افزودنی: نرم‌کننده‌ها و نرم سازها (Plasticizers

از نظر جرم معمولاً فراوان‌ترین افزودنی هستند

این ترکیبات چرب مانند، اما غیر فرار، به پلاستیک‌ها برای بهبود انعطاف‌پذیری کمک می‌کنند، زیرا بسیاری از پلیمرهای آلی در موارد دیگر برای کاربردهای خاص سخت هستند.

این مواد علاوه بر صنعت پلیمر در بتون و سیمان نیز کاربرد دارد. نرم‌کننده‌های پلاستیک‌ها معمولاً از دستهٔ فتالات‌ها هستند که انعطاف‌پذیری و دوام پلاستیک را افزایش می‌دهند. عملکرد این مواد به این صورت است که با قرار گرفتن بین مولکول‌های مواد پلیمری فضاهای خالی را افزایش داده و موجب پایین آمدن دمای ذوب کریستالی و در نتیجه نرم‌تر شدن پلیمر می‌شود.

عمل آلیاژ کردن نرم سازها با برخی پلیمرها از همان روزهای اول صنعت پلاستیک وقتی الکساندر پارکس، پارکزین را معرفی کرد انجام می‌شده‌است. وقتی اولین مرتبه به کار گرفته شدند، اساساً به عنوان جداکننده مولکولهای پلیمر عمل می‌کردند. طبعاً انرژی کمتر جهت چرخش پیوند مولکولی لازم بود و پلیمرها در دمای پایین‌تر از دمای تجزیه‌شان قابلیت جریان داشتند. بعدها دریافتند که نرم سازها دو نقش دیگر هم ایفا می‌کنند، کم کردن گرانروی مذاب و تغییر خواص فیزیکی محصول مانند افزایش نرمی و انعطاف‌پذیری و کاهش دمای انعطاف سرد (دمایی که زیر آن آمیزه پلیمر انعطاف‌پذیری خود را از دست می‌دهد)

به عبارت دیگر تعریف نرم‌کننده یا پلاستی‌سایزر عبارت است از ماده‌ای که در ترکیب با ماده دیگر (عموماً پلاستیک یا الاستومر) منجر به افزایش انعطاف می‌شود. حضور نرم‌کننده می‌تواند باعث کاهش دمای انتقال شیشه‌ای، ویسکوزیته مذاب و مدول الاستیک شود.

امروزه از نرمسازها در بسیاری از پلیمرها مانند پلی وینیل استات، پلیمرهای آکریلی، سلولز استات و مهمترین همه پلی وینیل کلراید PVC)) استفاده می‌شود. بیشترین بازار مصرف نرم‌کننده در صنایع پلیمری (حدود۸۰درصد) متعلق به صنعت پی‌وی‌سی است. استفاده از مقادیر کم نرم‌کننده در فرمولاسیون پی‌وی‌سی موجب کاهش دمای فرایند و ممانعت از تخریب حرارتی آن می‌شود. از طرف دیگر این افزودنی به دلیل ایجاد انعطاف‌پذیری یکی از اجزای اصلی فرمولاسیون پی‌وی‌سی نرم به‌شمار می‌رود. مقادیر کم کمتر از (15Phr) نرم‌کننده با نفوذ میان زنجیرها و جلوگیری از ارتعاش و حرکت مولکولی خاصیت ضد نرم‌کنندگی مشاهده می‌شود. در این مقادیر نرم‌کننده، افزایش مدول و استحکام کششی و کاهش ازدیاد طول در نقطه شکست و استحکام ضربه مشاهده می‌شود. همچنین در مقادیر بسیار بالای نرم‌کننده بیشتر از (90Phr) تغییرات خواص مکانیکی با تغییر میزان نرم‌کننده بسیار ناچیز است. در غلظت میانی نرم‌کننده (20-80Phr) ساختار شیمیایی نرم‌کننده نقشی تعین کننده بر سهولت فرایندپذیری پی‌وی‌سی دارد.

می‌دانیم که نرم سازها در اصل حلالهای غیر فرار هستند. در نتیجه می‌بایست از پارامترهای انحلال پذیری نزدیک به پارامترهای انحلال پذیری پلیمر و وزن مولکولی دست کم ۳۰۰ برخوردار باشند. در صورتی که پلیمر یا نرمساز متمایل به تبلور باشند، طبعاً نیاز به برخی برهم کنش‌های ویژه میان پلیمر و نرم ساز خواهد بود.

از موارد خاص قابل توجه این است که وقتی دو نرمساز با وزن مولکولی و پارامتر انحلال پذیری یکسان، با پلیمر آلیاژ شوند، آمیزه‌هایی با خواص بسیار متفاوت بدست می‌آید. تفسیرهای زیادی در این خصوص پیشنهاد شده که رایج‌ترین آنها فرضیه قطبیت و فرضیه پیوند هیدروژنی است.

در فرضیه قطبیت نرم سازها به عنوان فضاگیر عمل نمی‌کنند بلکه با مولکولهای پلیمر اتصال برقرار می‌کنند، گرچه این اتصالات احتمالاً موقتی باشند. گفته می‌شود در این حالت برهم کنش دوقطبی میان یک گروه قطبی از مولکول پلیمر مانند اتم کلری که بخشی از دو قطبی کربن – کلر را تشکیل می‌دهد و یک گروه قطبی از نرمساز نظیر یک گروه استر اتفاق می‌افتد. در جایی که بین نرم ساز یا تعدادی مولکولهای بیشتری اتصال برقرار شود، شکلی از اتصالات عرضی قطبی اتفاق می‌افتد.

برخی مولکولها نه تنها حاوی گروه‌های قطبی اند بلکه شامل گروه‌های قطبش پذیز مثل حلقه‌های بنزنی هستند که اتصال قطبی را تقویت می‌کنند؛ بنابراین طیفی از نرمسازها با درجات مختلف قطبیت و قطبش پذیری در دست خواهد بود. در اثر همین تفاوت هاست که اثرات متفاوتی از دو نرمساز تری تولیل فسفات و دی اکتیل سباسات در PVC دیده می‌شود. اولی شدیداً قطبی و بسیار قطبش پذیر بوده و دومی از قطبیت کمتری برخوردار است. اتصال قویتر فسفات بر روی اثر فضاگیری نرمساز تأثیر می‌گذارد به طوری که آمیزه‌های حاصل از مدول و سختی بیشتر و در دمای انعطاف سرد بالاتری در مقایسه با آنچه که از اثر فضاگیری تنها انتظار می‌رود برخوردار می‌شوند. در مورد PVC هیدروژن برروی کربن چسبیده به کلر، فعال بوده به طوری که مولکول پلیمر به عنوان یک پروتون دهنده عمل می‌کند.