyító hatékonyságát számos tényező befolyásolja, beleértve:
-
Kompatibilitás: A lágyítónak kompatibilisnek kell lennie a polimerrel, azaz stabil, homogén keveréket képezhet fázis elválasztás nélkül. Ez gyakran az oldhatósági paramétereik hasonlóságától függ.
-
Molekuláris méret és alak: A kisebb, mobil lágyító molekulák általában nagyobb lágyítási hatékonyságot biztosítanak.
-
Polaritás: A lágyító polaritásának megfelelőnek kell lennie, hogy hatékonyan kölcsönhatásba lépjen a polimerrel, miközben nem olyan erős, hogy kimosódást vagy exudációt okozhasson.
-
Koncentráció: Van egy optimális lágyító koncentráció. A túl kevésnek minimális hatása van, míg a túl sok az exudációhoz, a csökkent mechanikai szilárdsághoz és más nemkívánatos tulajdonságokhoz vezethet.
Következtetés
Lényegében a lágyítók alapvetően átalakítják a polimerek makroszkopikus tulajdonságait azáltal, hogy finoman megváltoztatják mikroszkópos architektúrájukat. A molekuláris távtartóként és kenőanyagokként való hatással megzavarják az erős intermolekuláris erőket, növelik a szabad térfogatot, és fokozzák a szegmentális mobilitást, végül csökkentve az üveg átmeneti hőmérsékletét, és rugalmasságot és feldolgozhatóságot biztosítva. A lágyítók megfontolt kiválasztása és beépítése nélkülözhetetlen a polimer anyagok testreszabásához, hogy megfeleljenek a modern mérnöki és fogyasztói alkalmazások sokrétű igényeinek.
