กลไกของพลาสติไซเซอร์ในโพลีเมอร์คืออะไร

พอลิเมอร์ในรัฐพื้นเมืองของพวกเขามักจะมีลักษณะที่เข้มงวดและเปราะบางบางครั้งที่สามารถ จำกัด ยูทิลิตี้ของพวกเขาในการใช้งานต่างๆ เพื่อเอาชนะข้อ จำกัด เหล่านี้และให้ความยืดหยุ่นที่ต้องการความสามารถในการประมวลผลและความทนทาน พลาสติก รวมอยู่ในสูตรของพวกเขา สารเติมแต่งเหล่านี้โดยทั่วไปแล้วสารประกอบอินทรีย์ที่มีความผันผวนต่ำการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติทางกายภาพของพอลิเมอร์โดยพื้นฐานโดยการปรับเปลี่ยนโครงสร้างภายในและแรงระหว่างโมเลกุล การทำความเข้าใจกลไกที่ซับซ้อนซึ่งพลาสติกทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงเหล่านี้เป็นสิ่งสำคัญสำหรับการออกแบบเหตุผลและการประยุกต์ใช้วัสดุพอลิเมอร์

ทำความเข้าใจกับความแข็งแกร่งของพอลิเมอร์

ก่อนที่จะเจาะลึกถึงบทบาทของพลาสติกสิ่งสำคัญคือการเข้าใจแหล่งที่มาของความแข็งแกร่งในโพลีเมอร์ที่ไม่เคยมีมาก่อน พอลิเมอร์ประกอบด้วยโซ่โมเลกุลยาวและคุณสมบัติของพวกเขาส่วนใหญ่จะถูกกำหนดโดยการโต้ตอบระหว่างโซ่เหล่านี้ ในโพลีเมอร์ที่แข็ง กองกำลังระหว่างโมเลกุล เช่นกองกำลัง Van der Waals พันธะไฮโดรเจนหรือปฏิสัมพันธ์ไดโพลไดโพลสร้างเครือข่ายที่มีความเหนียวแน่นสูง นี่เป็นการ จำกัด ไฟล์ การเคลื่อนไหวของปล้อง ของโซ่พอลิเมอร์ซึ่งหมายความว่าแต่ละส่วนของโซ่ไม่สามารถเคลื่อนที่ผ่านกันได้อย่างอิสระ การเคลื่อนไหวที่ จำกัด นี้แปลว่าสูง อุณหภูมิการเปลี่ยนแก้ว (TG) อุณหภูมิวิกฤตด้านล่างซึ่งพอลิเมอร์จะทำงานได้อย่างแข็งและแข็ง

บทบาทของพลาสติก: น้ำมันหล่อลื่นโมเลกุล

พลาสติกทำหน้าที่เป็น "สารหล่อลื่นภายใน" หรือ "ตัวเว้นวรรค" ภายในเมทริกซ์พอลิเมอร์ เมื่อพลาสติไซเซอร์ผสมกับพอลิเมอร์โมเลกุลของมันจะเกิดขึ้นระหว่างโซ่พอลิเมอร์ การแทรกนี้มีผลสำคัญหลายประการ:

1. การลดแรงระหว่างโมเลกุล

ผลกระทบที่สำคัญที่สุดของพลาสติกคือ การลดทอนกองกำลังที่น่าสนใจ ระหว่างโซ่พอลิเมอร์ โมเลกุลพลาสติไซเซอร์มีขนาดเล็กลงและมักจะมีขั้วมากกว่ากลุ่มพอลิเมอร์คัดกรองหรือเจือจางปฏิกิริยาของพอลิเมอร์โพลีเมอร์ที่แข็งแกร่ง ด้วยการแนะนำปฏิสัมพันธ์ใหม่ของพลาสติไซเซอร์-โพลีเมอร์ที่อ่อนแอกว่า (หรือเพียงแค่แยกโซ่พอลิเมอร์) ความหนาแน่นของพลังงานโดยรวมของระบบจะลดลง

2. เพิ่มปริมาณฟรี

การแทรกซึมของโมเลกุลพลาสติไซเซอร์ยังนำไปสู่ เพิ่มปริมาณฟรี ภายในโพลิเมอร์เมทริกซ์ ปริมาตรอิสระหมายถึงพื้นที่ว่างระหว่างโซ่พอลิเมอร์ที่ไม่ได้ถูกครอบครองโดยโมเลกุลพอลิเมอร์เอง เมื่อโมเลกุลของพลาสติไซเซอร์แทรกตัวเองพวกมันจะผลักโซ่พอลิเมอร์ออกจากกัน พื้นที่ว่างที่เพิ่มขึ้นนี้ช่วยให้การเคลื่อนที่ของโซ่พอลิเมอร์มากขึ้น

3. การเพิ่มการเคลื่อนไหวของปล้อง

ด้วยแรงที่ลดลงระหว่างโมเลกุลและเพิ่มปริมาณฟรี การเคลื่อนไหวของกลุ่มพอลิเมอร์เพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ - โซ่พอลิเมอร์สามารถเลื่อนและหมุนผ่านกันได้ง่ายขึ้น การเคลื่อนไหวของโซ่ที่เพิ่มขึ้นนี้แสดงให้เห็นถึงความยืดหยุ่นที่เพิ่มขึ้นความยืดหยุ่นและการลดลงของโมดูลัสของพอลิเมอร์ (ความแข็ง)

4. การลดอุณหภูมิการเปลี่ยนแก้ว (TG)

