Πλαστικοποιητής

Πλαστικοποιητές (Plasticizers ή plasticisers ή dispersants είναι πρόσθετα που αυξάνουν την πλαστικότητα (plasticity) ή ρευστότητα ενός υλικού.  Οι κύριες εφαρμογές είναι για πλαστικά, ιδιαίτερα για το πολυβινυλοχλωρίδιο (PVC). Οι ιδιότητες άλλων υλικών βελτιώνονται επίσης με πλαστικοποιητές που περιλαμβάνουν σκυρόδεμα, αργίλους και σχετικά προϊόντα.

Για πλαστικά

Οι πλαστικοποιητές για πλαστικά είναι πρόσθετα, κυρίως φθαλικές ενώσεις εστέρων σε εφαρμογές PVC. Σχεδόν το 90% της αγοράς πλαστικοποιητών είναι για το PVC, δίνοντας σε αυτό το υλικό βελτιωμένη ευκαμψία και αντοχή. Η πλειοψηφία χρησιμοποιείται σε ταινίες και καλώδια. Εθεωρείτο ότι οι πλαστικοποιητές δουλεύουν ενσωματώνοντας τους εαυτούς τους μεταξύ των αλυσίδων των πολυμερών, διατάσσοντάς τες μακριά (αυξάνοντας τον "ελεύθερο όγκο"), και χαμηλώνοντας συνεπώς σημαντικά τη θερμοκρασία υαλώδους μετάπτωσης για το πλαστικό και καθιστώντας το πιο μαλακό· όμως, αποδείχτηκε αργότερα ότι η επέκταση ελεύθερου όγκου δεν μπορούσε να αιτιολογήσει όλα τα αποτελέσματα της πλαστικοποίησης. Για πλαστικά όπως το PVC, όσο περισσότερο πλαστικοποιητής προστίθεται, τόσο πιο χαμηλή θα είναι η θερμοκρασία ψυχρής κάμψης (cold flex temperature) τους. Αυτό σημαίνει ότι το πλαστικό θα είναι πιο εύκαμπτο και θα αυξηθεί η αντοχή του ως αποτέλεσμα. Οι πλαστικοποιητές εξατμίζονται και τείνουν να συγκεντρώνονται σε κλειστό χώρο· η "οσμή νέου οχήματος (new car smell)" προκαλείται κυρίως από την εξάτμιση των πλαστικοποιητών από το εσωτερικό του οχήματος.
Οι πλαστικοποιητές καθιστούν εφικτή την επίτευξη βελτιωμένων χαρακτηριστικών επεξεργασίας της ένωσης, ενώ δίνουν επίσης ευκαμψία στο τελικό προϊόν. Οι πλαστικοποιητές εστέρων επιλέγονται με βάση την αξιολόγηση κόστους-απόδοσης. Για τη σύνθεση ελαστικών πρέπει να αξιολογηθούν για τους εστερικούς πλαστικοποιητές η συμβατότητα, η επεξεργασιμότητα, η μονιμότητα και άλλες ιδιότητες απόδοσης. Η πλατιά ποικιλία εστερικών χημικών που παράγονται περιλαμβάνουν σεβακικά, αδιπικά,  τερεφθαλικά, διβενζοϊκά, φθαλικά και άλλα εξειδικευμένα μείγματα. Αυτό το πλατύ προϊόν δίνει έναν πίνακα πλεονεκτημάτων απόδοσης που απαιτούνται για τις περισσότερες εφαρμογές ελαστομερών όπως για σωληνώσεις και λάστιχα, πατώματα, καλύμματα τοίχων, στεγανοποιητικά και παρεμβύσματα, ζώνες, σύρματα και καλώδια. Εστέρες με χαμηλή έως υψηλή πολικότητα χρησιμεύουν σε ένα πλατύ φάσμα ελαστομερών που περιλαμβάνει νιτρίλια, πολυχλωροπρένιο, μονομερές διενίου αιθυλενίου-προπυλενίου (EPDM), χλωριωμένο πολυαιθυλένιο και επιχλωροϋδρίνη. Η αλληλεπίδραση πλαστικοποιητή-ελαστομερούς διέπεται από πολλούς παράγοντες όπως παραμέτρους διαλυτότητας, σχετική μοριακή μάζα και χημική δομή. Τα χαρακτηριστικά συμβατότητας και απόδοσης είναι οι κύριοι παράγοντες στην ανάπτυξη διαμόρφωσης υλικού για δεδομένη εφαρμογή.
Οι πλαστικοποιητές λειτουργούν επίσης ως μαλακτικά, βελτιωτικά και λιπαντικά, ενώ παίζουν και σημαντικό ρόλο στην παραγωγή ελαστικού.

