PVC無毒增塑劑的應用和發展探討

王方麗 胡春燕 閆桂林（山東晨陽新型碳材料股份有限公司，山東 濟寧 272000）

1 植物油合成PVC增塑劑的優勢

植物油脂是由脂肪酸和甘油化合而成的天然化合物，廣泛分布于自然界中，具有來源廣、產量大、可再生和價格低廉等優勢。植物油脂可以通過其含有官能團參與多種化學反應，作為合成多種精細化學品的原料。目前，植物油脂中可以改性合成增塑劑的官能團有不飽和雙鍵、共軛雙鍵、酯基、與酯基相連β碳上的氫、羥基和羧基等[1]。

2 PVC用無毒增塑劑

2.1 檸檬酸酯類增塑劑

國外檸檬酸酯產品見報道的有50 多種，工業化生產的有15 種，其中檸檬酸三丁酯(TBC)和乙酰基檸檬酸三丁酯(ATBC)最為常用。對于ATBC 而言，以及TBC 來講，其是主要的增塑劑，與此同時，它擁有極強的溶解性，以及相應的耐油性，基于這一現狀，其擁有良好的發展空間，能夠給相關行業帶來穩定的經濟效益。檸檬酸酯作為食品包裝用PVC膜的主增塑劑，尤其適用于肉類等高脂肪含量食品的包裝及菌類、新鮮蔬菜等的保鮮，由于PVC膜擁有極好的透氣性，除此之外，其還擁有良好的熔封性，在一定程度上，能夠有效克服一些缺點。因為檸檬酸酯具有許多優點，其優點主要為無毒，因此，往往將其使用在藥品外包裝，因為它擁有良好的增塑性，該制品一般不會破碎，并且對于包裹效果而言，其效果極佳[2]。

2.2 環氧增塑劑

環氧類增塑劑中研究最深入的是環氧大豆油，其在國外的消費量占環氧增塑劑的70%環氧大豆油由于具有良好的耐熱性、耐光性、互滲性、低溫柔韌性，且揮發度低，沒有毒性，所以應用相當廣泛，尤其適用于食品和藥品塑料包裝材料。對于環氧大豆油而言，其通常情況下，會使用在PVC 中，主要原因在于：環氧基團，在一定程度上，可以捕捉PVC 中的CI，從而有效終止自由基反應，再者，能夠降低降解速度，這樣一來，能夠有效改善PVC 的功能，使其能夠很好的運用在相關行業中，通常情況下，如：農用薄膜中加入環氧大豆油，基于產品的耐熱性、耐光性，其跟加入增塑劑進行對比，都有顯著的成效。然而在PVC 加工中，僅僅是運用一點環氧大豆油，就能夠減少不必要的能耗，進而提高工作效率，并且還能改善操作條件，進而確保產品的質量得到有效的提升。與此同時，還能夠減少不必要的成本浪費，進而確保給相關行業帶來良好的經濟效益[3]。

2.3 偏苯三酸酯類增塑劑

其揮發性低，耐老化性、耐抽出性及耐熱性能好，并有良好的絕緣性，故可用于105℃級耐熱電纜料和10kV聚氯乙烯電纜料的生產。在美國，有78%的TOTM 用于電線電纜行業，占電線電纜增塑荊總量的13%，而傳統的DOP 則僅占總用量的6%。其作為增塑劑中的佼佼者，通常情況下，擁有許多優勢，其優勢主要表現在以下幾個方面：（1）耐高溫（2）耐抽出性，現在已經普遍使用在電線電纜中，與此同時，其還使用在食品行業，此外，還會使用在兒童玩具中。然而，在國外，其往往被作為特種增塑劑，被各行各業廣泛使用，但是在國內，只是用于TOTM生產中，對于這類產品還沒有進行全面的開發[4]。

