塑料添加剂及其作用与应用

在塑料成型过程中所需要添加的各种辅助化学物质称为添加剂或助剂。加入添加剂的目的是为了改善塑料成型加工性能和制品使用性能，还可以降低成本。

（一）增塑剂

能降低树脂的熔融温度或熔体黏度，从而改善其成型加工性能，并能增加产品柔韧性、耐寒性的一类物质称为增塑剂。

增塑剂可分为非极性增塑剂和极性增塑剂。非极性增塑剂的主要作用是通过聚合物-增塑剂间的溶剂化作用，增大聚合物分子间的距离，减小大分子之间的相互吸引力。极性增塑剂对极性聚合物的增塑作用在于增塑剂的极性基团与聚合物分子的极性基团相互作用，代替了聚合物极性分子间的作用，从而削弱了大分子间的作用力。

增塑剂通常是对热和化学试剂都很稳定的一类有机化合物或聚合物，它们一般是在一定范围内能与聚合物相容而又不易挥发的液体；少数是熔点较低的固体。

增塑剂的常用品种有以下几类：

（1）苯二甲酸酯类：常用品种包括邻苯二甲酸二丁酚和二辛酯等。这类增塑剂的优点是可使材料保持良好的绝缘性和耐寒性。

（2）磷酸酯类：常用品种有磷酸三甲酚酯、磷酸三酚酯和三辛酯。这类增塑剂的特点是可以使材料保持良好的耐热性，但耐寒性却较差，且该类增塑剂有毒性。

（3）己二酸、壬二酸、癸二酸等的二辛酯类：这类增塑剂可以使材料具有较好的耐寒性，但耐油性却较差。

在现有塑料品种中，使用增塑剂最多的塑料品种是聚氯乙烯、聚乙酸乙烯、丙烯酸酯类塑料和纤维素塑料，其中聚氯乙烯塑料的用量最大，占增塑剂总产量的80%以上。

（二）稳定剂

塑料在成型加工过程或长期使用和存储过程中，会因各种外界因素（如光、热、氧、射线、细菌和霉菌等）作用而引起降解或交联，并使塑料性能变坏而不能正常使用。为了防止和抑制这种破坏作用而加入的物质统称为稳定剂。

1.热稳定剂其中能改善树脂的热稳定性，抑制其热降解、热分解的助剂称为热稳定剂。常用的热稳定剂种类有盐基铅盐热稳定剂（这类热稳定剂的优点是长时间耐热性优、耐候性优，且价廉；缺点是毒性较大，在树脂中的相容性和分散性较差）、金属皂类热稳定剂（这类热稳定剂的优点是除本身起热稳定作用外，还可对材料起润滑作用）和有机锡化合物热稳定剂（这类热稳定剂的优点是可使塑料制品保持良好的透明性、突出的耐热性，并可与金属皂类热稳定剂产生协同效应，缺点是价格较贵）。

2.光稳定剂在稳定剂中，能改善塑料的耐日光性，防止或降低日光中紫外线对塑料产生破坏的助剂统称光稳定剂。

光稳定剂按其性质可分为以下3类：

（1）紫外光屏蔽剂：这种光稳定剂也称遮光剂，其作用是可以吸收或反射紫外光，使塑料制品免受或减小紫外线的损害，这是材料抗紫外线的首道防线。这类光稳定剂的主要品种是TiO2、ZnO等无机颜料，无机填料和炭黑。

（2）紫外线吸收剂：这是光稳定剂的主体，可以强烈地吸收紫外线，使光能以热能的形式放出，大大减小对材料的损害。这是抗紫外线的第二道防线。这类光稳定剂的主要品种有水杨酸酯类，二苯甲酮类和丙三唑类等。

（3）紫外线淬灭剂：这类光稳定剂的作用是扑灭紫外线的活性。当射向塑料制品的紫外线尚未被一、二道防线的光稳定剂全部反射和吸收时，剩余部分被材料吸收，使材料中的树脂分子激发为“受激态”，加入材料配方中的这类光稳定剂可以从受激的树脂分子中迅速吸收能量，使之回到低能的稳定状态，将其“淬灭”。

