Plastificante - Plasticizer

Um plastificante ( Reino Unido : plastificante ) é uma substância que é adicionada a um material para torná-lo mais macio e flexível, para aumentar sua plasticidade , diminuir sua viscosidade ou diminuir o atrito durante seu manuseio na fabricação.

Plastificantes são comumente adicionados a polímeros como plásticos e borracha , seja para facilitar o manuseio da matéria-prima durante a fabricação, ou para atender às demandas de aplicação do produto final. Por exemplo, plastificantes são comumente adicionados ao cloreto de polivinila (PVC), que de outra forma é duro e quebradiço, para torná-lo macio e flexível; o que o torna adequado para produtos como pisos de vinil , roupas , bolsas, mangueiras e revestimentos de fios elétricos .

Plastificantes também são frequentemente adicionados às formulações de concreto para torná-las mais fáceis de trabalhar e fluidas para o vazamento, permitindo assim que o conteúdo de água seja reduzido. Da mesma forma, eles são frequentemente adicionados a argilas , estuque , combustível sólido de foguete e outras pastas antes da moldagem e formação. Para essas aplicações, os plastificantes se sobrepõem amplamente aos dispersantes .

Para polímeros

Uso de plastificante na Europa e global por tipo 2017
Uso de plastificante na Europa 2017
Tendências de mercado de plastificantes da Europa 2017

Os plastificantes para polímeros são líquidos com baixa volatilidade ou sólidos. De acordo com os dados de 2017, o mercado global total de plastificantes foi de 7,5 milhões de toneladas métricas. Na América do Norte, o volume de 2017 foi de ~ 1,01 milhão de toneladas métricas e na Europa o número foi de 1,35 milhão de toneladas métricas, dividido entre várias aplicações de uso final com uma tendência de tipo químico passando para ortoftalatos de peso molecular mais alto (HMW) e tipos alternativos seguindo questões regulatórias em relação aos ortoftalatos de baixo peso molecular (LMW).

Quase 90% dos plastificantes de polímero, mais comumente ésteres de ftalato , são usados ​​em PVC , dando a esse material maior flexibilidade e durabilidade. A maioria é usada em filmes e cabos.

Mecanismo de ação

Costumava-se pensar que os plastificantes funcionavam incorporando-se entre as cadeias de polímeros , espaçando-os (aumentando o "volume livre") ou dilatando-os e, portanto, baixando significativamente a temperatura de transição vítrea do plástico e tornando-o mais macio; no entanto, foi mostrado mais tarde que a explicação do volume livre não poderia explicar todos os efeitos da plastificação. O quadro clássico sobre a mobilidade da cadeia polimérica é mais complexo na presença de plastificante do que aquele desenhado por Fox & Flory para cadeia polimérica simples. As moléculas do plastificante controlam a mobilidade da cadeia, e a cadeia do polímero não mostra um aumento do volume livre em torno das extremidades do polímero; no caso de o plastificante / água criar ligações de hidrogênio com partes hidrofílicas do polímero, o volume livre associado pode ser diminuído.

Para plásticos como o PVC, quanto mais plastificante adicionado, menor será a temperatura do frio flexível. Os itens de plástico que contêm plastificantes podem apresentar maior flexibilidade e durabilidade. Plastificantes podem ficar disponíveis para exposição devido à migração e abrasão do plástico, uma vez que não estão ligados à matriz polimérica. O " cheiro de carro novo " é frequentemente atribuído a plastificantes ou seus produtos de degradação. No entanto, vários estudos sobre a composição do cheiro não encontraram ftalatos em quantidades apreciáveis, provavelmente devido à sua volatilidade e pressão de vapor extremamente baixas.

O efeito dos plastificantes no módulo de elasticidade depende da temperatura e da concentração do plastificante. Abaixo de uma certa concentração, denominada concentração de cruzamento, um plastificante pode aumentar o módulo de um material. A temperatura de transição vítrea do material diminuirá, entretanto, em todas as concentrações. Além de uma concentração de crossover, existe uma temperatura de crossover. Abaixo da temperatura de cruzamento, o plastificante também aumentará o módulo.

A migração de plastificantes para fora de seus plásticos hospedeiros leva à perda de flexibilidade, fragilização e rachaduras. Este fio de lâmpada de plástico com décadas de idade se desfaz ao ser flexionado, devido à perda dos plastificantes.

Seleção

Nos últimos 60 anos, mais de 30.000 substâncias diferentes foram avaliadas quanto à sua adequação como plastificantes de polímero. Destes, apenas um pequeno número - aproximadamente 50 - está hoje em uso comercial.

Os plastificantes de éster são selecionados com base na avaliação de desempenho de custo. O composto de borracha deve avaliar os plastificantes de éster quanto à compatibilidade, processabilidade, permanência e outras propriedades de desempenho. A ampla variedade de produtos químicos de éster em produção inclui sebacatos , adipatos , tereftalatos , dibenzoatos , gluteratos , ftalatos , azelatos e outras misturas especiais. Esta ampla linha de produtos oferece uma série de benefícios de desempenho necessários para as muitas aplicações de elastômero , como tubos e mangueiras, pisos, revestimentos de paredes, vedações e gaxetas, correias, fios e cabos e rolos de impressão.

