프탈레이트를 대체가능한 가소제 plasticizer, 친환경가소제 종류- (주) 삼양화인

 

 

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프탈레이트를 대체가능한 가소제

CREDIT: Petrmalinak/Shutterstock

프탈레이트 대체제(만약 있다면)의 선택은 대부분 몇몇 기준에 의거합니다. 이것들은 다음과 같은 사항들을 포함합니다:

 

1. 가격

2. 완성품의 사용기간동안 예상된 노출 환경. 이것은 호환성, 야외 내후성, 저온 유연성 등을 포함한다.

3. 낮은 공정온도나 높은 처리율와 같은 공정 환경 제한

 

이러한 문제들을 극복하기위해 사용되는 가소제 타입들은 다음과 같습니다:

 

▶가격 – Ring 포화된 phthalates, DOTP, 특정 식물성오일 파생물 (예: ESBO)

▶호환성 - 벤조산염/이벤조산염(Benzoates/dibenzoates), 알킬 설폰산 에스테르(Alkyl sulfonic acid esters), 트리멜리테이트(Trimellitates)

▶야외 내후성 – 트리멜리테이트(Trimellitates), Alkyl sulfonic acid esters (예상된 사용기한의 엄격함에 따라)

▶저온 유연성(low temperature flexibility) - 지방족 2염기산(aliphatic dibasic acid)의 에스테르, 몇몇 식물성오일 파생물 (예: 아세틸화 모노글리세리드 에스테르acetylated monoglyceride esters, 지방산의 모노에스테르monoesters)

▶가소제 용해력 - 벤조산염/이벤조산염(Benzoates/dibenzoates), 몇몇 식물성오일 파생물 (예: 아세틸화 모노글리세리드 에스테르acetylated monoglyceride esters, 지방산의 모노에스테르monoesters), TXIB

▶난연성 - 인산에스테르Phosphate esters (유일)

▶고온에서의 기능 – 트리멜리테이트(Trimellitates), 몇몇 식물성오일 파생물 (예: see Dow Ecolibrium products)

▶낮은 플라스티솔(수지+가소제) 점도 - 벤조산염 에스테르Benzoate esters (이벤조산염dibenzoates 아님), TXIB, 지방족 2염기산(aliphatic dibasic acid)의 에스테르

▶용제 추출 저항 - 폴리에스테르Polyesters

▶가수분해(Hydrolysis) 저항 - 알킬 설폰산 에스테르(Alkyl sulfonic acid esters)

 

아디핀산염(Adipate) 가소제

 

PVC 적용에서, 아디핀산염은 비슷한 알킬 체인 길이의 프탈레이트에 비해 발전된 저온특성들을 제공합니다.

고분자polymeric 가소제(특히 아디프산adipic acid와 디올diol과 같은 지방족 2염기산으로부터 만들어진)는 그들의 영구성 덕분에 주로 가치있게 다뤄집니다. 이러한 가소제들은 일반적으로 아디핀산염이 아닌 폴리에스테르로써 분류됩니다. 다수가 PVC에 낮은 용해력과 높은 점도를 가지고있는데, 둘중 하나라도 있으면 f-PVC 화합물의 공정을 어렵게 만들수 있습니다. 다수는 나쁜 저온에서의 특성을가지고있으며 수분에도 민감할 수 있습니다.

 

아디핀산염의 장점

고분자 가소제의 장점은 다음과 같습니다:

 

가격	적당히 높음
PVC 고분자와의 호환성	괜찮음에서 좋음
야외내후성	괜찮음에서 나쁨
저온 유연성	좋음
가소제 용해력	괜찮음
bio-based 내용물	일반적으로 없음
난연성	나쁨
고온에서의 기능	괜찮음에서 나쁨
낮은 플라스티콜 점도	좋음
용제 추출 저항	괜찮음에서 좋음
가수분해 저항	괜찮음

 

아디핀산염 가소제의 한계점

 

▶아디핀산염 가소제는 휘발성이 더 크며, PVC와의 더 나쁜 융합과 호환성을 표출합니다.

