Пластификаторы

Категория:
Целлюлозные лаки


Пластификаторы

Далее:

Пластификаторы или мягчители должны, как показывает само их название, смягчать лаковую пленку и поддерживать ее в таком состоянии.

Механизм действия пластификатора можно представить себе двояко.

По одним представлениям пленкообразователь, в данном случае производное целлюлозы, «растворяется» в пластификаторе так же, как и в растворителе. Такое представление подтверждается тем, что большинство пластификаторов при комнатной температуре представляют собой жидкости с очень большим числом испарения, т. е. с очень низкой упругостью паров. Между растворителями с высоким числом испарения и пластификаторами существует непрерывный переход, т. е. существуют растворители, которые вследствие небольшой их летучести ведут себя уже как пластификаторы.

По другим представлениям действие пластификатора заключается в том, что молекулы пластификатора внедряются в структуру молекулы пленки, в результате чего образуются как бы «шарнирные соединения», в которых молекулы пленкообразова-теля обладают большей подвижностью. По этим взглядам в пленках из производных целлюлозы молекулы пластификатора внедряются в пучок нитевидных цепных молекул, вследствие чего пленка становится гибкой. Это явление можно рассматривать как своего рода смазку. При этом пластификатор не вступает в химическое взаимодействие с пленкообразователем: он не растворяет пленкообразователя и не присоединяет к себе его молекул.

Оба эти представления соответствуют принятому с химической точки зрения делению пластификаторов на желатинирующие и нежелатинирующие.

Желатинирующие пластификаторы обладают растворяющим действием, а нежелатинирующие свободно внедряются в образующуюся пленку.

Разумеется строго разграничить эти две группы пластификаторов нельзя и даже существуют пластификаторы, занимающие промежуточные положения. Есть пластификаторы, которые в некоторой степени обладают желатинирующим действием, но в основном являются нежелатинирующими, и наоборот. Кроме того, есть пластификаторы, которые при повышенных температурах действуют желатинирующе, а на холоду желатинирующим действием не обладают.

Растворяющее действие пластификаторов проявляется в разных пленкообразователях неодинаково. Так, например, есть пластификаторы, которые желатинируют нитроцеллюлозу, а этил-целлюлозу не желатинируют. Такие же соотношения существуют между пластификаторами и смолами.

Желатинирующее действие пластификатора зависит также от содержания азота в нитроцеллюлозе. Нитроцеллюлозы, содержащие мало азота, желатинируются хуже, че м содержащие много азота. Величина желатинирующего действия зависит также и от природы пластификатора.

Следует заметить, что способность пластификатора желатинировать производные целлюлозы совершенно не связана с его качеством. Нельзя утверждать, что качество желатинирующего пластификатора всегда выше, чем нежелатинирующего. При этом следует иметь в виду, что понятие о высоком и низком качестве пластификатора без указания на его определенные свойства вообще не имеет смысла.

Преимущества, которыми обладают желатинирующие пластификаторы, заключаются в том, что пластификатор как бы вступает во взаимодействие с производным целлюлозы и смолой и образует химически однородный комплекс. В результате этого пленка приобретает эластичность резины. При введении очень большого количества пластификатора или при высоких температурах эластичность пленки может перейти в липкость. В этом случае пластификатор при повышении температуры не выделяется. Такая эластичность, разумеется, зависит от свойств и пластификатора и пленкообразователя.

Лаки с нежелатинирующими пластификаторами образуют пленки, обладающие в большинстве случаев совершенно другими свойствами. В этом случае, как уже было указано, химические соединения между молекулами пластификатора и пленкообразователя не образуются, а поэтому не образуются и химически однородные и достаточно прочные комплексы. Это проявляется в склонности пластификатора при определенных условиях выделяться из пленки. При нагревании таких пленок происходит так называемое «выпотевание», которое заключается в том, что пластификатор выделяется из пленки и располагается на ее поверхности в виде микроскопических капелек. Интенсивность этого явления зависит не только от типа пластификатора, но также и от типа пленкообразователя и других условий.

Пленка, содержащая нежелатинирующий пластификатор, получается преимущественно вязкой. В противоположность пленкам с желатинирующим пластификатором эти пленки сохраняют свою твердость при увеличении количества пластификатора и при умеренном повышении температуры. При большем повышении температуры наступает упомянутое выше выпотевание. При последующем охлаждении выделившийся пластификатор обратно в пленку не впитывается, а остается на ее поверхности. В результате этого пленка теряет гибкость.

Из этих кратких данных видно, что как желатинирующие, так и нежелатинирующие пластификаторы имеют свои преимущества и недостатки. Разнообразные требования, предъявляемые к качеству пленки, заставляют в большинстве случаев применять комбинации желатинирующих и нежелатинирующих пластификаторов. Такой прием часто дает возможность получить пленки с высокой эластичностью и гибкостью; при повышении температуры такая пленка немного размягчается, а при более сильном нагревании теряет вследствие выпотевания только небольшое количество пластификатора.

Разнообразие свойств пластификаторов позволяет обе главные группы подразделить дополнительно на ряд групп, различающихся существенными признаками.

О пластифицирующем действии—основном свойстве пластификаторов—следует сказать, что увеличение количества различных пластификаторов в пленке вызывает неодинаковое действие. Некоторые пластификаторы при введении их в лаки уже в небольших количествах значительно увеличивают эластичность пленки. При дальнейшем увеличении количества такого пластификатора заметного дополнительного увеличения эластичности пленки не происходит.

Поведение других пластификаторов прямо противоположно: введение в лак небольших количеств этих пластификаторов не вызывает сильного увеличения эластичности пленки; эластичность таких пленок увеличивается только после введения сравнительно больших количеств пластификатора и затем по мере увеличения количества пластификатора быстро растет.

