Объяснение DINP-диизононилфталата: что это такое, как он используется и что вам следует знать

Что такое ДИНФ (диизононилфталат)?

ДИНФ, или диизононилфталат, представляет собой высокомолекулярный эфир фталевой кислоты, используемый в основном в качестве пластификатора — вещества, добавляемого в полимеры, чаще всего в поливинилхлорид (ПВХ), чтобы сделать их более гибкими, долговечными и простыми в обработке. Его полное химическое название — диизонониловый эфир 1,2-бензолдикарбоновой кислоты, и он имеет номер CAS 28553-12-0 (смешанные изомеры) или 68515-48-0 для смешанной формы коммерческого качества. Молекулярная формула C ₂₆ H ₄₂ O ₄ , а его молекулярная масса составляет примерно 418,6 г/моль.

При комнатной температуре ДИНФ представляет собой прозрачную или слегка желтоватую маслянистую жидкость с очень низкой летучестью и минимальной растворимостью в воде. Эти физические характеристики имеют решающее значение для его полезности: низкая летучесть означает, что он не испаряется быстро из готовой продукции, а его совместимость с ПВХ на молекулярном уровне позволяет вводить его при высоких уровнях нагрузки - иногда превышающих 50 частей на сто смолы (phr) - без поседения или миграции на поверхность при нормальных условиях использования. Это один из наиболее широко производимых пластификаторов в мире, мировое потребление которого измеряется сотнями тысяч метрических тонн в год.

Как ДИНФ действует как пластификатор в ПВХ

Чтобы понять, почему DINP Диизононилфталат настолько широко используется, что помогает понять, что на самом деле делают пластификаторы на молекулярном уровне. Непластифицированный ПВХ (НПВХ или жесткий ПВХ) — это хрупкий и твердый материал, который может треснуть или разбиться во многих реальных условиях использования. Когда пластификатор, такой как ДИНФ, смешивается с ПВХ во время обработки, его молекулы внедряются между полимерными цепями, увеличивая свободный объем между цепями, уменьшая межмолекулярные силы и снижая температуру стеклования (Tg) материала. В результате получается гибкое, эластичное соединение, которое можно сгибать, растягивать и сжимать, не разрушая.

DINP классифицируется как пластификатор общего назначения, то есть он надежно работает в широком диапазоне температур и условий обработки, не требуя специального обращения. Он совместим с широким спектром вторичных стабилизаторов, наполнителей и пигментов, используемых в рецептурах ПВХ, что делает его универсальным для разработчиков рецептур. Его относительно высокая молекулярная масса по сравнению с более старыми фталатными пластификаторами, такими как ДЭГФ (диэтилгексилфталат, молекулярная масса ~ 390 г / моль), способствует более низким скоростям миграции в готовых продуктах и ​​более низкому давлению паров во время обработки, что снижает воздействие на рабочих переносимого по воздуху пластификатора во время производства.

Ключевые физические и химические свойства

Первичное промышленное применение диизононилфталата

Пластификатор DINP встречается в чрезвычайно широком спектре готовой продукции в строительной, автомобильной, потребительской промышленности, а также в проволочной и кабельной промышленности. Сочетание производительности, технологичности и экономической эффективности делает его предпочтительным выбором для многих применений гибкого ПВХ, где требуется длительный срок службы и хорошие механические свойства.

Изоляция и оболочка проводов и кабелей

Одним из крупнейших конечных применений DINP является производство проводов и кабелей. Гибкая изоляция и оболочка из ПВХ, пластифицированная DINP, обеспечивают необходимую гибкость для сгибания, прокладки и установки кабелей без растрескивания, а также обеспечивают хорошие электроизоляционные свойства, огнестойкость в сочетании с соответствующими системами стабилизаторов и устойчивость к тепловому старению в течение десятилетий. срок службы. В строительных проводах, бытовых шнурах, автомобильных жгутах проводов и телекоммуникационных кабелях обычно используются соединения ПВХ, пластифицированные DINP.