▶몇몇의 다른 대체 가소제들보다 비교적 비쌉니다.

▶일반적으로 최적의 가소 특성을 전달하기위해 더 높은 프탈레이트와의 화합에 사용됩니다.

▶더 높은 이주율(migration rate)를 지닙니다.

 

벤조산염(Benzoate) 가소제

벤조산염과 이벤조산 에스테르dibenzoate ester는 모두 PVC에 높게 용해하는 가소제입니다. 그들의 높은 휘발성 때문에, monobenzoate는 일반적으로 flexible PVC에서 용해력 촉진제나 점도 감소 첨가제로만 사용됩니다. 이벤조산 가소제는 주로 강한 용해력덕분에 중요한 가치를가지지만, 저온 특성과 플라스티콜 점도 특성에있어서 프탈레이트 가소제에 방어적입니다. 벤조산염과 이벤조산 가소제 모두 다른 가소제들과의 화합에 자주 쓰입니다.

벤조산염과 이벤조산 에스테르dibenzoate ester의 몇몇 흔한 장점들과 한계점들은 다음과 같습니다:

 

가격	보통
PVC 고분자와의 호환성	좋음
실외 내후성	나쁨에서 좋음
저온 유연성	나쁨에서 좋음
가소제 용해력	훌륭함
bio-based 내용물	일반적으로 없음
난연성	나쁨
낮은 플라스티콜 점도	나쁨에서 좋음
용제 추출 저항	나쁨에서 괜찮음
가수분해 저항	괜찮음

 

벤조산염 가소제의 특징

 

▶벤조산염은 가공조제(processing aid, 생산성을 높이는 첨가제)로도 쓰여집니다.

▶훌륭한 얼룩 저항성을 보여줍니다.

▶좋은 오일 추출 저항성

▶높은 용매화력과 저분자량은 이러한 가소제에게 공정 온도를 낮춤으로써 가공에서의 이점들을 줍니다.

▶몇몇은 좋은 UV 안정성을 가집니다.

 

벤조산염 가소제의 한계점

 

▶ 벤조산염은 자연에서 매우 휘발성이 강합니다.

▶차별화된 성능과 많은 고유의 화학반응들

▶감소된 저온 유연성을 가진 이벤조산염

▶이벤조산염은 나쁜 플라스티콜 유동 특성들을 줄 수 있습니다.

 

벤조산염 가소제의 적용

 

▶벤조산염은 PVC와 다른 열가소성 고분자들에서 최상의 성능을 제공합니다.

▶가소제의 일부분으로써 벤조산염을 사용한 많은 적용은 공정과정 도중에 마주치는 문제들을 줄이기 위해 화합됩니다

▶벤조산염(특히 이벤조산염)은 몇몇의 flexible PVC 바닥재(탄성있는 바닥재)에 쓰입니다.

 

트리멜리테이트 가소제

 

트라이멜리트산 무수물(TMA,Trimellitic anhydride)은 프탈산 무수물이나 프탈산과 비슷한 구조의 tri-carboxylic acid입니다.

낮은 휘발성과 높은 성능 덕분에 트라이멜리트산 에스테르Trimellitate ester가 주로 쓰입니다. 상업용 트리멜리트산 무수물(트리멜리테이트 생산을위한 시재료)은 일반적으로 매우 작은 양의 프탈산 무수물을 포함하므로, 엄밀히 말하면, 트리멜리테이트 가소제는 흔히 "프탈레이트 대체제"는 아닙니다.

이러한 가소제의 장점은 다음과 같습니다:

 

가격	적당히 높음
PVC고분자와의 호환성	좋음
실외 내후성	괜찮음에서 좋음
저온 유연성	괜찮음에서 좋음
가소제 용해성	괜찮음
bio-based 내용물	일반적으로 없음
난연성	나쁨
고온에서의 기능	훌륭함
낮은 플라스티콜 점도	나쁨
용제 추출 저항	괜찮음
가수분해 저항	괜찮음

 

트리멜리테이트 장점과 한계점

 

트리멜리테이트 가소제는 프탈레이트에비해 낮은 휘발성, 더나은 추출 저항성과 좋은 가공성을 가지고있습니다.

