目前,已加快了無毒增塑劑產品的研發和推廣力度,特別加快了衛生要求高的塑料制品基礎應用研究。我國企業也開始注重無毒增塑劑的選擇和使用。有的企業甚至已經在電纜料中使用檸檬酸酯增塑劑。
⒈前言
20世紀8O年代美國國家環境衛生部科學研究所毒性試驗組用大量動物試驗證明,DOP可引起動物肝組織病變和癌變。因此,歐盟和美國已禁止3歲以下兒童玩具及用品使用6種鄰二甲酸酯增塑劑—— 鄰二甲酸二乙基己酯(DEHP)、鄰二甲酸二丁酯(DBP)、鄰二甲酸丁基芐酯、鄰二甲酸二異壬酯(DINP)、鄰二甲酸二異癸酯(DIDP)和鄰二甲酸二辛酯(DOP),并且這6種增塑劑在其他塑料制品中含量不得超過0.1%。俄羅斯也對中國進口的含有上述增塑劑的塑料玩具發出警告。在日本,DOP作為增塑劑只能在工業塑料制品中應用。
目前,已加快了無毒增塑劑產品的研發力度,特別加快了衛生要求高的塑料制品基礎應用研究。我國企業也開始注重無毒增塑劑的選擇和使用。有的企業已經在電纜料中使用檸檬酸酯增塑劑。
檸檬酸酯增塑劑是重要的無毒增塑劑之一。檸檬酸酯的兩個主要品種檸檬酸三丁酯(TBC)、乙酰檸檬酸三丁酯(ATBC)已獲得美國FDA批準作為安全、無毒增塑劑,我國也建議在包裝材料中使用。
⒉檸檬酸三丁酯(TBC)和乙酰檸檬酸三丁酯(ATBC)的性質
檸檬酸三丁酯(TBC),分子式C18H32O7,分子量360.44,為無色或淡黃色液體,能與、、礦物油、醋酸、、亞麻油、醇及其他溶劑相溶,不溶于水,無毒無味,揮發性小,耐熱、耐光、耐水,與乙烯基樹脂相容性號,是增塑效能較好的增塑劑。還可抗細菌及霉菌,無刺激性,具阻燃及可降解性。
乙酰檸檬酸三丁酯(ATBC),分子式C20H34O8,分子量402.48,無色油狀液體。相對密度1.046(25℃)。凝固點-80℃。沸點173℃(133.322Pa)。閃點(開杯法)204℃。折射率1.4408(25.5℃)。可溶于多數有機溶劑,在水中溶解度<0.002g/cm3。一般由檸檬酸與丁醇酯化,再在低于110℃的溫度下用乙酰制得。是檸檬酸酯類增塑劑中應用廣的品種,其大特點是無毒、無臭,而且耐熱性、耐寒性、耐光性和耐水性優良。
⒊檸檬酸三丁酯和乙酰檸檬酸三丁酯的生產方法
工業上,以檸檬酸、正丁醇為原料,采用直接酯化法可以合成檸檬酸三丁酯;以檸檬酸三丁酯、乙酐和正丁醇為原料,采用共乙酰化一酯化法可以合成乙酰檸檬酸三丁酯,并聯產正丁酯。
檸檬酸三丁酯和乙酰檸檬酸三丁酯均需在催化劑存在下合成。關于催化劑的研究是一個很活躍的技術領域。
合成乙酰檸檬酸三丁酯所需原料酐為易制毒化學品,列入公安局管轄目錄。
⒋檸檬酸三丁酯和乙酰檸檬酸三丁酯的用途
㈠檸檬酸三丁酯
⑴作為塑料增塑劑
在PVC塑料中常用DEHP增塑劑,因其揮發性、遷移性及毒性都大,發達國家已禁其用于食品包裝、醫療儀器、化妝品、衛生用品、玩具等而推廣用TBC,耐寒,在寒冷地區使用仍保持有好的撓曲性,又耐,耐水、耐熱,熔封時熱穩定性好而不變色,安全經久耐用,適作食品、醫藥物品包裝,血漿袋及一次性注射器液管等。TBC對PUC、PP、纖維素樹脂都可增塑,因其相容性好,在乙基纖維膜中用量可達40%,大模塑料中用量為10% 以下。TBC與其他無毒增塑劑共用可提高制品硬度,尤其對軟的纖維醚更為適用。TBC具無毒又抗菌作用,不滋生細菌,還具有阻燃性,所以它在乙烯基樹脂中用量甚大。比如用于薄膜中應用,還作飲水管、食品瓶密封圈、醫療機械、醫院內圍墻、家庭、飯店賓館及公共場所等壁板、天花板,食堂灶間衛生間等更需要此種滅菌阻燃增塑劑,交通工具含國防航空器、戰船、戰車的車箱內塑料制品也須用此增塑劑,因為DEHP用于車箱內易揮發污染空氣并引起肺炎、心血管病及中風與癌癥,而且其污染空氣后隨雨水降落,進而污染地下水。