Αντιπλαστικοποιητές (Antiplasticizers)

Οι αντιπλαστικοποιητές εμφανίζουν παρόμοια, αλλά μερικές φορές αντίθετα, αποτελέσματα ως προς τους πλαστικοποιητές σε συστήματα πολυμερών. Γενικά, κάτω από μια συγκεκριμένη θερμοκρασία οι αντιπλαστικοποιητές θα αυξήσουν την απόκριση του μέτρου του πολυμερούς συστήματος, δίνοντας πιο δύσκαμπτο υλικό από το αρχικό.

Εστερικοί πλαστικοποιητές

Οι πλαστικοποιητές που χρησιμοποιούνται στο PVC και σε άλλα πλαστικά βασίζονται συχνά σε εστέρες πολυκαβοξυλικών οξέων με γραμμικές ή διακλαδισμένες αλειφατικές αλκοόλες μέτριου μήκους αλυσίδων. Αυτές οι ενώσεις επιλέγονται στη βάση πολλών κριτηρίων που περιλαμβάνουν χαμηλή τοξικότητα, συμβατότητα με το υλικό ξενιστή, μη πτητικότητα και κόστος. Οι φθαλικοί εστέρες ευθείας και διακλαδισμένης αλυσίδας αλκυλοαλκοολών καλύπτουν αυτές τις προδιαγραφές και είναι συνηθισμένοι πλαστικοποιητές. Οι ορθοφθαλικοί εστέρες είναι παραδοσιακά οι επικρατούντες πλαστικοποιητές, αλλά κανονιστικές ανησυχίες έχουν οδηγήσει σε πίεση για αλλαγή σε μη φθαλικούς πλαστικοποιητές, ιδιαίτερα στην Ευρώπη.