3.抗氧化剂在稳定剂中，除热稳定剂和光稳定剂外还有抗氧剂，它能够延缓或抑制树脂氧化降解，抑制其性能劣化。

抗氧剂按作用机理分有三大类：链终止剂、过氧化物分解剂和金属离子钝化剂。另一种常用的分类方法是按抗氧化剂的化学结构分类，大致可分为：酚类（含单酚、双酚、三酚、多酚、对苯二酚和硫代双酚等）、胺类（含萘胺、二苯胺、对苯二胺和喹啉衍生物）、亚磷酸酯类、硫酯类和其他。

（三）填充剂（填料）

为了提高塑料制品的物理-力学性能或赋予制品某种特殊性能，同时也提高加工性能，减少树脂单耗或降低成本而加入的物质称为填充剂。表10-3为常用填充剂种类、来源及其作用。(www.xing528.com)

表10-3　常用填充剂种类、来源及其作用

为了改善填料在塑料中的分散状况，使成型加工过程更为方便、清洁等，除了在生产的配料或成型加工现场直接添加填料外，也有在填料中加入少量树脂及其他助剂，做成粒状的填料含量极高的“填充母料”出售，只需要在使用的树脂粒料中均匀混入一定量的填充母料即可。

（四）增强剂

添加到树脂中使其物理-力学性能得到提高的材料称为增强剂。它实际也是一种填充剂，由于性能上的差别和近年来得到了较大的发展，因此特将其单列一类。

增强剂有纤维类和非纤维类两种。纤维类增强剂具有更明显的增强效果，大量用于各种塑料制品，例如环氧树脂、不饱和聚酯等与玻璃纤维或织物制成的玻璃钢。其中玻璃纤维以提高拉伸强度著称，价格便宜，应用最普遍。过去石棉纤维被作为优良耐热材料以前应用也较多，但对人体有害，已逐渐禁用。近年来有一些高性能纤维，如碳纤维，芳纶加入增强纤维材料的行列，在宇航、化工、耐高温等方面具有重要意义。

值得注意的是作为增强材料的纤维往往与树脂的亲和性小，要对其进行表面处理，如用硅烷偶联剂对玻璃纤维进行处理以改善其与树脂的亲和性，这样更能发挥纤维的增强效果。

（五）阻燃剂

大多数塑料是可燃烧的，能够增加塑料等高分子材料耐燃烧性能的物质统称为阻燃剂。含有阻燃剂的塑料大多数是自熄性的，也可以是难燃的或不燃的。

阻燃剂通常分为添加型和反应型两大类。添加型阻燃剂有磷酸盐、卤代烃和氧化锑等。它们在塑料成型时加入，使用方便，适应面广，一般适用热塑性塑料。但对塑料的物理-力学性能有影响，因此用量必须适当。反应型阻燃剂主要有卤代酸酐和含磷多元醇等。它们在聚合物制备过程中加入，作为一个组分参加反应而成为聚合物分子链的一部分，从而赋予塑料阻燃性，且主要用于热固性塑料。反应型阻燃剂对制品性能影响小、阻燃性持久。

目前，阻燃剂的发展方向是低卤或无卤、低烟、高效、低毒、廉价。水合氧化铝是一种无味、无毒、廉价的无机阻燃抑烟剂。复合型阻燃剂也能满足这方面的要求，如三氧化二锑与有机或无机阻燃剂并用，能产生阻燃的协同效应，可降低PVC、PE、PS的烟雾。

