Влияние молекулярной структуры эфиров азелаиновой и себациновой кислот на реологию и термодинамику вязкого течения расплавов ПВХ
Автор: Вихарева И.Н.
Журнал: Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Химия @vestnik-susu-chemistry
Рубрика: Физическая химия
Статья в выпуске: 2 т.18, 2026 года.
Бесплатный доступ
Поливинилхлорид (ПВХ) остается одним из наиболее востребованных полимеров. Ключевую роль в придании ПВХ необходимой гибкости, эластичности и технологичности при переработке играют пластификаторы. В связи с этим актуальной задачей является разработка и внедрение безопасных альтернативных пластификаторов. Исследование и оптимизация влияния структуры новых пластификаторов на реологические и структурно-вязкостные свойства расплавов ПВХ критически важны для создания экологичных, высокотехнологичных композиций с заданными эксплуатационными характеристиками и улучшенными параметрами переработки. В работе представлен синтез и реологическая оценка симметричных эфиров азелаиновой и себациновой кислот и оксиэтилированного бутанола и фенола в качестве пластификаторов ПВХ. Установлено, что эфиры дибутоксиэтилазелаинат, дибутоксиэтилсебацинат, дифеноксиэтилазелаинат, дифеноксиэтилсебацинат обеспечивают более высокий показатель текучести расплава (ПТР) по сравнению с промышленным диоктилфталатом (ДОФ). Наибольшую эффективность продемонстрировал ДБЭС. Ключевое влияние на реологию оказывает структура пластификатора: удлинение цепи дикарбоновой кислоты и использование линейного алкильного фрагмента (бутил) вместо объемного ароматического (феноксил) значительно повышают ПТР за счет лучшей гибкости молекул. Термодинамический анализ вязкого течения выявил доминирование энтальпийного барьера (ΔH) в энергии активации (Eₐ ≈ ΔH), связанного с преодолением диполь-дипольных взаимодействий ПВХ. Наблюдаемый максимум ΔH при ~165 °C объясняется сменой молекулярного механизма течения: от локального движения сегментов к кооперативной перестройке с разрушением временных структур (запутанности, кластеры пластификатора) в промежуточном диапазоне, требующей больших энергозатрат. Результаты подтверждают перспективность ДБЭС и ДБЭАз как высокоэффективных пластификаторов ПВХ, сочетающих улучшенную перерабатываемость и экологическую безопасность.
Поливинилхлорид, пластификатор, азелаинат, себацинат, реология, расплав, вязкое течение, энергия активации, энтропия
Короткий адрес: https://sciup.org/147253888
IDR: 147253888 | УДК: 678.049:544.23:006.354 | DOI: 10.14529/chem260212
Influence of the molecular structure of azelaic and sebacic acid esters on rheology and thermodynamics of viscous flow of PVC melts
Polyvinyl chloride (PVC) remains one of the most sought-after polymers. Plasticizers play a key role in making PVC flexible, elastic, and processable during processing. In this regard, the development and implementation of safe alternative plasticizers is an urgent task. Research and optimization of the effect of the structure of new plasticizers on the rheological and structural-viscous properties of PVC melts are critically important for creating environmentally friendly, high-tech compositions with specified performance characteristics and improved processing parameters. The paper presents the synthesis and rheological evaluation of symmetric esters of azelaic and sebacic acids and ethoxylated butanol and phenol as PVC plasticizers. Esters dibutoxyethylazelate, dibutoxyethylsebacate, diphenoxyethylazelate, and diphenoxyethylsebacate have been found to provide a higher melt flow rate (MFI) compared with industrial dioctyl phthalate (DOP). DBES demonstrated the greatest efficiency. The structure of the plasticizer has a key influence on rheology: the lengthening of the dicarboxylic acid chain and the use of a linear alkyl fragment (butyl) instead of a volumetric aromatic one (phenoxyl) significantly increase the MFI due to better flexibility of the molecules. Thermodynamic analysis of the viscous flow revealed the dominance of the enthalpy barrier (ΔH) in the activation energy (Eₐ ≈ ΔH) associated with overcoming the dipole-dipole interactions of PVC. The observed maximum ΔH at ~165 °C is explained by a change in the molecular mechanism of the flow: from the local movement of segments to a cooperative restructuring with the destruction of temporary structures (entanglements, plasticizer clusters) in the intermediate range, requiring high energy consumption. The results confirm the prospects of DBES and DBEAz as highly effective PVC plasticizers combining improved workability and environmental safety.
