Polimerlerde plastikleştirici mekanizması nedir

Polimerler, kendi durumlarında, genellikle çeşitli uygulamalarda faydalarını sınırlayabilecek katı ve bazen kırılgan bir karaktere sahiptir. Bu sınırlamaların üstesinden gelmek ve istenen esneklik, işlenebilirlik ve dayanıklılık sağlamak için, plastikleştiriciler formülasyonlarına dahil edilir. Bu katkı maddeleri, tipik olarak düşük volatilite organik bileşikleri, iç yapısını ve moleküller arası kuvvetlerini değiştirerek bir polimerin fiziksel özelliklerini temel olarak değiştirir. Plastikleştiricilerin bu değişiklikleri gerçekleştirdiği karmaşık mekanizmayı anlamak, polimerik malzemelerin rasyonel tasarımı ve uygulanması için çok önemlidir.

Polimer sertliğini anlamak

Plastikleştiricilerin rolüne girmeden önce, plastik olmayan polimerlerde sertlik kaynaklarını kavramak önemlidir. Polimerler uzun moleküler zincirlerden oluşur ve özellikleri büyük ölçüde bu zincirler arasındaki etkileşimlerle belirlenir. Sert polimerlerde, güçlü moleküller arası kuvvetler Van der Waals kuvvetleri, hidrojen bağı veya dipol-dipol etkileşimleri gibi oldukça uyumlu bir ağ oluşturur. Bu kısıtlar segmental hareket polimer zincirlerinden, yani zincirlerin bireysel kısımları birbirinden serbestçe hareket edemez. Bu sınırlı hareketlilik, Cam Geçiş Sıcaklığı (TG) , polimerin sert, camsı bir katı gibi davrandığı kritik bir sıcaklık.

Plastikleştiricilerin rolü: moleküler bir yağlayıcı

Plastikleştiriciler öncelikle polimer matris içinde "dahili yağlayıcılar" veya "aralayıcılar" olarak işlev görür. Bir plastikleştirici bir polimer ile karıştırıldığında, molekülleri kendilerini polimer zincirleri arasında birbirine bağlar. Bu eklemenin birkaç önemli sonucu vardır:

1. moleküller arası kuvvetlerin azaltılması

Plastikleştiricilerin en önemli etkisi Çekici güçlerin zayıflaması polimer zincirleri arasında. Plastikleştirici molekülleri, polimer segmentlerinden daha küçük ve genellikle daha polar olan, güçlü polimer-polimer etkileşimlerini etkili bir şekilde tarar veya seyrelir. Yeni, daha zayıf plastikleştirici-polimer etkileşimleri (veya sadece polimer zincirlerini ayırarak) sokarak, sistemin genel yapışkan enerji yoğunluğu azalır.

2. Serbest hacim artan

Plastikleştirici moleküllerin ara verilmesi de bir Serbest hacimde artış polimer matris içinde. Serbest hacim, polimer molekülleri tarafından işgal edilmeyen polimer zincirleri arasındaki boş boşluğu ifade eder. Plastikleştirici moleküller kendilerini yerleştirirken, polimer zincirlerini daha fazla iterler. Bu artan boşluk alanı, polimer zincirlerinin daha fazla segmental hareketliliğini sağlar.

3. Segmental hareketin geliştirilmesi

Azaltılmış moleküller arası kuvvetler ve artan serbest hacim ile, Polimer segmentlerinin hareketliliği önemli ölçüde artar . Polimer zincirleri artık daha kolay kayabilir ve birbirinden geçebilir. Bu gelişmiş zincir hareketi, artan esneklik, esneklik ve polimerin modülünde (sertlik) bir azalma olarak kendini gösterir.

4. Cam geçiş sıcaklığının düşürülmesi (TG)

Artan segmental hareketin doğrudan bir sonucu Cam geçiş sıcaklığının depresyonu (TG) . Plastikleştiriciler polimer zincirlerinin daha düşük sıcaklıklarda daha özgürce hareket etmesine izin verdikçe, sert bir camsı durumdan daha esnek bir lastik duruma geçiş daha düşük bir sıcaklıkta meydana gelir. Bu, polimerlerin daha yönetilebilir sıcaklıklarda şekillendirilmesine ve oluşturulmasına izin verdiği için işleme için kritik bir etkidir.

Plastikleştirici eylem mekanizmaları: teoriler ve perspektifler

Birkaç teori plastikleştirici etkisinin karmaşık mekanizmasını açıklamaya çalışır:

• Yağlık Teorisi: Bu klasik teori, plastikleştirici moleküllerinin iç yağlayıcılar olarak hareket ettiğini ve birbirlerinden geçerken polimer zincirleri arasındaki sürtünmeyi azaltır. Bu, yağ yağlama mekanik parçalarına benzer.

• Jel Teorisi: Bu teori, plastikleştiricilerin polimer içindeki sıralı, kristal veya sahte kristal bölgeleri (jeller) bozduğunu ve böylece daha büyük zincir hareketliliğine izin verdiğini göstermektedir.

• Serbest hacim teorisi: Bu belki de en yaygın kabul edilen teoridir. Plastikleştiricilerin polimer içindeki serbest hacmi arttırdığını, segmental hareket için daha fazla alan sağladığını ve böylece TG'yi düşürdüğünü öne sürer.

• Tarama teorisi (veya solvasyon teorisi): Bu teori, plastikleştirici moleküllerin polar grupları polimer zincirleri üzerindeki "ekran" veya kapsülleme yeteneğini vurgular, böylece güçlü polimer-polimer dipol etkileşimlerini azaltır ve zincirlerin ayrılmasına izin verir.

Bu teorilerin karşılıklı olarak münhasır olmadığını ve sıklıkla birbirlerini tamamladığını ve plastikleştirici eyleminin kapsamlı bir şekilde anlaşılmasını sağladığını belirtmek önemlidir.

Plastikleştirici etkinliğini etkileyen faktörler

Bir plastikleştiricinin etkinliği, aşağıdakiler dahil olmak üzere çeşitli faktörlerden etkilenir:

• Uyumluluk: Plastikleştirici polimerle uyumlu olmalıdır, yani faz ayırmadan kararlı, homojen bir karışım oluşturabilir. Bu genellikle çözünürlük parametrelerinin benzerliğine bağlıdır.

• Moleküler boyut ve şekil: Daha küçük, daha mobil plastikleştirici moleküller genellikle daha fazla plastikleştirme verimliliği sağlar.

• Polarite: Plastikleştiricinin polaritesi, sızıntı veya eksüdasyona neden olacak kadar güçlü olmasa da polimerle etkili bir şekilde etkileşime girmelidir.

• Konsantrasyon: Optimal bir plastikleştirici konsantrasyonu vardır. Çok az az etkiye sahip olacaktır, çok fazla eksüdasyona, mekanik mukavemete ve diğer istenmeyen özelliklere yol açabilir.

Çözüm

Özünde, plastikleştiriciler mikroskobik mimarilerini ustaca değiştirerek polimerlerin makroskopik özelliklerini temel olarak dönüştürür. Moleküler ara parçalar ve yağlayıcılar olarak hareket ederek, güçlü moleküller arası kuvvetleri bozar, serbest hacmi arttırır ve segmental hareketliliği arttırırlar, sonuçta cam geçiş sıcaklığını düşürür ve esneklik ve işlenebilirlik kazandırırlar. Plastikleştiricilerin mantıklı seçimi ve dahil edilmesi, modern mühendislik ve tüketici uygulamalarının çeşitli taleplerini karşılamak için polimerik malzemeleri uyarlamak için vazgeçilmezdir. .