Για σκυρόδεμα

Πλαστικοποιητές ή υπερπλαστικοποιητές ή μειωτές νερού ή μειωτές νερού υψηλού βαθμού (superplasticizer ή water reducers ή high range water reducers), είναι χημικές προσμίξεις που μπορούν να προστεθούν σε μείγματα σκυροδέματος για να βελτιώσουν την επεξεργασιμότητα. Εκτός και το μείγμα "λιμοκτονεί" από νερό, η ισχύς του σκυροδέματος είναι αντιστρόφως ανάλογη με την ποσότητα του προστιθέμενου νερού ή την αναλογία νερού-σκυροδέματος (w/c). Για να παραχθεί πιο ισχυρό σκυρόδεμα, προστίθεται λιγότερο νερό (χωρίς όμως να "λιμοκτονεί" το μείγμα), που καθιστά το μείγμα σκυροδέματος λιγότερο επεξεργάσιμο και δύσκολο στην ανάμιξη, απαιτώντας τη χρήση πλαστικοποιητών, μειωτών νερού, υπερπλαστικοποιητών ή διασκορπιστικών.
Οι πλαστικοποιητές χρησιμοποιούνται επίσης συχνά όταν προστίθεται ποζολανική τέφρα (pozzolanic ash) στο σκυρόδεμα για βελτίωση της ισχύος. Αυτή η μέθοδος αναλογικής μείξης είναι ιδιαίτερα δημοφιλής κατά την παραγωγή σκυροδέματος υψηλής ισχύος και σκυροδέματος ενισχυμένου με ίνες.
Προσθήκη πλαστικοποιητή 1-2% ανά μονάδα βάρους του σκυροδέματος είναι συνήθως αρκετή. Η προσθήκη υπερβολικής ποσότητας πλαστικοποιητή θα καταλήξει σε υπερβολικό διαχωρισμό στο τσιμέντο και δεν ενδείκνυται. Ανάλογα με το συγκεκριμένο χρησιμοποιούμενο χημικό, η χρήση υπερβολικού πλαστικοποιητή μπορεί να καταλήξει επιβραδυντικό αποτέλεσμα.
Οι πλαστικοποιητές κατασκευάζονται συνήθως από σουλφονωμένη λιγνίνη, ένα παραπροϊόν της βιομηχανίας χαρτιού. Οι υπερπλαστικοποιητές κατασκευάζονται συνήθως από συμπύκνωμα σουλφονωμένου ναφθαλινίου ή σουλφονωμένη μελαμίνη-μεθανάλη, αν και νεότερα προϊόντα που βασίζονται σε πολυκαρβοξυλικούς αιθέρες είναι τώρα διαθέσιμοι. Παραδοσιακοί πλαστικοποιητές με βάση σουλφονωμένη λιγνίνη, ναφθαλίνιο και υπερπλαστικοποιητές με βάση σουλφονωμένη μελαμίνη διασπείρουν τα συσσωματωμένα σωματίδια τσιμέντου μέσω ενός μηχανισμού ηλεκτροστατικής απώθησης (δείτε κολλοειδές). Στους κανονικούς πλαστικοποιητές, οι ενεργές ουσίες προσροφώνται στα σωματίδια σκυροδέματος, δίνοντας τους αρνητικό φορτίο, που οδηγεί σε απώθηση μεταξύ των σωματιδίων. Οι υπερπλαστικοποιητές σουλφονωμένης λιγνίνης, ναφθαλινίου και μελαμίνης είναι οργανικά πολυμερή. Τα μακριά μόρια αναδιπλώνονται γύρω από τα σωματίδια σκυροδέματος, δίνοντας τους υψηλό αρνητικό φορτίο, έτσι ώστε να απωθούνται μεταξύ τους.
Οι υπερπλαστικοποιητές πολυκαρβοξυλικών αιθέρων (Polycarboxylate ether ή PCE) ή απλά πολυκαρβοξυλικοί ή polycarboxylate (PC), δουλεύουν διαφορετικά από τους υπερπλαστικοποιητές με βάση σουλφονικά, δίνοντας διασπορές σκυροδέματος με στερεοχημική σταθεροποίηση, αντί για ηλεκτροστατική άπωση. Αυτή η μορφή διασποράς είναι πιο ισχυρή στα αποτελέσματά της και δίνει βελτιωμένη επεξεργασιμότητα συγκράτησης στο τσιμεντοειδές μείγμα.
Στα αρχαία χρόνια, οι Ρωμαίοι χρησιμοποιούσαν ζωικό λίπος, γάλα και αίμα για να βελτιώσουν την επεξεργασιμότητα μειγμάτων σκυροδέματος.

