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塑化劑(英語:Plasticizer),或稱增塑劑、可塑劑,是一種增加材料的柔軟性或使材料液化的添加劑。其添加對象包含了塑膠(塑膠添加劑)、混凝土、乾壁材料、水泥、胶粘剂與石膏等等,種類多達百餘種。同一種塑化劑常常使用在不同的對象上,但其效果往往並不相同[1]。據統計2017年全世界的塑化劑市場由2012年705万吨增长至753萬噸,预计2022年前年增3%。其中,使用最普遍的是鄰苯二甲酸酯類化合物,达到总消费量的65%;按地域计算,亚洲以423万吨占比过半[2][3]。
塑膠添加塑化劑依據使用的功能、環境不同,製造成擁有各種韌性的軟硬度、光澤的成品,其中愈軟的塑膠成品所需添加的塑化劑愈多。一般常使用的保鮮膜,一種是無添加劑的PE(聚乙烯)材料,但其黏性較差;另一種廣被使用的是PVC(聚氯乙烯)保鮮膜,有大量的塑化劑,以讓PVC材質變得柔軟且增加黏度,但是不適合生鮮食品的包裝[4][5]。
混凝土使用塑化劑(減水劑),可以增加混合物的工作性方便施工不易產生蜂窩(裂縫、破裂),從而可減少含水比例,增加強度。在乾壁材料中加入塑化劑可以增加混合物的液化程度,如此便不用添加太多水分,可減少乾燥牆版所需的工夫。
由於PVC本身是硬質的物料,添加塑化劑後,可使得塑膠成品具有柔軟、易於彎曲、摺疊、彈性佳的性質而易於塑形,也因此黏性較PE保鮮膜為佳。此外,經常使用之香水、指甲油等化粧品,則以鄰苯二甲酸酯類作為定香劑,以保持香料氣味,或使指甲油薄膜更光滑。
鄰苯二甲酸酯是最普遍使用的塑化劑,是由二羧酸鄰苯二甲酸及醇類所形成的酯類,有良好的防水性及防油性。這類的塑化劑並非食品或食品添加物,且具有毒性。常見的鄰苯二甲酸酯類塑化劑如下:
以下列出鄰苯二甲酸酯的致癌性及生殖毒性比較,致癌性部份以國際癌症研究機構(IARC)的分類為主。
塑化劑 | 用途 | 致癌性[12] [13] | 生殖毒性 | 內分泌 干擾物質 (環境荷爾蒙) |
---|---|---|---|---|
DEHP | 食品包裝 醫療器材 建築材料 塑化劑 |
動物:有 2B[13] 3類[12] |
動物:有 是 | |
DINP | 鞋底 建築材料 塑化劑 |
動物:有 未列入致癌物分類中 |
動物:不明顯 |
不是 |
DNOP | 地板膠 聚乙烯磁磚 帆布 塑化劑 |
未列入致癌物分類中 | 動物:不明顯 |
不是 |
DIDP | 電纜線 膠鞋 地毯黏膠 橡膠襯墊 |
未列入致癌物分類中 | 動物:不明顯 |
不是 |
DIBP | 油漆 紙漿 紙板 接著劑 塑化劑 黏度調整劑 |
未列入致癌物分類中 | 動物:不明顯 |
不是 |
DBP | 食品包裝 乳膠黏合劑 溶劑 |
未列入致癌物分類中 | 動物:有 |
是 |
BBP | 建築材料(含PVC) 人造皮革 汽車內飾 塑化劑 |
動物:有 3類[12] |
動物:有 |
是 |
DEP | 溶劑 護理用品 油墨 |
未列入致癌物分類中 | 動物:有 |
是 |
DMP | 溶劑 個人衛生用品 護理用品 油墨 |
未列入致癌物分類中 | 動物:不明顯 |
不是 |
歐洲塑化劑同業工會(ECPI)2000年的新聞稿指出,國際癌症研究中心(IARC)研究證實,DEHP塑化劑對人體不會產生致癌效果,IARC先前根據老鼠實驗,認為DEHP為「可能致癌物」,但IARC進一步最新研究發現,DEHP對老鼠的影響不會發生在人類身上,「這項結論是來自12國的28位專家,上周在法國里昂的一項會議所得出」[14]。
依據行政院環境保護署民國100年7月20日公告列管毒物之分類如列[15]:
毒性化學 物質類別 |
第一類 (難分解物質) |
第二類 (慢毒性物質) |
第三類 (急毒性物質) |
第四類 (疑似毒化物) |
---|---|---|---|---|
特性 | 在環境中不易分解或因生 物蓄積、生物濃縮、生物 轉化等作用,致污染環境 或危害人體健康者。 |
有致腫瘤、生育能力 受損、畸胎、遺傳因 子突變或其他慢性疾 病等作用者。 |
化學物質經暴 露,將立即危害 人體健康或生 物生命者。 |