트리멜리테이트는 그들에서 프탈레이트의 흔적들이 발견됨에 따라 프탈레이트가 없는 가소제로써 판단될 수 없습니다.

 

트리멜리테이트의 적용

 

트리멜리테이트는 고온등급의 와이어 단열, 개스킷1 그리고 자동차 인테리어의 부분들과 같은 PVC 화합물에 적용됩니다.

1. 가스,기름 등이 새어나오지 않도록 파이프나 엔진 등의 사이에 끼우는 마개

 

구연산염(Citrate) 가소제

 

구연산염 에스테르는 많은 f-PVC 장난감들에 쓰입니다. 그들이 생물 기반 내용물을 가질 수 있는(어떻게 만들어졌냐에 따라) "자연의" 제품들이고 낮은 유독성을 가지고 있기 때문에 가치가 있습니다.

구연산염의 몇몇 일반적 특성들은 다음과 같습니다:

 

가격	높음
PVC 고분자와의 호환성	괜찮음
야외 내후성	괜찮음에서 나쁨
저온 유연성	괜찮음에서 좋음
가소제 용해력	괜찮음
bio-based 내용물	없음에서 높음
난연성	나쁨
고온에서의 기능	나쁨에서 괜찮음
낮은 플라스티콜 점도	나쁨에서 괜찮음
용제 추출 저항	괜찮음
가수분해 저항	나쁨에서 괜찮음

 

구연산염 가소제 장점

 

▶구연산 에스테르/구연산염은 PVC에서의 간접적인 허가뿐만 아니라 몇몇의 직접적인 음식 첨가제 허가를 가지고있습니다. 이들은 좋은 성능과 저온에서의 훌륭한 유연성을 가집니다.

▶좋은 열안정성과 내광성을 제공합니다.

▶부분적으로 bio-based가 될 수 있습니다.

▶구연산 에스테르는 무독성이고 식품접촉 적용에서의 사용을 FDA로부터 승인 받았습니다.

 

주된 한계점

 

▶구연산염 가소제는 매우 휘발성이 높으며 특성상 꽤 많은 양이 손실됩니다.

▶구연산염은 영구성이 부족하며, 그러므로 케이블, 바닥재나 루핑제와같은 탄력있는 적용에서 선택되지는 않습니다.

▶필름 적용에서 더 큰 먹날림(fogging)을 유도합니다.

 

구연산염 가소제의 적용

 

▶구연산염/ 구연산 에스테르는 장난감, 의료용품, 그리고 아이들을위한 고무젖꼭지에서 비닐 수지를 가소화하기위해 사용됩니다.

▶FDA 승인이 되었기때문에, 구연산염은 음식 포장 필름 적용들에 사용됩니다.

▶조제 약품용 물질에도 사용됩니다.

▶구연산염은 PVC, PVA, PVB, 폴리프로필렌polypropylene과 같은 고분자와 호환됩니다.

▶구연산염의 에스테르는 지포제(foam inhibitors, 거품억제제)로도 쓰입니다.

 

다른 가소제

 

인산염(Phosphates)

 

인산염 에스테르 가소제는 주로 f-PVC에 난연성을 전달하는데 쓰입니다. 몇몇의 인산염 가소제는 f-PVC 화합물의 자외선 저항력(야외 내후성)을 높이기위해 사용됩니다. 그들은 일반적으로 PVC를 위한 가소제로는 사용되지 않습니다.