ผลโดยตรงจากการเคลื่อนไหวของปล้องที่เพิ่มขึ้นคือก ภาวะซึมเศร้าของอุณหภูมิการเปลี่ยนแก้ว (TG) - ในขณะที่พลาสติกอนุญาตให้โซ่พอลิเมอร์เคลื่อนที่ได้อย่างอิสระมากขึ้นที่อุณหภูมิที่ต่ำกว่าการเปลี่ยนจากสถานะแก้วที่แข็งไปเป็นสถานะยางที่ยืดหยุ่นมากขึ้นจะเกิดขึ้นที่อุณหภูมิที่ต่ำกว่า นี่เป็นผลกระทบที่สำคัญสำหรับการประมวลผลเนื่องจากช่วยให้โพลีเมอร์มีรูปร่างและเกิดขึ้นที่อุณหภูมิที่จัดการได้มากขึ้น

กลไกการกระทำของพลาสติไซเซอร์: ทฤษฎีและมุมมอง

หลายทฤษฎีพยายามอธิบายกลไกที่ซับซ้อนของการกระทำของพลาสติไซเซอร์:

• ทฤษฎีการหล่อลื่น: ทฤษฎีคลาสสิกนี้ยืนยันว่าโมเลกุลพลาสติไซเซอร์ทำหน้าที่เป็นสารหล่อลื่นภายในลดแรงเสียดทานระหว่างโซ่พอลิเมอร์ขณะที่เลื่อนผ่านกันและกัน สิ่งนี้คล้ายคลึงกับชิ้นส่วนกลไกการหล่อลื่นน้ำมัน

• ทฤษฎีเจล: ทฤษฎีนี้แสดงให้เห็นว่าพลาสติกรบกวนภูมิภาคที่สั่งซื้อผลึกหรือ pseudo-crystalline (เจล) ภายในพอลิเมอร์จึงช่วยให้การเคลื่อนที่ของโซ่มากขึ้น

• ทฤษฎีปริมาณฟรี: นี่อาจเป็นทฤษฎีที่ได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวางที่สุด มันแสดงให้เห็นว่าพลาสติกเพิ่มปริมาณอิสระภายในพอลิเมอร์ให้พื้นที่มากขึ้นสำหรับการเคลื่อนที่แบบแบ่งส่วนและลด TG

• ทฤษฎีการคัดกรอง (หรือทฤษฎีการละลาย): ทฤษฎีนี้เน้นความสามารถของโมเลกุลพลาสติไซเซอร์ในการ "คัดกรอง" หรือห่อหุ้มกลุ่มขั้วโลกบนโซ่พอลิเมอร์ซึ่งจะช่วยลดปฏิกิริยาไดโพลโพลีเมอร์โพลีเมอร์ที่แข็งแกร่งและช่วยให้โซ่แยกออกจากกัน

เป็นสิ่งสำคัญที่จะต้องทราบว่าทฤษฎีเหล่านี้ไม่ได้เกิดร่วมกันและมักจะเติมเต็มซึ่งกันและกันให้ความเข้าใจที่ครอบคลุมเกี่ยวกับการกระทำของพลาสติไซเซอร์

ปัจจัยที่มีอิทธิพลต่อประสิทธิภาพของพลาสติไซเซอร์

ประสิทธิภาพของพลาสติไซเซอร์ได้รับอิทธิพลจากปัจจัยหลายประการรวมถึง:

• ความเข้ากันได้: พลาสติไซเซอร์จะต้องเข้ากันได้กับพอลิเมอร์ซึ่งหมายความว่ามันสามารถผสมผสานการผสมผสานที่เป็นเนื้อเดียวกันโดยไม่ต้องแยกเฟส สิ่งนี้มักขึ้นอยู่กับความคล้ายคลึงกันของพารามิเตอร์การละลายของพวกเขา

• ขนาดและรูปร่างโมเลกุล: โมเลกุลพลาสติไซเซอร์ที่มีขนาดเล็กกว่าและเคลื่อนที่มากขึ้นโดยทั่วไปจะให้ประสิทธิภาพการพลาสติกมากขึ้น

• ขั้ว: ขั้วของพลาสติไซเซอร์ควรเหมาะสมที่จะโต้ตอบกับพอลิเมอร์อย่างมีประสิทธิภาพในขณะที่ไม่แข็งแรงเท่าที่จะทำให้เกิดการชะล้างหรือการปลดปล่อย

• ความเข้มข้น: มีความเข้มข้นของพลาสติไซเซอร์ที่ดีที่สุด น้อยเกินไปจะมีผลน้อยที่สุดในขณะที่มากเกินไปอาจนำไปสู่การหลั่งสารลดความแข็งแรงเชิงกลลดลงและคุณสมบัติอื่น ๆ ที่ไม่พึงประสงค์

บทสรุป

ในสาระสำคัญ Plasticizers จะเปลี่ยนคุณสมบัติทางกล้องจุลทรรศน์ของพอลิเมอร์โดยการเปลี่ยนแปลงสถาปัตยกรรมกล้องจุลทรรศน์อย่างละเอียด ด้วยการทำหน้าที่เป็นตัวเว้นวรรคโมเลกุลและน้ำมันหล่อลื่นพวกมันขัดขวางแรงระหว่างโมเลกุลที่แข็งแกร่งเพิ่มปริมาณอิสระและเพิ่มความคล่องตัวในการแบ่งส่วนในที่สุดลดอุณหภูมิการเปลี่ยนผ่านของแก้วและให้ความยืดหยุ่นและความสามารถในการประมวลผล การเลือกและการรวมตัวกันของพลาสติกเป็นสิ่งที่ขาดไม่ได้สำหรับการปรับแต่งวัสดุพอลิเมอร์เพื่อตอบสนองความต้องการที่หลากหลายของวิศวกรรมสมัยใหม่และการใช้งานของผู้บริโภค