塑胶添加剂

为了使生产的塑胶符合要求的一些特性、符合经济的需求，一定都会加入或多或少‘添加剂’。塑胶添加剂有很多种，有润滑剂、氧化防止剂、热稳定剂、强化剂等等。部分原料必须加入添加剂才能做的出塑胶成品。

早在聚合物工业（The Polymer Industry）发展的早期，人们就已经知道把一些添加剂加到聚合物结构（Polymer Matrix）中，以得到某些产品，最初把这种过程叫掺和（Compounding。）

## 帮助加工的添加剂

### 加工安定剂

当聚合物在加工或以后使用时曝露在光、热及氧化状态下，它将会变质，包括物理性变坏、较脆、退色，或者透明度降低。为了抑制或减缓这些变质的劣化作用而在加工时添加进去的化学品，所以统称为安定剂（Stabilizers）。虽然并不能永久阻止光、热及氧化对聚合物的影响，不过他却能将变质的程度加以阻止或减缓，而使产品可以合乎商业上的要求。

安定剂的种类繁多，大约分类为铅盐系安定剂、金属皂系安定剂、锡安定剂、钙锌安定剂、有机锡安定剂。

### 润滑剂、加工及流动助剂

改善塑胶的流动性，提高射胶速度、模具型腔的充填性，降低产品粘结模具，提高产品表面光滑。

- 内润滑性：减少螺杆作用在塑胶熔体的工，产生热消耗的现象。
- 外润滑性：增加流速、帮助产品表面平滑以及帮助脱模。

### 塑胶填充剂

塑胶广泛使用的副材料。可以减轻成形收缩、减低成本等，有时也把这些填充料特称为基材。

材料通常为：

- 增加塑胶的强度：玻璃纤维、石棉纤维、碳纤维、硼纤维。
- 增加其耐摩耗性：二硫化铜。
- 电气性质：云母。
- 耐热性：石绵。
- 增加硬度：硅石、硅酸盐、碳酸钙、金属氧化物、碳黑、玻璃珠、木粉。

### 增韧剂

增韧剂（toughener），是一种化学品，加入塑胶之后能有效提高制品的抗冲强度、韧性、拉伸强度及耐曲折性，降低产品的制造成本的一种助剂。

增韧剂又分为“一般增韧剂”和“氯化物增韧剂”和“石油系增韧剂”，其中一般增韧剂使用上为多数，氯化物增韧剂和石油系增韧剂主要是了降低成本目的而添加；单独使用地方很少。

## 表面性质的添加剂

### 抗静电剂（防止带电）

为防止塑胶带电，可减少发生电荷，或使发生的电荷迅速消失，实际上很难完全防止电荷的发生，所以通常加速电荷的消失，防止带电。有以下方法：

- 使用除电器或增加室内空气湿度

除电器通常用电晕放电式，进行直流电或交流的电晕放电，以相反的离子中和塑胶表面电荷。

- 表面处理法，改善塑胶的表面传导性

物体表面若有电传导性，表面发生的静电不累积，可以防止带电。目前大都以浸渍、喷雾、涂布方式，使静电防止剂附着在表面，防止带电，但因容易洗净摩、擦等而剥离，失去其机能。

- 添加静电防止剂。

把静电防止剂添加在塑胶原料内，静电防止剂也会因塑胶内部的静电防止剂渗出而回复。

电荷的衰退速率是依下列对数法则：

$$\log_\theta\frac{Vt}{Vo}=-0.434\frac{t}{RC}$$

## 光学性质的添加剂

### 光泽度

物体表面光泽度是光波平滑的表面反射的结果，表面平滑的大颗粒由于有内反射作用，使得表面像是珠宝。

光泽度（Gloss）可定义成在某特定反射角（Wr）时的反射光强度的比值。

$$G =\frac{[Ir]Wr}{Ii}$$

实用上，Wr 皆采用45度。

光谱色｜波长（毫米）｜光谱色｜波长（毫米）

红｜750－610｜绿｜550－510

橙｜610－590｜蓝绿（靛）｜510－480

黄｜590－575｜蓝｜480－450

黄绿｜575－555｜紫｜450－400

### 着色剂

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着色剂又称色料，它赋予塑胶制品各种色泽。着色剂分为染料和颜料两种。