德國《明鏡在線》消息,德國艾森的市場研究公司Polk公司的一項研究顯示,2006年中國的轎車和輕卡產量將達到590萬輛,超過德國的538萬輛,成為僅次于美國(1100多萬輛)和日本(1063萬輛)的第三大汽車生產國。預計2006年轎車和輕卡產量將創新高,超過6400萬輛,其中中國汽車工業的繁榮功不可沒。該研究公司認為,再過10年中國的汽車產量將達到1000萬輛,成為和美、日相當的主要汽車生產國。 預計2010年汽車業的PVC塑料中需TBC4.5萬噸。
TBC于玩具塑料中用量也甚大,我國是上大的塑料玩具制造國及出口國,75%玩具為中國制造,中國塑料玩具制造廠有8000多個,有工人300多萬,2005年規模以上玩具企業1304家,制造了75%左右的的玩具。我國玩具行業的表觀需求量在2003年得到迅猛擴大,但是在04、05年增長速度又有所下降,這主要是由于我國玩具進口量有所減少,但是05年37.36億美元的表觀需求量,表明我國玩具市場的需求還是相當大的。PVC玩具有氣球、救生圈、戶外休閑充氣玩具等。
2004年我國塑料制革(人造革)產量為78萬噸,制品有PVC的衣服、運輸工具、家庭、辦公室、飯店、賓館、公共候車室等人造革沙發、家具、皮鞋、涼鞋、服裝、車防雨帆布、軍用品外罩。據中國氯堿網統計,2006年1~11月中國國內PVC總產量為735萬噸,預計2006年全年我國PVC總產量在800萬噸左右,比2005年全年總產量增加135萬噸左右,同比增長20.3%。我國為大PVC消費國,用TBC增塑劑的塑料制品容易降解。
⑵其他方面的應用
①有機合成的中間體 TBC與醋酐可合成乙酰檸檬酸三丁酯,它使用性更為優越,用途更廣,是無毒無味的“綠色”塑料增塑劑,也作聚偏聚氯乙烯穩定劑、薄膜與金屬粘合的改良劑,其粘合物長時間浸泡于水中粘合力仍很強。
②作硝化纖維溶劑 具改善硝化纖維抗紫外線能力,并是多種香料的溶劑。
③洗滌助劑它是控制水質污染的替代品,可增強洗滌劑的去污能力。
④化妝品 妝品的添加劑、乳化劑,對受傷皮膚可起治療及營養作用,又可阻止紫外線對皮膚角質層的水份揮發,保護皮膚具滋潤性及生理彈性。
⑤作潤滑油及極壓抗摩劑、聚氧乙烯樹脂的平滑劑
⑥煙草工業 中加TBC后可使香煙燃燒時生成的毒氣被TBC吸收,從而減少對吸煙者的毒害,TBC可使煙卷保持韌性而不被折斷。
⑦作含蛋白質類液體的泡沫去除劑、鞋襪去臭劑、紙張加香助劑、橡膠工業加工防焦劑。
㈡乙酰檸檬酸三丁酯
ATBC為無毒、無味主增塑劑,ATBC比TBC的毒性更小。ATBC作為主增塑劑,具有溶解性強,耐油性、耐光性好,并有很好的抗霉性。它與大多數纖維素、聚氯乙烯、聚醋酸乙烯酯等有良好的相容性,主要用作纖維素樹脂和乙烯基樹脂的增塑劑。
在兒童玩具方面,隨著DOP毒性資料的不斷被發現,越來越多領域禁止使用DOP,而ATBC無毒,無味,透明性好,水抽出率低,經其增塑的塑料制品加工性能優良,熱合性好,二次加工方便,特別適合作為兒童玩具主增塑劑使用。
在肉制品包裝方面,ATBC無毒,可作為肉制品包裝材料,而DOP不能應用在高脂肪含量食品包裝領域。而且ATBC無味,不會引起食品異味,經其增塑的塑料制品透明,印刷性能好。
在醫用制品方面,ATBC無毒,水抽出率低,對人體沒有潛在危害,經其增塑的醫用制品耐高溫、低溫性能好。
ATBC作為一種優良的增塑劑不僅滿足無毒增塑劑的條件,也可用于一般塑料制品中。用ATBC塑化的纖維素電影膠片揮發性損失低,與含DBP的纖維素電影膠片相比,對金屬有比較強的附著作用。