Ésteres de baixa a alta polaridade fornecem utilidade em uma ampla gama de elastômeros, incluindo nitrila , policloropreno , EPDM , polietileno clorado e epicloridrina . A interação plastificante-elastômero é governada por muitos fatores, como parâmetro de solubilidade , peso molecular e estrutura química. Os atributos de compatibilidade e desempenho são fatores-chave no desenvolvimento de uma formulação de borracha para uma aplicação específica.

Os plastificantes usados ​​em PVC e outros plásticos são freqüentemente baseados em ésteres de ácidos policarboxílicos com álcoois alifáticos lineares ou ramificados de comprimento de cadeia moderado. Esses compostos são selecionados com base em muitos critérios, incluindo baixa toxicidade, compatibilidade com o material hospedeiro, não-volatilidade e custo. Os ésteres de ftalato de álcoois alquílicos de cadeia linear e de cadeia ramificada atendem a essas especificações e são plastificantes comuns. Os ésteres orto-ftalatos têm sido tradicionalmente os plastificantes mais dominantes, mas preocupações regulatórias levaram à mudança de substâncias classificadas para não-classificadas, o que inclui orto-ftalatos de alto peso molecular e outros plastificantes, especialmente na Europa.

Antiplastificantes

Antiplastificantes são aditivos de polímero que têm efeito oposto ao dos plastificantes. Eles aumentam o módulo enquanto diminuem a temperatura de transição vítrea.

O bis (2-etilhexil) ftalato é um plastificante comum.

Segurança e toxicidade

Preocupações substanciais foram expressas sobre a segurança de alguns plastificantes de polímero, especialmente porque alguns orto-ftalatos de baixo peso molecular foram classificados como desreguladores endócrinos potenciais com alguma toxicidade de desenvolvimento relatada.

Plastificantes de polímero comuns

Orto ftalatos

  • Plastificantes à base de ftalato são usados ​​em situações onde uma boa resistência à água e óleos é necessária. Alguns plastificantes de ftalato comuns são:
  • Ortoftalatos de alto peso molecular
    • Diisononil ftalato (DINP), usado em materiais para pisos, encontrado em mangueiras de jardim, sapatos, brinquedos e materiais de construção
    • Bis (2-propilheptil) ftalato (DPHP), usado em cabos, fios e materiais de cobertura
    • Diisodecil ftalato (DIDP), usado para isolamento de fios e cabos, revestimento interno de automóveis, sapatos, carpetes, forros de piscina
    • Diisoundecil ftalato (DIUP), utilizado para isolamento de fios e cabos, revestimento interno de automóveis, sapatos, carpetes, forros de piscina. Bom desempenho em altas temperaturas e intempéries ao ar livre
    • Ditridecil ftalato (DTDP) é o plastificante de ftalato de maior peso molecular, proporcionando maior desempenho em alta temperatura. É o plastificante preferido para aplicações automotivas de cabos e fios.

Trimelitar

Adipados, sebacatos

  • Adipato baseados plastificantes são utilizados para a baixa temperatura ou a resistência à radiação ultravioleta da luz. Um exemplo é:
  • Os plastificantes à base de sebacato oferecem excelente compatibilidade com uma variedade de materiais plásticos e borrachas sintéticas (especialmente borracha nitrílica e neoprene), propriedades superiores em baixas temperaturas e boa resistividade do óleo. Alguns exemplos são:

De base biológica

Plastificantes com melhor biodegradabilidade e, presumivelmente, menor toxicidade ambiental estão sendo desenvolvidos. Alguns desses plastificantes são:

Outros plastificantes

  • Nota: Bisfenol A , ou BPA, não é um plastificante, apesar do que diz a mídia popular. O BPA é um monômero e às vezes outro aditivo para plásticos, mas não é um plastificante de acordo com qualquer definição científica.

Plastificantes para materiais inorgânicos

Concreto

Na tecnologia do concreto, os plastificantes e superplastificantes também são chamados de redutores de água de alto alcance. Quando adicionados às misturas de concreto , eles conferem uma série de propriedades, incluindo melhorar a trabalhabilidade e a resistência. A resistência do concreto é inversamente proporcional à quantidade de água adicionada, ou seja, a relação água-cimento (a / c). Para produzir um concreto mais resistente, adiciona-se menos água (sem "deixar a mistura" de fome), o que torna a mistura de concreto menos trabalhável e difícil de misturar, sendo necessário o uso de plastificantes, redutores de água, superplastificantes, fluidificantes ou dispersantes.

Plastificantes também são frequentemente usados ​​quando cinza pozolânica é adicionada ao concreto para melhorar a resistência. Este método de dosagem de mistura é especialmente popular na produção de concreto de alta resistência e concreto reforçado com fibra.