Напольные и настенные покрытия

Виниловые полы, в том числе роскошная виниловая плитка (LVT), виниловая композитная плитка (VCT), листовой винил и ковровое покрытие на виниловой основе, в значительной степени зависят от DINP в качестве пластификатора как в слое износа, так и в слоях основы. Пластификатор должен оставаться стабильным и немигрирующим в течение 10–30 лет срока службы напольного покрытия, противостоять извлечению пластификатора чистящими средствами и воском для полов, сохранять гибкость в широком диапазоне температур. DINP хорошо отвечает всем этим требованиям и поэтому доминирует в этом сегменте приложений. В виниловых обоях также используются составы ПВХ, пластифицированного DINP.

Автомобильные внутренние компоненты

Автомобильный сектор является основным потребителем диизононилфталата, особенно для компонентов внутренней отделки, включая приборные панели, дверные панели, материалы сидений и жгуты проводов под капотом. Гибкий ПВХ автомобильного класса должен сохранять свою гибкость и внешний вид при экстремальных перепадах температур — от -40°C при зимнем хранении до более 100°C внутри припаркованного автомобиля летом — без растрескивания, запотевания лобового стекла из-за выделения газов или выделения неприятных запахов. Низкое давление пара и высокая молекулярная масса DINP делают его значительно более подходящим для внутреннего применения в автомобилях, чем пластификаторы с более низкой молекулярной массой.

Ткани с покрытием и искусственная кожа

Ткани с ПВХ-покрытием, используемые в обивке мебели, морских чехлах, навесах, брезентах и модных аксессуарах, обычно пластифицируются DINP при загрузке 50–80 частей на час для достижения желаемой мягкости и драпируемости. Покрытие должно оставаться эластичным и не иметь трещин в течение многих лет сгибания, воздействия ультрафиолета и очистки. Ткани с пластифицированным DINP-покрытием также хорошо воспринимают текстуру поверхности во время каландрирования, что позволяет производителям создавать на материале убедительные текстуры кожи и другие виды отделки поверхности.

Другие известные приложения

• Садовые шланги и трубки для орошения: DINP обеспечивает гибкость и устойчивость к ультрафиолетовому излучению, необходимые для труб из ПВХ для наружного применения, которые должны выдерживать годы эксплуатации на открытом воздухе.
• Уплотнения, прокладки и уплотнители: Соединения ПВХ, пластифицированные DINP, используются в уплотнителях окон и дверей, уплотнениях трубных соединений и уплотнениях кузовов автомобилей, где важна долговременная стойкость к остаточной деформации при сжатии.
• Пластизоли и органозоли: ДИНФ используется в качестве основного пластификатора в пластизолях ПВХ — жидких дисперсиях смолы ПВХ в пластификаторе — используемых для покрытий днища, тканевых покрытий и формованных изделий из пенопласта.
• Обувь: В подошвах и верхах сандалий, изготовленных методом литья под давлением из ПВХ, обычно используется DINP для достижения необходимой гибкости и долговечности при экономичных затратах.

ДИНФ против ДЭГФ и других пластификаторов: ключевые различия

Понимание места DINP в более широком спектре пластификаторов важно как для разработчиков рецептур, принимающих технические решения, так и для групп по закупкам, выполняющих нормативные требования. Наиболее важное сравнение проводится между ДИНФ и ДЭГФ (ди(2-этилгексил)фталат), поскольку ДИНФ получил широкое распространение в качестве замены ДЭГФ, когда ДЭГФ оказался под давлением регулирующих органов на многих рынках.

Ключевой вывод из этого сравнения заключается в том, что DINP занимает золотую середину: лучший нормативный статус и меньшая миграция, чем DEHP, производительность, сравнимая с DIDP, с немного лучшей экономикой обработки и более низкая стоимость, чем у специальных безфталатных альтернатив, таких как DINCH. Для большинства применений гибкого ПВХ общего назначения, не относящихся к высокочувствительным конечным применениям (детские игрушки, контакт с пищевыми продуктами, медицинское оборудование), DINP остается технически обоснованным и коммерчески практичным выбором на большинстве рынков.