（六）着色剂

为使制品获得各种鲜艳夺目的颜色，增进美观而加入的一种物质称为着色剂。着色剂常为油溶性的有机染料和无机颜料。塑料着色中使用的染料，多数属于还原染料和分散染料。颜料通常为一种有色材料，调和于展色剂（油或树脂）中，调制成油墨、油漆，可涂布于塑料表面，进行表面着色；也可以细微颗粒状混合于塑料中作为着色剂。颜料一般使物体表面着色，很少深入物体内部，而且制品着色后不透明，但其耐热性较染料高。聚氯乙烯着色剂基本上是采用无机颜料（除氧化铁红有降解作用之外，其余几乎都能采用）或有机颜料（主要是偶氮颜料和酞菁颜料）；聚乙烯，聚丙烯采用的着色剂，一般为无机颜料和有机颜料的酞菁系等；某些染料如士林蓝RSM、还原黄4GF等也常在聚烯烃中应用。聚苯乙烯着色性很好，一般的颜料和染料都适用。所有着色剂应在加工过程中稳定不变，与塑料的亲和力强，容易着色，耐光、耐热性好，且不与其他添加剂作用等。

（七）润滑剂

为改进树脂熔体的流动性能，减少或避免对设备的黏附摩擦作用，使制品表面光洁，而加入树脂中的一类助剂称为润滑剂。一般聚烯烃、聚苯乙烯、聚酰胺、ABS、聚氯乙烯和醋酸纤维素在成型过程中都需要加入润滑剂，其中尤以聚氯乙烯最为重要。通常把润滑剂分为内润滑剂和外润滑剂。内润滑剂与聚合物要有一定的相容性，其作用在于减少聚合物分子间的内摩擦。常用的内润滑剂有硬脂酸及其盐类、硬脂酸丁脂、硬脂酰胺、油酰胺等。外润滑剂与聚合物的相容性很小，在成型过程中，易从内部析出而黏附于与设备接触的表面，形成一层润滑层，防止树脂熔体对设备的黏附。这类润滑剂有硬脂酸、石蜡、矿物油和硅油等。二者的区别仅在于与聚合物的相容性不同。实际上“内润滑剂”和“外润滑剂”也只是相对而言，有不少润滑剂兼有内、外润滑两种作用，仅少数只有单一性质。例如，硬脂酸钙作为聚氯乙烯润滑剂，既有外润滑性质，也有内润滑性质。另外很多润滑剂不仅有润滑作用，而且像其他金属皂类一样，还有稳定作用。

（八）抗静电剂

抗静电剂是添加到塑料中或涂覆在塑料制品表面，以防止制品的静电危害的一类化学助剂。抗静电剂的作用是将体积电阻高的塑料表面层的电阻率降低到1010Ω·cm以下，从而降低塑料在成型加工和使用过程中的静电积累。

一般高分子材料的体积电阻率都非常高，在1010～1020Ω·cm范围内，是良好的电绝缘材料，但在用作非电气绝缘材料时，其表面一经摩擦就容易产生静电。由高分子材料的静电所引起的静电放电，静电引力（或斥力）以及触电等危害，会妨碍生产的顺利进行，并且影响到塑料制品的使用价值。因此，在实际使用中需要消除静电的危害。

防止静电危害的方法一方面是减轻或防止摩擦以减少静电的产生；另一方面是使已产生的静电尽快泄漏掉，防止静电大量积累，泄漏静电的方法之一就是使用抗静电剂。

抗静电剂主要有胺的衍生物、季铵盐类、磷酸酯类和聚乙二醇酯类。这类物质既有微弱的电离性，又有适当的吸水性，为其提供导电能力。此外，导电填料（如炭黑、石墨、金属粉或镀金属的纤维）也可作为抗静电剂使用。

（九）其他助剂

为了抵御或避免塑料制品在储存和使用过程中遭受老鼠、昆虫、细菌等的危害而加入的物质称为驱避剂，如有机锡类，抗菌素类等；为了生产泡沫塑料制品，而加入的固体、液体或气体等物质称为发泡剂；为了免除农用薄膜因水汽凝结而出现雾层而加入的木糖醇酯类物质为表面活性剂；还有满足其他功能和用途的助剂等。