基本上有四种方式：

- 直接使用有颜色的塑料。
- 使用自然色的塑料混合颜料粉末染料。
- 使用自然色的塑料混合颜料液体染料。
- 使用自然色的塑料混有色母料。

颜色可以是不透明的，如果聚合物是透明的，会呈现半透明的颜色。重要的是，色粉（母）供应商知道如何调整比例，如有发生不可回复的严重错误，可能导致客户索赔。

类别｜常见品种｜优点｜缺点｜适用树脂｜耐热性｜耐候性｜说明｜常见例子

有机色料｜偶氮红、酞菁蓝、喹吖啶酮红、蒽醌黄｜色彩鲜艳、透明度高、着色力强｜耐热、耐光性较差（视种类）、部分对酸碱敏感｜PE、PP、PS、PMMA、PC、PA（需选耐热型）｜中等（150–300 ℃）｜中等至低｜分子结构含碳，色彩鲜艳，透明度高，但耐热、耐候性通常较差｜偶氮染料、酞菁蓝、喹吖啶酮红

无机色料｜二氧化钛（白）、氧化铁（红/黄/黑）、铬黄、群青蓝｜耐热、耐光、耐候性好，不透明度高、化学稳定性佳｜色彩较沉稳、不透明、着色力低于有机色料｜几乎所有热塑性、热固性塑胶｜高（>300 ℃）｜高｜矿物或金属氧化物，耐热、耐候性好，不透明度高，但色彩不如有机鲜艳｜二氧化钛、氧化铁、铬黄、群青

金属粉末色料｜铝粉（银色）、青铜粉（金色）、铜粉｜金属光泽效果佳、遮盖力强｜易氧化变色、耐候性差、加工需防火｜PS、ABS、PP、PE、PVC（需表面处理以提高分散）｜中高（200–300 ℃）｜低至中等｜用金属或合金粉末着色，有金属光泽效果｜铝粉、铜粉、青铜粉

珠光色料｜云母钛珠光粉、氧化铁珠光粉｜珍珠光泽、透明或半透明效果，可与其他颜料混用｜着色力弱、需要透明或半透明基材效果最佳｜PS、PMMA、PET、PP（透明级）｜高（>300 ℃）｜高｜具有珍珠光泽或彩虹色效果｜云母钛珠光粉

### 成核剂

有助于塑胶材料的白色光透过性的添加剂数量仍然有限，它们的作用在于助长晶核的数量并降低晶核的平均大小，这种称之为成核剂（Nucleating Agents）。

## 稳定剂

稳定剂，是能够防止或者抑制两种以上化学药品进行反应的化学药品，与催化剂的功能相反。常见的稳定剂包括：抗氧化剂（可以防止不必要的氧化作用）及塑料紫外线稳定剂（可防止特别是塑材因紫外线照射产生影响）。

### 抗氧化剂

聚合体中键能（Bond energy）较弱部位，在热、光或氧的作用下，容易发生断裂，生成活泼的自由基和氢过氧化物。引起连锁反应使分子链断裂或形成链交联，塑胶的强度因此降低或变脆，失去其应用价值，抗氧化剂的作用是防止或延缓塑胶因氧化而分解。

类别｜作用机理｜常见品种｜特点

主抗氧化剂（Primary Antioxidants）｜捕捉自由基，终止链式反应｜受阻酚类（BHT, Irganox 1010）、芳香胺类｜对加工与使用期都有保护作用，耐久性好

辅助抗氧化剂（Secondary Antioxidants）｜分解氢过氧化物，防止其分解产生自由基｜磷酸酯类（Irgafos 168）、硫代酯类｜在加工初期特别有效，与主抗氧化剂并用效果佳

