[发明专利]一种绿色环保的增塑剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种绿色环保的增塑剂，所述增塑剂的主要成分为环氧亚油酸季戊四醇酯，其结构式如下：。本发明合成的增塑剂，在一个分子中含有多个具有增塑功能的酯基和环氧基团，分子量比传统的环氧脂肪酸酯大大提高，挥发性更低，热稳定性更好；不仅能有效提高增塑效率，还将有效提高制品的热稳定性，同时由于环氧亚油酸季戊四醇酯分子的含有多个环氧基团且分子量较大，使得其有着优异的耐迁移性能，有效的改善了与PVC的相容性；使用可再生植物油为原料，是可生物降解的对人体和环境无毒害作用，对环境友好，具有较好的实用价值和经济价值，市场前景良好，适宜广泛推广应用。

技术领域

本发明涉及化学材料合成技术领域，具体是指一种绿色环保的增塑剂及其制备方法。

背景技术

在过去的一个世纪里，塑料已经成为现代文明社会不可或缺的重要材料，广泛应用于航空、航天、通讯工程、计算机、军事以及农业、轻工业、食品工业等各行各业之中。近年来，全球塑料的需求稳步增长，2020年仅五大通用塑料之一的聚氯乙烯（PVC）一种塑料的使用量就达到4900万吨。由于PVC链之间的相互作用，阻碍了链的流动性，PVC表现出硬而脆的特性，制约了其应用。为了提高PVC的性能，降低加工温度，需要加入合适的助剂。在诸多助剂中，增塑剂是塑料制品中最重要的添加剂。在PVC塑料中加入适量的增塑剂，可以极大的改善PVC的可加工性、柔韧性、拉伸性能等。

基于润滑理论、凝胶理论和自由体积理论，增塑剂通过膨胀、溶解或其他方式与聚合物发生物理作用，形成均匀的物理单元。增塑剂添加到塑料中可以降低塑料的黏度、玻璃化转变温度和弹性模量等，从而大大改善其加工性能。目前，已有数百种增塑剂问世，其中邻苯二甲酸酯类增塑剂由于塑化效果好，成本相对较低是应用最广的增塑剂（例如，邻苯二甲酸二辛酯），占增塑剂总量的80%以上。然而，商用的邻苯二甲酸酯增塑剂在使用过程中会从产品内部向表面迁移最终进入周围环境中，从而污染环境，并对人体健康产生负面影响。因此，开发能够替代传统石油基增塑剂，具有无毒绿色环保特性的增塑剂具有重要意义。

国内环氧类增塑剂的主要品种有：环氧大豆油、环氧糠油酸丁酯、环氧蚕蛹油酸丁酯、环氧大豆油酸辛酯等。其中环氧大豆油由于具有无毒、无味、良好的耐候性及热稳定性，广泛应用在聚氯乙烯塑料制品、涂料、油墨、橡胶等中，是一类消费量较大的增塑剂。但是由于环氧大豆油极性小，与PVC的相容性较差，一般PVC制品中加入的份数不超过5%，否则制品容易出油“发汗”，这就极大地限制了环氧大豆油增塑剂的应用。

增塑PVC共混物中最常见的分子间作用力是范德华力，包括取向力、诱导力、色散力以及氢键。取向力发生在共混物中极性基团之间，如酯键中的羰基和PVC主链中的氯原子。在增塑剂分子中，酯基中碳氧双键上的氧和PVC中碳上的氢之间可以形成氢键。这些相互作用降低了聚合物链间原本的取向力，减少了聚合物链的纠缠，从而通过增加聚合物链的柔顺性来改变聚合物的三维分子结构。脂肪链在聚合物内部充当着润滑剂和隔离层的作用，减小聚合物分子的滑动时产生的内摩擦力并防止刚性基体的重新形成，使得聚合物分子链段更容易移动，从而导致聚合物的玻璃化转变温度大大降低。脂肪链另一个重要功能是增加增塑剂分子的分子量，从而提高增塑剂的耐迁移性。此外，将不饱和双键环氧化得到极性环氧基团，不仅能提高增塑效率, 还能提高PVC材料的热稳定性。

在增塑剂分子中酯基和脂肪链的存在可以提高其增塑效率，而环氧极性官能团的存在不仅可以增加增塑剂与PVC基体的相容性，还可以中和PVC高分子链降解断裂过程中形成的氯化氢并淬灭自由基，从而提高塑料的热稳定性和抗老化性能。但是，由于现有的环氧脂肪酸酯类增塑剂，分子量相对较小，与PVC的相溶性较差，容易从制品中迁移到表面，这就极大地限制了其应用。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种提高增塑效率，且与PVC的相容性好，可生物降解的对人体和环境无毒害的绿色环保的增塑剂。

本发明的另一个目的在于提供上述增塑剂的具体制备方法。