Нормативный статус DINP во всем мире

Нормативно-правовая база для диизононилфталата значительно различается в зависимости от региона и применения. В отличие от DEHP, DBP и BBP, которые классифицируются как вещества, вызывающие очень большую озабоченность (SVHC) согласно REACH ЕС из-за репродуктивной токсичности, DINP не классифицируется как SVHC для общего использования. Однако на него распространяются особые ограничения на использование в определенных приложениях, особенно в детских товарах.

Европейский Союз (EU REACH)

В соответствии с Приложением XVII ЕС REACH (запись 51) максимальная концентрация DINP в игрушках и предметах ухода за детьми, которые могут быть помещены в рот детьми, ограничена 0,1 % по весу. Это ограничение было введено потому, что дети, глотающие мягкие игрушки из ПВХ, могут проглотить пластификатор, и, несмотря на лучший токсикологический профиль ДИНФ по сравнению с ДЭГФ, регулирующие органы применили к этой категории предупредительные ограничения. Для всех других применений в ЕС на DINP не распространяются ограничения по концентрации согласно REACH, хотя во время производства применяются стандартные рекомендации по воздействию на рабочем месте.

Соединенные Штаты

В Соединенных Штатах Закон о повышении безопасности потребительских товаров (CPSIA) 2008 года навсегда запретил DEHP, DBP и BBP в детских игрушках и предметах ухода за детьми с содержанием выше 0,1% и наложил временное ограничение на DINP, DIDP и DnOP на том же пороге в 0,1% в ожидании рассмотрения Комиссией по безопасности потребительских товаров (CPSC). После всестороннего анализа, проведенного Консультативной группой по хроническим опасностям (CHAP), CPSC определил в 2017 году, что DINP, используемый в игрушках, которые можно положить в рот детям до 3 лет, должен оставаться ограниченным на уровне 0,1%. Для всех других потребительских и промышленных применений в США не существует федеральных ограничений по концентрации ДИНФ, хотя в Предложении 65 Калифорнии ДИНФ указан как химическое вещество, известное в штате как вызывающее рак, что требует наличия соответствующих предупреждающих этикеток для продуктов, продаваемых в Калифорнии.

Другие рынки

• Китай: GB 6675 (национальный стандарт безопасности игрушек) ограничивает содержание фталатов, включая DINP, до 0,1% в игрушках, предназначенных для детей до 3 лет, и в игрушках, которые можно положить в рот. Промышленное использование не ограничено.
• Канада: Закон Канады о безопасности потребительских товаров ограничивает содержание фталатов, включая DINP, в мягких виниловых игрушках и предметах ухода за детьми до 1000 мг/кг (0,1%). Неигрушечные и промышленные применения не ограничены на федеральном уровне.
• Япония: DINP внесен в список Закона Японии о контроле за химическими веществами (CSCL) и подлежит требованиям отчетности, но не классифицируется как вещество с ограниченным доступом для общепромышленного использования. Стандарты безопасности игрушек в целом соответствуют международным нормам.
• Южная Корея: Корейские правила безопасности игрушек ограничивают содержание DINP в игрушках и товарах по уходу за детьми на уровне 0,1%, что соответствует рекомендациям ОЭСР. Корейская система K-REACH требует регистрации веществ, произведенных или импортированных в сверхпороговых объемах.

Безопасность и токсикология: что наука говорит о DINP

Профиль DINP для здоровья и безопасности тщательно изучался на протяжении нескольких десятилетий, что в основном было вызвано опасениями по поводу класса фталатных химикатов после тщательного изучения DEHP со стороны регулирующих органов. Общий вывод на основе совокупности научных данных заключается в том, что ДИНФ имеет существенно иной и более благоприятный токсикологический профиль, чем фталаты, токсичные для репродуктивной системы (ДЭГФ, ДБФ, ББФ), что является основной научной основой для его различного режима регулирования на большинстве рынков.

