중합체에서 가소제의 메커니즘은 무엇입니까?

폴리머는 자신의 상태에서 종종 다양한 응용 분야에서 유용성을 제한 할 수있는 견고하고 때로는 취성 특성을 가지고 있습니다. 이러한 한계를 극복하고 원하는 유연성, 처리 가능성 및 내구성을 부여하기 위해 가소제 그들의 제형에 통합된다. 이들 첨가제, 전형적으로 저전력 유기 화합물은 내부 구조 및 분자간 힘을 변형시킴으로써 중합체의 물리적 특성을 근본적으로 변경한다. 가소제가 이러한 변화를 달성하는 복잡한 메커니즘을 이해하는 것은 중합체 재료의 합리적인 설계 및 적용에 중요합니다.

중합체 강성 이해

가소제의 역할을 탐구하기 전에 플라스틱 폴리머의 강성 원을 파악하는 것이 중요합니다. 중합체는 긴 분자 사슬로 구성되며, 이들의 특성은 이들 사슬 사이의 상호 작용에 의해 크게 결정된다. 강성 폴리머에서는 강력합니다 분자간 힘 반 데르 발스 세력, 수소 결합 또는 쌍극자 쌍극자 상호 작용과 같은 응집력있는 네트워크를 만듭니다. 이것은 다음을 제한합니다 세그먼트 동작 중합체 사슬의, 이는 체인의 개별 부분이 서로 자유롭게 움직일 수 없음을 의미한다. 이 제한된 이동성은 최고로 해석됩니다 유리 전이 온도 (TG) , 중합체가 단단하고 유리 고체처럼 동작하는 임계 온도.

가소제의 역할 : 분자 윤활제

가소제는 주로 중합체 매트릭스 내에서 "내부 윤활제"또는 "스페이서"로 기능한다. 가소제가 중합체와 혼합 될 때, 그의 분자는 중합체 사슬 사이에 스스로를 삽입한다. 이 삽입은 몇 가지 주요 결과를 가져옵니다.

1. 분자간 힘 감소

가소제의 가장 중요한 효과는 다음과 같습니다 매력의 감쇠 중합체 사슬 사이. 중합체 세그먼트보다 작고 종종 더 많은 가소제 분자는 강한 중합체-폴리머 상호 작용을 효과적으로 스크리닝하거나 희석시킨다. 새롭고 약한 가소제-폴리머 상호 작용 (또는 중합체 사슬을 분리)을 도입함으로써 시스템의 전체 응집성 에너지 밀도가 감소된다.

2. 자유 볼륨 증가

가소제 분자의 삽입은 또한 An으로 이어진다 자유량 증가 중합체 매트릭스 내에서. 자유 부피는 중합체 분자 자체에 의해 차지하지 않는 중합체 사슬 사이의 빈 공간을 나타냅니다. 가소제 분자가 자체적으로 삽입함에 따라 중합체 사슬을 더 멀리 밀어 넣습니다. 이 증가 된 공극 공간은 중합체 사슬의 세그먼트 이동성을 더 많이 허용한다.

3. 세그먼트 운동 강화

분자간 힘이 감소하고 자유 부피 증가로 중합체 세그먼트의 이동성은 상당히 증가한다 . 중합체 사슬은 이제 서로 더 쉽게 미끄러지고 회전 할 수 있습니다. 이 강화 된 사슬 이동은 유연성, 탄성 및 중합체 계수 (강성)의 감소로 나타납니다.

4. 유리 전이 온도를 낮추기 (TG)

증가 된 세그먼트 운동의 직접적인 결과는 a 유리 전이 온도 (TG)의 우울증 . 가소제가 중합체 사슬이 더 낮은 온도에서보다 자유롭게 움직일 수있게함에 따라, 강성 유리 상태에서보다 유연한 고무 상태로의 전이는 더 낮은 온도에서 발생합니다. 이는 폴리머가보다 관리하기 쉬운 온도에서 형성되고 형성 될 수있게하므로 처리에 중요한 영향입니다.

가소제 작용의 메커니즘 : 이론과 관점

몇몇 이론은 가소제 작용의 복잡한 메커니즘을 설명하려고 시도합니다.

• 윤활 이론 : 이 고전적인 이론은 가소제 분자가 내부 윤활제 역할을하며, 중합체 사슬이 서로 미끄러질 때 마찰을 줄입니다. 이것은 오일 윤활 기계 부품과 유사합니다.

• 젤 이론 : 이 이론은 가소제가 중합체 내에서 정렬 된, 결정질 또는 의사 결정면 영역 (겔)을 방해하여 더 큰 체인 이동성을 허용한다는 것을 시사한다.

• 자유 볼륨 이론 : 이것은 아마도 가장 널리 받아 들여지는 이론 일 것입니다. 가소제는 중합체 내에서 자유 부피를 증가시켜 세그먼트 운동을위한 더 많은 공간을 제공하여 TG를 낮추는 것을 제시한다.

• 스크리닝 이론 (또는 용매 이론) : 이 이론은 가소제 분자가 중합체 사슬에 극성기를 "스크리닝"하거나 캡슐화하는 능력을 강조하여 강한 중합체-폴리머 쌍극자 상호 작용을 감소시키고 체인이 분리 될 수있게한다.

이러한 이론은 상호 배타적이지 않고 종종 서로를 보완하여 가소제 작용에 대한 포괄적 인 이해를 제공한다는 점에 유의해야합니다.

가소제 효과에 영향을 미치는 요인

가소제의 효과는 다음을 포함한 여러 요인에 의해 영향을받습니다.

• 호환성: 가소제는 중합체와 호환되어야하며, 이는 위상 분리없이 안정적이고 균질 한 혼합을 형성 할 수 있습니다. 이것은 종종 용해도 매개 변수의 유사성에 달려 있습니다.

• 분자 크기와 모양 : 더 작고 더 많은 모바일 가소제 분자는 일반적으로 더 큰 가소화 효율을 제공합니다.

• 극성: 가소제의 극성은 침출이나 삼출물을 유발할 정도로 강하지 않고 중합체와 효과적으로 상호 작용하는 데 적합해야한다.

• 집중: 최적의 가소제 농도가 있습니다. 너무 적은 효과는 거의 없지만 너무 많은 것은 삼출, 기계적 강도 감소 및 기타 바람직하지 않은 특성으로 이어질 수 있습니다.

결론

본질적으로, 가소제는 미세한 구조를 미묘하게 변경함으로써 폴리머의 거시적 특성을 근본적으로 변형시킨다. 분자 스페이서 및 윤활제 역할을함으로써 강한 분자간 힘을 방해하고 자유 부피를 증가 시키며 세그먼트 이동성을 향상시켜 유리 전이 온도를 낮추고 유연성 및 가공성을 부여합니다. 가소제의 신중한 선택 및 통합은 현대 엔지니어링 및 소비자 응용 프로그램의 다양한 요구를 충족시키기 위해 중합체 재료를 조정하는 데 필수적입니다.