加工安定剂（Processing Stabilizers）｜抑制加工高温瞬间的氧化分解｜磷酸盐、特定金属皂｜短时间高温保护，对长期老化影响较小

光安定剂（HALS、UV 吸收剂）｜阻挡或吸收紫外线，抑制光氧化｜苯并三唑类、受阻胺类｜常与主抗氧化剂配合用于户外塑胶

### 抗老化添加剂

又称为防老剂，老化（Ageing），可定义成物质受大气中的辐射、温度、氧气、水等单一或混合影响而劣化的过程。

虽然外来的机械应力等也会造成物质的退化或毁坏，但习惯上是用老化这个名词来表示物质中的化学性质已经改变。

ROOH→RO+OH

波长（毫米）｜辐射能量（kJ/einstein）｜键型｜键强度（KJ/莫耳）

290｜418｜C－H｜355－418

300｜397｜C－H｜314－335

C－H｜314－335

350｜340｜C－Cl｜293－360

400｜297｜C－N｜250－272

注：

- 1 einstein = 6 X 1023 光子；1KJ = 1000 焦耳

- 其他置换会影响到键的强度，像在酰胺中的 C－N 键能使交单纯的 C－N 键降低约 200 KJ/mole。

### 抗紫外线剂、紫外线吸收剂（UV Protecting Agents）

大气中的辐射包括紫外线（UV）、可见光、和红外线（IR），其中紫外线对塑胶的损害最大。

要保护塑胶不受紫外线伤害，得添加能降低有害辐射能量的添加剂，所添加的抗紫外线添加剂必须能吸收紫外线而不至于分解或者继续劣化。

### 硬化剂

也有人称作固化剂、固化剂催化剂、固化剂促进剂。不同材料系统的硬化剂种类与作用原理不一样。

硬化剂的目的是在促进或控制塑胶硬化。

树脂系统｜常用硬化剂｜特性与说明

环氧树脂 (Epoxy)｜多元胺类（如 TETA、DETA）、酸酐类、改性胺｜胺类反应快，适用常温固化；酸酐类需加热，耐热性好

不饱和聚酯树脂 (UP)｜有机过氧化物（如 MEKP、BPO）＋促进剂（钴盐）｜MEKP 常温固化，适用 FRP、铸件

聚氨酯 (PU)｜异氰酸酯 (MDI、TDI、HDI)｜与多元醇反应形成交联 PU

酚醛树脂 (PF)｜六亚甲基四胺 (Hexamine)｜加热释放甲醛进行交联固化

硅树脂｜铂催化剂、缩合型固化剂（如乙烯基硅烷）｜用于耐高温或电子封装

### 抗冲击剂

抗冲击剂（antiimpact agent）是能改进脆性高分子材料冲击性能的助剂的统称。又称为冲性改性剂（impact modifier）、抗冲改性剂、增韧剂。

举例：

不同脆性高分子材料需用不同的抗冲击剂。

- 聚氯乙烯常用ABS、MBS、氯化聚乙稀、EVA、丁腈橡胶、丙烯酸系树脂等。
- 聚丙烯多用EVA、丁腈橡胶、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、乙丙橡胶等。
- 聚苯乙烯常用丁腈橡胶、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物等。
- 近年又发现苯乙烯-丙烯腈共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯等刚性聚合物能很好的提高抗冲击强度。

## 其他

### 发泡剂

利用添加适量的发泡剂，将塑胶加工成内部多孔性结构，致所得成品密度低于原本。应用相当广泛常见于保丽龙板（聚苯乙烯）、发泡塑胶的制造有两种基本方法：物理发泡法和化学发泡法。这些方法都有一个共通点；它们把要发泡的成分导入液状或特定黏度的塑胶。发泡体的形状都得加入发泡剂（意指任何固、液、气体或相互混合的物质，可以产生胞状室结构者）。

### 防焰剂

所有聚合体在燃烧时皆会破坏其化性并产生挥发物。聚合体由于氧化和吸收辐射能皆会产生热解（Pyrolysis），温度升高产生挥发物，聚合体本身无法防火，因此唯一的可能是降低其着火的可能性。具备降低着火可能即火焰生长的添加剂称之为防焰剂（Fire Retardant）或称防火阻燃剂、滞燃剂。

### 塑化剂

塑化剂（英语：Plasticizer），或称增塑剂、可塑剂，是一种增加材料的柔软性或是材料液化的添加剂。

### 环境可分解塑胶添加剂

环境可分解塑胶添加剂，或称完全可分解塑胶添加剂，(Totally Degradable Plastics Additives, TDPA)。

## 健康危害

一般法律的要求相当严格，同时这也是制造者在道德和良心上必须重视的问题。

## 参考资料

### 书目

- 《塑胶物性入门：成型加工技术参考》，陈世春 译，复汉出版社
- 《塑胶射押出加工技术培训班-(三)塑胶添加剂》，林伟华等编著，财团法人塑胶工业技术发展中心
- 《塑胶e学苑-加工技术知识库 (IKE) 第 2003-01 期》，财团法人塑胶工业技术发展中心，2003年8月6日
- 《塑胶添加剂手册》，化学工业出版社，2005年3月日