Adicionar 1-2% de plastificante por unidade de peso de cimento geralmente é suficiente. Adicionar uma quantidade excessiva de plastificante resultará em segregação excessiva do concreto e não é aconselhável. Dependendo do produto químico específico usado, o uso de plastificante em excesso pode resultar em um efeito retardador.

Os plastificantes são comumente fabricados a partir de lignossulfonatos , um subproduto da indústria de papel . Os superplastificantes geralmente têm sido fabricados a partir de condensado de naftaleno sulfonado ou melamina formaldeído sulfonado , embora produtos mais novos baseados em éteres policarboxílicos estejam agora disponíveis. Os plastificantes tradicionais à base de lignossulfonato, naftaleno e superplastificantes à base de melamina sulfonato dispersam as partículas de cimento floculadas por meio de um mecanismo de repulsão eletrostática (ver colóide ). Nos plastificantes normais, as substâncias ativas são adsorvidas nas partículas de cimento, dando-lhes uma carga negativa, o que leva à repulsão entre as partículas. Os superplastificantes de lignina , naftaleno e sulfonato de melamina são polímeros orgânicos. As moléculas longas envolvem as partículas de cimento, dando-lhes uma carga altamente negativa para que se repelam.

Policarboxilato de éter superplastificante (PCE) ou apenas policarboxilato (PC), funcionam de forma diferente a partir de superplastificantes à base de sulfonato, dando dispersão de cimento por estabilização estérica. Esta forma de dispersão é mais potente em seu efeito e proporciona maior retenção de trabalhabilidade à mistura de cimento.

Reboco

Plastificantes podem ser adicionados a misturas de estuque de gesso para melhorar a trabalhabilidade. A fim de reduzir a energia consumida na secagem do gesso, menos água é adicionada, o que torna a mistura de gesso muito impraticável e difícil de misturar, sendo necessário o uso de plastificantes, redutores de água ou dispersantes. Alguns estudos também mostram que o excesso de dispersante de lignossulfonato pode resultar em um efeito de retardo de pega. Os dados mostraram que ocorreram formações de cristais amorfos que prejudicaram a interação mecânica do cristal em forma de agulha no núcleo, impedindo um núcleo mais forte. Os açúcares, agentes quelantes em lignossulfonatos, como ácidos aldônicos e compostos extrativos, são os principais responsáveis ​​pelo retardo de pega. Esses dispersantes redutores de água de baixo alcance são comumente fabricados a partir de lignossulfonatos , um subproduto da indústria de papel .

Os superplastificantes (dispersantes) de alto alcance geralmente são fabricados a partir de condensado de naftaleno sulfonado , embora os éteres policarboxílicos representem alternativas mais modernas. Ambos os redutores de água de alto alcance são usados ​​em 1/2 a 1/3 dos tipos de lignossulfonato.

Os plastificantes tradicionais à base de lignossulfonato e naftaleno sulfonato dispersam as partículas de gesso floculadas por meio de um mecanismo de repulsão eletrostática (ver Colóide ). Nos plastificantes normais, as substâncias ativas são adsorvidas nas partículas de gesso, dando-lhes uma carga negativa, o que leva à repulsão entre as partículas. Plastificantes de lignina e sulfonato de naftaleno são polímeros orgânicos. As moléculas longas envolvem as partículas de gesso, dando-lhes uma carga altamente negativa para que se repelam.

Materiais energéticos

Composições pirotécnicas de material energético , especialmente propelentes de foguetes sólidos e pós sem fumaça para armas, muitas vezes empregam plastificantes para melhorar as propriedades físicas do aglutinante propelente ou do propelente geral, para fornecer um combustível secundário e, idealmente, para melhorar o rendimento de energia específico (por exemplo, impulso específico , rendimento de energia por grama de propulsor ou índices semelhantes) do propulsor. Um plastificante energético melhora as propriedades físicas de um material energético ao mesmo tempo que aumenta seu rendimento específico de energia. Plastificantes energéticos são geralmente preferidos a plastificantes não energéticos, especialmente para propelentes de foguetes sólidos . Os plastificantes energéticos reduzem a massa necessária de propelente, permitindo que um veículo-foguete carregue mais carga útil ou alcance velocidades mais altas do que seria o caso. No entanto, considerações de segurança ou custo podem exigir que plastificantes não energéticos sejam usados, mesmo em propelentes de foguetes. O sólido propulsor foguete usada para abastecer o vaivém espacial foguete sólido emprega HTPB , uma borracha sintética , como um combustível secundário não energético.

Plastificantes para materiais energéticos

Aqui estão alguns plastificantes energéticos usados ​​em propelentes de foguetes e pós sem fumaça :

Devido aos grupos de álcool secundários , NG e BTTN têm estabilidade térmica relativamente baixa. TMETN, DEGDN, BDNPF e BDNPA têm energias relativamente baixas. NG e DEGN têm pressão de vapor relativamente alta .

Referências

links externos