При графическом изображении этих зависимостей получаются кривые, характеризующие изменение эластичности в зависимости от увеличения количества пластификатора. От природы и количества пластификатора зависят также напряжения, возникающие при усадке пленки, и образование в лаковой пленке трещин.

О различном действии отдельных пластификаторов можно судить по разному повышению вязкости растворов. При добавке одинаковых количеств разных пластификаторов вязкость растворов повышается неодинаково. Из этого можно сделать вывод, что пластификаторы вступают в химическое взаимодействие с компонентами раствора.

К качеству пластификатора предъявляют очень большое количество самых разнообразных требований. Так, пластификатор должен обладать: хорошим пластифицирующим действием, светлым цветом, светостойкостью, химической стойкостью, незначительной летучестью, нерастворимостью в воде, стойкостью к действию холода, стойкостью к действию тепла, безвредностью, совместимостью с пленкообразователем и растворителями и не иметь запаха.

Разумеется, что каждый пластификатор может удовлетворять только части этих требований, и хотя количество химических соединений, применяемых в настоящее время в качестве пластификаторов, исчисляется тысячами, среди них нет ни одного, который удовлетворял бы веем требованиям. Из чрезвычайно большого числа этих соединений большинство не может быть использовано в качестве пластификаторов по соображениям экономическим: они или слишком дороги или дефицитны, поэтому из исследованных соединений тольк© небольшая часть применяется в качестве обычных типов пластификаторов. Но и это небольшое число пластификаторов все же достаточно велико, чтобы можно было выбрать для любых целей соответствующий пластификатор или по крайней мере комбинацию нескольких пластификаторов. В этом случае комбинацию пластификаторов, которая удовлетворяла бы предъявляемым требованиям, следует подбирать путем специальных экспериментов. Такие эксперименты необходимы хотя бы потому, что каждый пластификатор оказывает на пленку специфическое действие, зависящее от природы и количественных соотношений компонентов лака.

Таким образом, правильный выбор пластификатора не является неразрешимым вопросом; все же в решении этой проблемы существуют особого рода трудности, которые устранить до сих пор не удалось. Эти трудности, приводящие к нежелательным явлениям, заключаются в миграции пластификатора.

Миграция пластификатора заключается в переходе пластификатора из одного слоя пленки в другой, соседний. Предпосылкой Для этого явления служит притяжение пластификатора средой этого соседнего слоя. Между этим соседним слоем и пластификатором существует химическое сродство большее, чем между пластификатором и слоем, из которого он уходит. Миграция пластификатора происходит также и вследствие его стремления Распространиться равномерно по всей пленке.

Опасность миграции пластификатора существует, следовательно, втом случае, когда соседний слой способен вобрать в себя пластификатор, и эта опасность особенно велика, когда соседний слой пленки обладает большим сродством к пластификатору. Метод определения миграции пластификатора описан в проекте норм DIN 53405. Научные основы этого явления не выяснены. Весьма вероятно, что такое сродство существует в тех случаях, когда химическое строение и, в первую очередь, ди-польный момент пластификатора и соседнего слоя, в который пластификатор переходит, сходны. Так, например, неполярный пластификатор предпочтительно мигрирует в слой пленки, состоящий в основном из неполярных компонентов. Новейшие исследования в этой области принадлежат К. Тиниусу и Е. Карутцу а также американским исследователям.

Пластификатор может мигрировать из пленки на основе поли-винилацетата в соседний слой пленки, состоящий из нитроцеллюлозы. На практике это имеет место,когда при лакировке применяют грунт из эмульсии поливинилацетата с большим ‘содержанием пластификатора (мовилит D 05), а поверх него наносят слой нитроцеллюлозного лака. В такой пленке пластификатор уже через короткое время мигрирует в верхний слой пленки, состоящий из нитролака, вследствие чего пленка становится липкой.

Универсального средства для борьбы с миграцией пластификаторов не существует. Борьба с миграцией пластификаторов сводится к выбору такой комбинации лаковых слоев, при которой пластификатор вследствие незначительного химического сродства не проникал бы в выше- и нижележащие слои. В некоторых случаях для предотвращения миграции полезно применить промежуточный слой.

Подразделение пластификаторов по их химической природе показывает, что применяемые пластификаторы представляют практически все типы химических соединений, как-то: сложные эфиры, кетоны, спирты, простые эфиры, хлорированные углеводороды и многие другие.

Большое значение для изготовления определенных типов лаков имеют также так называемые мягкие смолы.

Резкой границы между пластификаторами и мягкими смолами провести нельзя. Но в соответствии с данными практики и с химико-технической точки зрения можно все же провести следующее разделение.

Пластификаторы представляют собой большей частью низкомолекулярные соединения, например простейшие сложные эфиры фосфорной, фталевой и других кислот. Мягкие Ьмолы представляют собой высокомолекулярные соединения, например полиэфиры спиртов и кислот, аналогичные алкидным смолам и др.

Пластифицирующее действие проявляется уже при введении незначительных количеств пластификаторов и, по существу, сохраняется и при старении пленки.

Мягкие смолы вообще добавляют к остальным пленкообразователям в больших количествах; в результате старения пленки они могут вызвать появление у нее хрупкости. У некоторых из-этих смол происходит внутреннее превращение, в результате которого пластифицирующее их действие в большей или меньшей степени пропадает. Поэтому нужно при введении в целлюлоз^ ные лаки мягких смол почти всегда одновременно вводить в качестве добавки и пластификаторы с тем, чтобы сохранить эластичность пленки.


Читать далее:



Статьи по теме:


Реклама:




Главная → Справочник → Статьи → БлогФорум