非前三類而有 汙染環境或危 害人體健康之 虞者。 |
塑化物 名稱 |
DEHP
DNOP BBP DINP DIDP DEP DIBP DMP DBP |
DEHP
BBP DIBP DBP |
暫無 | DHNUP
DIHP DPP DNHP DCHP DIOP DNP BMPP BMEP BEEP HEHP BBEP DPP DBZP MEHP MNBP |
較安全的解塑化劑較容易由生物降解,也比較不容易造成生物的生化反應。舉例如下:
混凝土使用的塑化劑也稱為減水劑、高效减水剂或超級塑化劑,可在混凝土凝固之前增加其流動性及加工性,方便施工。
一般混凝土的含水量越高,其流動性及加工性越好。但在混凝土有足夠的水份時,混凝土凝固後的強度和含水量恰成反比。因此若要混凝土有高強度,混凝土的水量不能過多,此時的加工性就會變差,塑化劑可以在不影響混凝土的加工性的條件下減少其含水量(因此稱為減水劑),同時也提昇混凝土的強度。若混凝土中加入了Pozzolana火山灰時,也會加入塑化劑來提昇強度。生產高強度混凝土或纖維強化混凝土時,常用此方式來提昇強度。
一般在混凝土中加入其質量1至2%的塑化劑就可以發揮效果。太多塑化劑會使得混凝土過度分離,因此一般不建議。依混凝土中成份的不同,太多塑化劑也可能會造成缓凝作用(retarding effect)。
塑化劑通常是由木質素磺酸盐加工而成。超級塑化劑一般由萘磺酸縮合物或是磺化三聚氰胺甲醛所製成,有些較新型的超級塑化劑是由聚羧酸醚(PCE)所製成。
不論是傳統木質素磺酸盐的塑化劑,或是以萘磺酸或以磺化三聚氰胺為基礎的超級塑化劑,都是利用相同電性的電荷會互相排斥的原理驱散絮凝的混凝土颗粒(細節請參照膠體條目)。 這些由木質素、萘或三聚氰胺所得的塑化劑都屬於有機聚合物,塑化劑的長分子會包住混凝土粒子,提供負電荷,使混凝土粒子之間因同帶負電而互相排斥。
聚羧酸醚類的超級塑化劑是利用空间位阻稳定的機制使混凝土颗粒分散,和上述塑化劑利用同電性靜電互相排斥的原理不同,這種分散機制的效果較強,對混凝土加工性的提昇效果可以維持較長的時間[16]。
石膏乾壁中使用的塑化劑也稱為分散劑,可增加石膏凝固之前的加工性。為了減少使乾壁乾燥所需的能量,在製作時會加入較少的水,此時的加工性就會變差,加入塑化劑可以改善其加工性。
一般而言一平方呎(MSF)大小、1/2英吋厚(即15 g/m2)的乾壁加入2磅的塑化劑即可。若加入過量的塑化劑,會出現缓凝作用,也會使石膏乾壁的強度變差。
石膏乾壁中使用的塑化劑通常是由木質素磺酸盐加工而成。高效塑化劑是由萘磺酸縮合物或聚羧酸醚製成,其用量只需一般木質素塑化劑的1/2到1/3[18]。
石膏乾壁塑化劑的工作原理和混凝土塑化劑的工作原理大致相近。塑化劑的有機聚合物長分子會包住混凝土粒子,提供負電荷,使石膏粒子之間因同帶負電而互相排斥,增加可加工性。
含能材料及烟火药剂一般會使用增塑劑,一方面可以改善推進劑的本身或其粘合劑的物理性質,另一方面也可以當成輔助燃料,提昇單位質量燃料所提供的推進力(即比衝)。在固態火箭推进剂及無煙火藥中特別需要增塑劑改善物理性質或提昇比衝。
可提昇比衝的增塑剂一般稱為含能增塑剂(energetic plasticizer)。其優點是可減少推進劑的質量,增加火箭酬載或提昇其最大速度。不過有時因為安全或是成本因素,仍然會使用無法提昇比衝的增塑剂。太空梭固体火箭助推器的燃料一般會使用稱為端羟基聚丁二烯(HTPB)的合成橡膠為其增塑剂。
如下是常用於固態火箭推进剂及無煙火藥中的含能增塑剂列表
NG及BTTN因為含有二級醇,其熱穩定性較差。TMETN、DEGDN、BDNPF及BDNPA提昇比衝的效果較小。NG及DEGN的蒸氣壓較高。
臺灣目前核准Dibutyl phthalate (DBP)及Diethyl phthalate (DEP)可添加於藥品作賦形劑。[19] 藥品許可證系統中,Dibutyl phthalate 有10項。 Diethyl phthalate有30項。[20]
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