3 酯化、醚化和開環反應改性合成植物油基增塑劑

研究者為了提高環氧化脂肪酸酯與PVC 的相容性和耐熱性，合成了一些高碳醇脂肪酸酯或具有多個酯基的脂肪酸多酯型PVC 增塑劑。如Silva 等研究了以米糠油酸與多元醇（辛醇、二甘醇和丙二醇）酯化制備的脂肪酸酯作為PVC和天然橡膠的增塑劑，該增塑劑制備的PVC制品在水中沒有遷移。力學試驗表明，與純聚合物薄膜相比，添加這種天然的增塑劑可顯著提高材料的斷裂伸長率。Mehta 等以蓖麻油酸（COFA）和苯乙醇為主要原料，用質量分數0.3%二月桂酸二丁基錫（DBTDL）作為催化劑進行酯化，得到產物接著和辛酸進行酯化得到蓖麻油二酯（辛酸酯，OE）。在替代DOP制備PVC制品的實驗中，隨著OE替代量的增加，PVC制品的拉伸強度、延伸率、滲出性、熱穩定性和耐化學性都有所提高；并且能降低塑化時PVC 糊的黏度，有利于加工；肖氏硬度隨OE濃度的增加而增加，但不顯著。此外，增塑劑的遷移與所替換增塑劑的濃度成正比。因此，該增塑劑適合于DOP共用，添加量能高達30%質量分數，同時也可通過脫水蓖麻油酸與苯乙醇酯化反應制備蓖麻油基增塑劑BE[5]。

4 展望

植物油脂來源廣泛且可再生，為合成新型的精細化學品提供取之不盡的綠色原料。植物油脂基增塑劑結構可變性強，性能可調、可控，具有很大發展空間，但是目前仍然有很多問題需要解決。例如，在增塑機理方面研究還十分欠缺。目前增塑劑的增塑機理有潤滑、凝膠和自由體積等理論，根據這些理論結合宏觀上常用溶解度參數、相互作用參數和特性黏度等來預測該增塑劑與PVC 樹脂的相容性，從而進一步判斷增塑劑的優劣。然而這些理論已經爭論多年，迄今為止還沒有一套完整的理論來解釋復雜的增塑機理，因此依此來預測增塑劑性能的方法也存在一定的不可靠性。還有目前市面上的油脂基增塑劑（環氧類增塑劑和氯代植物油脂），因環氧化制備工藝會產生大量的廢水和安全隱患等，不能作為主增塑劑使用，在塑料制品中用量有限[6]。

4.1 采用新型催化劑

在現階段，生產增塑劑，主要使用的是以往的硫酸催化劑，盡管其具有一定的優勢，如：造價低，然而，其也有許多不足之處，如：腐蝕性強、工藝繁瑣，基于這一現狀，相關部門要加快相應的研究工作，進而使其能夠很好的運用在相關行業中。

4.2 采用新型合成工藝

現階段，其在生產的過程中，由于其工藝繁瑣，同時需要的設備比較多。除此之外，由于尋找流程短，相應的設備比較少，并且副產物也比較少，基于這一現狀，研究新型合成工藝就成為現階段的主要任務，因此，相關部門要給予重視。

4.3 降低成本及價格

對于無毒增塑劑而言，其主要的特點就是：價格高，所以，在一定程度上，就會影響其應用領域。因此，對于這類產品而言，其在未來的方向是：自動化，在保證質量的基礎上，實現價格的最優化。

5 結語

通過上述的分析可知，現階段，隨著我國社會的進步以及經濟水平的不斷提升，人們的環保意識逐漸增強，并且也正逐漸落實兩型社會，與此同時，對于一些環境法規公約的強制執行，因此，對于PVC 增塑劑而言，其應用領域越來越廣泛，同時也正向著綠色的方向不斷發展。希望通過文章的研究能夠給相關人士帶來一定的借鑒意義，同時促進相關行業具有良好的發展空間，并且使其能夠獲得良好的經濟效益，促進其可持續發展。