Репродуктивная токсичность и токсичность для развития

Наиболее серьезной проблемой для здоровья, исторически связанной с фталатными пластификаторами, были нарушения эндокринной системы, в частности, способность некоторых фталатов снижать выработку тестостерона у развивающихся плодов мужского пола, что потенциально влияет на развитие репродуктивных органов. Исследования последовательно показали, что DEHP и DBP проявляют антиандрогенный эффект на животных моделях при соответствующих уровнях доз. DINP, напротив, не продемонстрировал значительной антиандрогенной активности в стандартных протоколах испытаний на репродуктивную токсичность. Научный комитет ЕС по токсикологии (SCT) и CHAP США пришли к выводу, что DINP не демонстрирует такую ​​​​же репродуктивную токсичность, нарушающую эндокринную систему, как регулируемые фталаты, вызывающие повышенное беспокойство, поэтому он не был классифицирован как SVHC по репродуктивной токсичности в соответствии с REACH.

Канцерогенность

Исследования на животных (в основном на грызунах) с высокими дозами показали, что ДИНФ может вызывать опухоли печени у крыс и мышей при очень высоких уровнях воздействия с пищей. Однако механизм, посредством которого это происходит — пролиферация пероксисом в клетках печени грызунов — широко признан токсикологами как специфическое для грызунов явление, которое не происходит у людей по тому же пути. Международное агентство по изучению рака (IARC) не классифицировало DINP как канцероген для человека. Включение DINP в список канцерогенов в соответствии с Предложением 65 Калифорнии основано главным образом на этих данных о грызунах и применяет консервативный стандарт предосторожности, который не требует доказательств канцерогенности для человека.

Воздействие на работников и безопасность труда

Поскольку ДИНФ имеет очень низкое давление пара и низкую летучесть, воздействие в воздухе во время обработки значительно ниже, чем при использовании пластификаторов с более короткой цепью. Стандартные методы промышленной гигиены, включая местную вытяжную вентиляцию в оборудовании для смешивания и обработки, использование соответствующих СИЗ при непосредственном обращении и регулярный мониторинг воздуха, как правило, достаточны для поддержания уровня воздействия на рабочих значительно ниже пределов профессионального воздействия. В паспорте безопасности пластификатора DINP (паспорт безопасности) крупных производителей обычно указан предел профессионального воздействия TWA в течение 8 часов, равный 5 мг/м³ (в пересчете на общее количество пыли/тумана), что соответствует общим стандартам по вредной пыли.

Экологическая судьба и экотоксикология диизононилфталата

Поведение ДИНФ в окружающей среде определяется его физико-химическими свойствами: очень низкой растворимостью в воде, высокой липофильностью (log Kow ~8,8) и низким давлением паров. Эти характеристики означают, что ДИНФ, попадающий в окружающую среду, попадает в почву и отложения, а не остается в воде или воздухе. Его судьба в окружающей среде и транспортировка отличаются от более водорастворимых химических веществ по нескольким важным параметрам.

• Биодеградация: ДИНФ подвергается значительному биоразложению в почве и среде активного ила. Исследования показывают, что он в конечном итоге биоразлагаем, причем первичная деградация (превращение в метаболиты) происходит относительно быстро в аэробных условиях. Однако скорость полной минерализации варьирует в зависимости от условий окружающей среды и состава микробного сообщества.
• Водная токсичность: DINP демонстрирует низкую острую водную токсичность в стандартных тестах на рыбах и беспозвоночных: значения LC50 обычно превышают 1 мг/л — порог, которого трудно достичь в воде, учитывая его низкую растворимость. Его высокая способность связывания с отложениями и взвешенными органическими веществами снижает его биодоступность для водных организмов в реалистичных экологических сценариях.
• Биоаккумуляция: Несмотря на высокий log Kow, большой молекулярный размер ДИНФ ограничивает его проникновение через биологические мембраны. Исследования коэффициента биоконцентрации (BCF) показывают относительно низкую биоаккумуляцию в рыбе по сравнению с тем, что можно было бы предсказать только на основе log Kow, что снижает опасения по поводу биомагнификации через водные пищевые цепи.
• Почва и осадки: ДИНФ сильно сорбируется органическими веществами в почве и отложениях, что ограничивает его подвижность в окружающей среде, но также означает, что он может сохраняться в отложениях вблизи точечных источников сброса. Организмы, обитающие в отложениях (донные беспозвоночные), могут подвергаться наибольшему экологическому воздействию.