Για παραγωγή γυψοσανίδων

Οι πλαστικοποιητές μπορούν να προστεθούν σε μίγματα γυψοσανίδας και σοβά για να βελτιώσουν την επεξεργασιμότητα. Για να μειώσουν την ενέργεια σε ξηρή γυψοσανίδα, προστίθεται λιγότερο νερό, που καθιστά το μείγμα γύψου πολύ δύσκολα επεξεργάσιμο και δύσκολο στην ανάμειξη, απαιτώντας τη χρήση πλαστικοποιητών, μειωτών νερού ή διασκορπιστικών. Μερικές μελέτες δείχνουν επίσης ότι υπερβολικό διασκορπιστικό από σουλφονωμένη λιγνίνη  μπορεί να καταλήξει σε επιβραδυντικό φαινόμενο. Δεδομένα εμφανίζουν ότι οι άμορφοι κρυσταλλικοί σχηματισμοί που εμφανίστηκαν και αποσπάστηκαν από τη μηχανική βελονοειδή κρυσταλλική αλληλεπίδραση στον πυρήνα, απέτρεψαν ισχυρότερο πυρήνα. Τα σάκχαρα, οι συμπλοκοποιητές σε σουλφονωμένη λιγνίνη όπως τα αλδονικά οξέα και εκχυλιστικές ενώσεις είναι κυρίως υπεύθυνες για την επιβράδυνση. Αυτά τα διασκορπιστικά μείωσης νερού χαμηλού βαθμού παρασκευάζονται συνήθως από σουλφονωμένη λιγνίνη, ένα παραπροϊόν της βιομηχανίας χαρτιού.
Υπερπλαστικοποιητές ευρείας περιοχής (διασκορπιστικά) έχουν γενικά κατασκευαστεί από συμπύκνωμα σουλφονωμένου ναφθαλινίου, αν και οι πολυκαρβοξυλικοί αιθέρες αντιπροσωπεύουν πιο σύγχρονες εναλλακτικές λύσεις. Και οι δύο αυτοί μειωτές νερού υψηλού βαθμού χρησιμοποιούνται μεταξύ 1/2 και 1/3 των τύπων της σουλφονωμένης λιγνίνης.
Οι παραδοσιακοί πλαστικοποιητές με βάση σουλφονωμένη λιγνίνη και σουλφονωμένο ναφθαλίνιο διασκορπίζουν τα συσσωματωμένα σωματίδια του γύψου μέσω ενός μηχανισμού ηλεκτροστατικής άπωσης (δείτε κολλοειδές). Σε κανονικούς πλαστικοποιητές, οι ενεργές ουσίες προσροφώνται στα σωματίδια γύψου, προσδίνοντάς τους αρνητικό φορτίο, που οδηγεί σε άπωση μεταξύ των σωματιδίων. Οι πλαστικοποιητές σουλφονωμένης λιγνίνης και ναφθαλινίου είναι οργανικά πολυμερή. Τα μεγάλα μόρια αναδιπλώνονται γύρω από τα σωματίδια του γύψου, δίνοντας τους υψηλό αρνητικό φορτίο, έτσι ώστε να απωθούνται μεταξύ τους.Kirby, Glen H.; Jennifer A. Lewis (2002). «Rheological property evolution in concentrated cement-polyelectrolyte suspensions». Journal of the American Ceramic Society 85 (12):  2989–2994. doi:10.1111/j.1151-2916.2002.tb00568.x.

Πλαστικοποιητές για ενεργειακά υλικά

Ενεργειακά υλικά πυροτεχνικής σύστασης, ιδιαίτερα στερεά προωθητικά πυραύλων και άκαπνες πυρίτιδες όπλων, χρησιμοποιούν συχνά πλαστικοποιητές για να βελτιώσουν τις φυσικές ιδιότητες του συνδετικού μέσου του προωθητικού ή του συνολικού προωθητικού, για να δώσουν δευτερογενές καύσιμο και ιδανικά, για να βελτιώσουν την απόδοση της ειδικής ενέργειας (π.χ. ειδική προώθηση, απόδοση ενέργειας ανά γραμμάριο προωθητικού, ή παρόμοιους δείκτες) του προωθητικού. Ένας ενεργειακός πλαστικοποιητής βελτιώνει τις φυσικές ιδιότητες ενός ενεργειακού υλικού, ενώ αυξάνει επίσης την απόδοση ειδικής ενέργειας. Οι ενεργειακοί πλαστικοποιητές προτιμώνται συνήθως από τους μη ενεργειακούς πλαστικοποιητές, ιδιαίτερα για στερεά προωθητικά πυραύλων. Οι ενεργειακοί πλαστικοποιητές μειώνουν την απαιτούμενη μάζα προωθητικού, ενεργοποιώντας έναν φορέα πυραύλου να μεταφέρει περισσότερο ωφέλιμο φορτίο ή να πετύχει υψηλότερα βεληνεκή. Όμως, θέματα ασφάλειας ή κόστους μπορεί να απαιτούν τη χρήση μη ενεργειακών πλαστικοποιητών, ακόμα και σε προωθητικά πυραύλων. Το χρησιμοποιούμενο προωθητικό πυραύλου για να τροφοδοτήσει με καύσιμο τον ενισχυτή του πυραύλου του διαστημικού λεωφορείου χρησιμοποιεί HTPB, ένα συνθετικό ελαστικό κόμμι, ως μη ενεργειακό πλαστικοποιητή/συνδετικό υλικό/δευτερογενές καύσιμο.

Επιπτώσεις στην υγεία

Σημαντικές ανησυχίες έχουν εκφραστεί για την ασφάλεια κάποιων πλαστικοποιητών, ιδιαίτερα επειδή αρκετά ορθοφθαλικά έχουν ταξινομηθεί ως δυνητικοί ενδοκρινικοί διαταρράκτες (endocrine disruptors) με κάποια αναφερόμενη εξελικτική τοξικότητα.