 

가격	높음
PVC 고분자와의 호환성	좋음
야외 내후성	괜찮음에서 좋음
저온 유연성	나쁨에서 좋음
가소제 용해력	좋음
Bio-based 내용물	일반적으로는 없음
난연성	좋음
고온에서의 기능	괜찮음
낮은 플라스티콜 점도	좋음
용제 추출 저항력	나쁨
가수분해 저항	괜찮음

 

트리아릴(Triaryl) 과 알킬 디아릴 인산염(alkyl diaryl phosphate)는 특히 난연성과/혹은 낮은 발연(연기발생)을 성취하기 위해 PVC와 쓰이는 난연 인산염(phosphate) 가소제의 가장 중요한 카테고리입니다. 인산염(Phosphate)는 단독 가소제로써나 혹은 비용이 최적화된 혼합안에서 활용될 수 있는 PVC를 위한 주된 가소제입니다

트리아릴 인산염(Triaryl phosphate)은 낮은 휘발성과 함께 훌륭한 난연성을 보여줍니다;하지만 그들은 비교적 나쁜 저온 유연성을 가지고있습니다. 알킬 디아릴 인산염 에스테르(alkyl diaryl phosphate ester)는 좋은 저온 유연성을 가지고있지만 트리아릴 에스테르(triaryl ester)에 비해 휘발성이 더 강하고 더 안좋은 난연성을 제공합니다. 흔히 발전된 불과 연기에서의 성능을 필요로하는 적용에 제한하면, 몇몇의 인산염(phosphate)는 음식과 의료장비 규제에서의 허가를 이끌어왔습니다.

 

염소화 파라핀(Chlorinated Paraffins)

 

염소화 파라핀은 탄화수소(hydrocarbon)의 염소화에 의해 얻어지며 30-70%의 염소(chlorine)으로 구성되어있습니다.

그들은 낮은 휘발성을 가지고 있으며 염소의 존재로 인해 난연제로써 작용합니다.

염소화 파라핀은 높은 화학적 안정성와 습기 저항을 제공하지만, 공정온도가 175⁰C 이내로 제한되므로 열적으로 안정적이지 않습니다. 그러므로, 더 높은 공정온드로 위해서는, 추가적인 안정제(stabilizer)가 필요합니다. 염소가 더 많이 포함된 물질일수록, PVC에서의 염소화 파라핀의 가소효과가 더 감소된다는것은 이미 알려진 사실입니다.

 

프탈산 에스테르의(Phthalate Esters)의 ring saturated variants(e.g. DINCH)

 

DINCH(cyclohexane-1,2-dioc acie의 di-isononyl ester)와 같은 가소제는 인간의 건강에관한 (증명된)악효과를 제외하고는 프탈레이트와 엇비슷하게 가치가 매겨집니다. 그들은 PVC에게 비교적 낮은 용해력을 가지고 있으며 PVC와의 호환성은 프탈레이트 유사물에게 방어적입니다. ring적으로 포화된 다이얼킬 프탈레이트(dialkyl phthalate)의 더 높은 분자량(molecular weight)의 버전은 더욱 PVC와 호환되지 않습니다.

 

가격	적당함
PVC 고분자와의 호환성	괜찮음
야외 내후성	괜찮음
저온 유연성	좋음
가소제 용해력	괜찮음
Bio-based 내용물	일반적으로 없음
난연성	나쁨
고온에서의 기능	나쁨
낮은 플라스티콜 점도	좋음
용제 추출 저항성	나쁨
가수분해 저항성	괜찮음

 

알킬 술폰산 에스테르(Alkyl Sulfonic Acid Esters)

 

알킬 술폰산 에스테르(Alkyl sulfonic acid ester)는 화학적 저항성(특히 가수분해의 저항성) 덕분에 가치있습니다. 그들은 일반적 용도의 가소제로써 알려졌습니다. 이러한 제품을 생산하는 곳은 몇 안됩니다.