Рекомендации по обращению, хранению и безопасному использованию DINP

Для промышленных пользователей пластификатора DINP правильное обращение и хранение важны как для безопасности, так и для сохранения качества продукции. DINP представляет собой относительно малоопасный материал при нормальных условиях промышленного обращения, но стандартные передовые методы обращения с химическими веществами по-прежнему применимы.

Рекомендации по хранению

ДИНФ следует хранить в плотно закрытых контейнерах (обычно в цистернах или бочках из углеродистой или нержавеющей стали) вдали от сильных окислителей, сильных оснований и источников тепла. Рекомендуемая температура хранения составляет от 10°C до 40°C. При очень низких температурах ДИНФ может стать более вязким, что может замедлить операции перекачки и перекачки; При необходимости можно использовать мягкий нагрев (не выше 60°C) для снижения вязкости при переносе. Избегайте длительного хранения в контейнерах из ПВХ, так как пластификатор может проникнуть в стенки контейнера, что приведет к их размягчению и разрушению.

Средства индивидуальной защиты (СИЗ)

• Защита кожи: При работе с массой ДИНФ следует надевать химически стойкие перчатки (рекомендуются нитриловые или неопреновые), чтобы предотвратить длительный контакт с кожей. Хотя ДИНФ не вызывает сильного раздражения кожи, следует избегать повторного или длительного контакта.
• Защита глаз: Во время операций по перекачке и смешиванию следует надевать защитные очки с боковыми щитками или защитные очки от брызг химикатов для защиты от брызг.
• Защита органов дыхания: При нормальных условиях обработки защита органов дыхания обычно не требуется, учитывая очень низкое давление паров DINP. Однако если возможно образование тумана (например, при высокоскоростном смешивании или распылении), подойдет респиратор, закрывающий половину лица, с комбинированными картриджами органических паров и P100.
• Реакция на разлив: Разливы следует абсорбировать инертным материалом (песок, вермикулит, сухая земля) и собрать для утилизации. DINP скользкий и создает значительную опасность поскользнуться на полу. Не допускайте попадания разливов в канализацию, водные пути или почву.

Когда выбирать DINP, а когда рассматривать альтернативы

ДИНФ остается очень практичным и технически надежным пластификатором для большинства применений гибкого ПВХ общего назначения. Однако в определенных ситуациях разработчикам рецептур и разработчикам продукции следует задуматься о том, будет ли альтернативный пластификатор лучше удовлетворять их потребностям:

• Выбирайте DINP, когда вам нужен проверенный, экономичный пластификатор общего назначения для проводов и кабелей, напольных покрытий, тканей с покрытием, садовых шлангов, внутренней отделки автомобилей или промышленных профилей, где нет конкретных ограничений по содержанию фталатов и долгосрочная стабильность характеристик является приоритетом.
• Вместо этого рассмотрите DINCH или DOTP. для детских игрушек, прорезывателей, материалов, контактирующих с пищевыми продуктами, или медицинских устройств, к которым применяются меры предосторожности DINP и где покупатель, розничный торговец или регулирующий орган на вашем целевом рынке предпочитают безфталатные или альтернативные химические вещества.
• Вместо этого рассмотрите DIDP для применений, требующих очень высокой термостабильности, таких как кабели, рассчитанные на непрерывную эксплуатацию при температуре выше 90°C, где более высокая молекулярная масса DIDP обеспечивает постепенно лучшее долговременное удержание при повышенных температурах.
• Рассмотрите возможность применения пластификаторов на биологической основе. (например, ESBO, ацетилированное касторовое масло или адипаты биологического происхождения), когда позиционирование вашего бренда требует возобновляемого контента или когда ваш рынок конечного использования движется к декларациям о полностью биологических материалах. Обратите внимание, что для достижения эквивалентных характеристик DINP в гибком ПВХ часто требуется корректировка рецептуры.
• Проверка соблюдения Предложения 65 штата Калифорния перед использованием DINP в любых потребительских товарах, продаваемых в Калифорнии. Продукты, превышающие уровень «безопасной гавани», требуют предупреждений о раке в соответствии с Положением 65, чего некоторые бренды предпочитают избегать, выбирая альтернативные пластификаторы, несмотря на научные дебаты о нормативном регулировании относительно фактического риска рака для человека, вызванного DINP.