 

가격	적당함
PVC 고분자와의 호환성	좋음
야외 내후성	좋음
저온 유연성	괜찮음
가소제 용해력	좋음
Bio-based 내용물	일반적으로 없음
난연성	나쁨
고온에서의 기능	괜찮음 (DEHP와 비슷)
낮은 플라스티콜 점도	좋음
용제 추출 저항력	나쁨
가수분해 저항력	좋음

 

지방족 2염기산 에스테르(Aliphatic Dibasic Acid Esters)

 

지방족 2염기산 에스테르(Aliphatic Dibasic Acid Ester)는 주로 flexible PVC 화합물에게 부여하는 좋은 저온 특성을 위해 사용됩니다. 그들은 매우 효율적인 가소제이며 다수가 효과적인 프라스티솔 점도 억제제입니다. 몇몇은 bio-based 내용물을 가질 수 있습니다. 문제는 그들은 PVC와 비교적 나쁜 호환성을 가지며 비교적 낮은 용해력을 지녔습니다.

 

가격	적당함
PVC 고분자와의 호환성	괜찮음
야외 내후성	나쁨에서 괜찮음
저온 유연성	훌륭함
가소제 용해력	괜찮음
Bio-based 내용물	일반적으로 없음
난연성	나쁨
고온에서의 기능	나쁨
낮은 플라스티콜 점도	훌륭함
용제 추출 저항력	나쁨
가수분해 저항력	괜찮음

 

폴리올-카복실산 에스테르(Polyol-Carboxylic Acid Esters)

 

가격	적당히 높음
PVC 고분자와의 호환성	좋음
저온 유연성	좋음
가소제 용해력	좋음
난연성	나쁨
고온에서의 기능	괜찮음에서 좋음
낮은 플라스티콜 점도	괜찮음에서 나쁨
용제 추출 저항성	나쁨

 

고분자 가소제(Polymeric Plasticizers)

 

고분자 가소제(특히 adipic acid와 diol과 같은 지방산 2염기산으로 만들어진)는 영구성 덕분에 가치가 있습니다. 다수가 PVC에 낮은 용해력과 높은 점도를 가지며, 이 특성 둘 다 f-PVC 화합물을 만드는 데 어려움을 줄 수 있습니다. 다수가 나쁜 저온 특성들을가지고 습기에 민감할 수 있습니다.

 

가격	높음
PVC 고분자와의 호환성	좋음
야외 내후성	괜찮음에서 나쁨
저온 유연성	괜찮음에서 나쁨
가소제 용해력	괜찮음
Bio-based 내용물	일반적으로 없음
난연성	나쁨
고온에서의 기능	괜찮음에서 좋음
낮은 플라스티콜 점도	나쁨
용제 추출 저항성	괜찮음에서 좋음
가수분해 저항	괜찮음에서 좋음

 

에폭시

화학적으로, 에폭시 가소제들은 한 개나 그 이상의 에폭시화된 이중결합 구조(epoxidized double bond)를 포함하는 에스테르들입니다. 예를들면 에폭시화된 대두유epoxidized soybean oil(ESBO)와 에폭시화된 아마인유epoxizied linseed oil(ELO)가 있습니다. 올레핀의 이중결합 구조(olefinic double bond)부터 옥시란 구조(oxirane structure)까지의 산화는 에폭시계의 구성으로 이끕니다. 에폭시계의 존재는 이러한 가소제들로 생산된 PVC 제품들의 열 안정성을 개선하도록 도와줍니다. 더 높은 농도의 에폭시 가소제들은 가끔 PVC와의 불호환성을 발전시킵니다.

 

2염기산의 다른 지방족 에스테르(Aliphatic Esters of Dibasic Acids)

 

이 카테고리에서 di-2-ethylhexyl sebacate(DOS), di-2-ethylhexyl azelate(DOZ) 그리고 di-isodecyl sebacate(DIDS)는 가장 흔하게 쓰이는 가소제입니다. 아디핀산염(adipate)과 비교했을 때 이러한 가소제들은 우수한 저온에서의 성능을 전달하고 그들은 극도로 저온의 유연성을 필요로하는 적용에 제한됩니다. 아디핀산염처럼, 그들은 PVC와 제한된 호환성을 가지고 있습니다.

 

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