淺談塑料助劑——穩(wěn)定劑的特點(diǎn)與性質(zhì)

王荷萍，曲善蓉

（太原市塑料研究所，山西 太原 030024）

塑料在成型或貯存使用過(guò)程中，在各種外界（如光、熱、氧、射線、細(xì)菌和霉菌等）的作用下會(huì)引起降解或交聯(lián)并使塑料性能變壞，以致不能正常使用，這種現(xiàn)象稱為塑料的劣化。為了阻緩或抑制這種破壞作用而加入的物質(zhì)稱為穩(wěn)定劑，按所發(fā)揮的作用，穩(wěn)定劑可以分為熱穩(wěn)定劑、光穩(wěn)定劑（包括紫外線吸收劑、紫外線猝滅劑和光屏蔽劑等）幾抗氧劑等。

1 熱穩(wěn)定劑

所述的熱穩(wěn)定劑專指聚氯乙烯及乙烯共聚物成型時(shí)所添加的便是熱穩(wěn)定劑。

聚氯乙烯成型時(shí)受熱分解出氯化氫，形成共扼多烯結(jié)構(gòu)使制品變色。多烯結(jié)構(gòu)進(jìn)一步氧化降解，使制品性能變壞，為保證順利成型制得高質(zhì)量制品，必須添加熱穩(wěn)定劑。熱穩(wěn)定劑的作用如下：①結(jié)合脫除的氯化氫，防止起自動(dòng)催化作用或具有催化降解作用的金屬氯化物。②置換聚氯乙烯分子鏈上不穩(wěn)定的氯原子，抑制脫除氯化氫的分解反映。③與脫除氯化氫后生成的雙鍵發(fā)生雙烯加成反映，破壞共軛結(jié)構(gòu)，以減少變色。④防止共軛多烯結(jié)構(gòu)進(jìn)一步氧化降解。

選擇聚氯乙烯熱穩(wěn)定劑除考慮它的穩(wěn)定效果外，還要考慮到它與聚氯乙烯增塑劑的相容性、潤(rùn)滑性、滲出性以及毒性等。

熱穩(wěn)定性按其化學(xué)結(jié)構(gòu)可分為鹽基性鉛鹽、金屬皂類、有機(jī)錫化合物、有機(jī)穩(wěn)定劑和復(fù)合穩(wěn)定劑五大類。

鹽基性鉛鹽是指有“鹽基”（PBO）無(wú)機(jī)和有機(jī)鉛鹽，它具有比較優(yōu)良的耐熱性和耐候性，電絕緣性能好，成本低廉，但透明性低，有毒性。具代表性的有三鹽基硫酸鉛和二鹽基亞硫酸鉛，廣泛用于不透明的軟質(zhì)和硬質(zhì)制品。

金屬皂類主要是C8～C18脂肪酸的鋇、鈣、鎂、鎘、鋅鹽。常用的有鋇皂和鎘皂，經(jīng)常配合使用，廣泛用于軟質(zhì)制品。鈣皂和鋅皂主要用于軟質(zhì)無(wú)毒制品。

有機(jī)錫化物中的聚合馬來(lái)酸二辛基錫，作為無(wú)毒穩(wěn)定劑被廣泛使用。含硫的有機(jī)錫穩(wěn)定劑的耐熱性最好，但有臭味。有機(jī)錫穩(wěn)定劑主要用于各種透明制品，特別是硬質(zhì)透明制品。

有機(jī)穩(wěn)定劑包括少數(shù)可以單獨(dú)使用的主穩(wěn)定劑（主要是一些含氮有機(jī)物）和大量作輔助穩(wěn)定劑的環(huán)氧化合物、亞磷酸酯和高沸點(diǎn)多元醇。環(huán)氧油和環(huán)氧脂肪酸脂通常與金屬穩(wěn)定劑共同使用，以改善制品的耐熱性和耐候性，它們同時(shí)又是增塑劑。亞磷酸酯類穩(wěn)定劑或稱螯合劑，常與金屬穩(wěn)定劑并用，以提高制品的耐候性、透明性及改善制品的色澤。高沸點(diǎn)多元醇主要是季戊四醇、山梨糖醇、甘露醇等，它們與金屬穩(wěn)定劑并用，可改善制品的耐熱性。

復(fù)合穩(wěn)定劑的類型、品種十分繁多，其中以鋇、鎘、鋅、鈣的皂類和鹽類為主體，配合以亞硫酸酯等有機(jī)輔助穩(wěn)定劑和溶劑組成的液體符合穩(wěn)定劑為最重要，其特點(diǎn)是與樹脂和增塑劑的相容性好，其透明度亦好，用量較少，不易析出，并可避免粉塵中毒，改善勞動(dòng)條件。

2 光穩(wěn)定劑

塑料和其他高分子材料在陽(yáng)光、燈光和高能射線輻照下會(huì)迅速發(fā)生老化，出現(xiàn)泛黃、變脆、龜裂、表面失去光澤等現(xiàn)象，力學(xué)和電性能大大降低，以致最終失去使用價(jià)值。光穩(wěn)定劑就是提高塑料和其他高分子材料光穩(wěn)定性的物質(zhì)，它能強(qiáng)烈地吸收高能量的紫外線（波長(zhǎng)290～400 nm）再以熱能形式或無(wú)害的較長(zhǎng)波長(zhǎng)把能量放出，或能屏蔽紫外線，減少紫外線的透射作用，從而達(dá)到保護(hù)塑料，使其免受紫外線的破壞作用。

光穩(wěn)定劑種類很多，常用的按其作用機(jī)理大致可以分為4類：紫外線吸收劑、先驅(qū)型紫外線吸收劑、猝滅劑和光屏蔽劑。

2.1 紫外線吸收劑

許多紫外線吸收劑由于形成分子內(nèi)氫鍵，吸收光能后氫鍵被破壞，吸收的能量又以熱能的形式放出，氫鍵恢復(fù)，繼續(xù)吸收光能，從而使高分子材料受到保護(hù)。常用的有莖基二苯甲酮的衍生物、三嗪類和取代丙烯晴類。其中以苯并三唑類和三嗪類的吸收光效能為最好。

2.2 先驅(qū)型紫外線吸收劑

本身不吸收紫外線，但經(jīng)光照后分子重排成為紫外線吸收劑，發(fā)揮其作用。常用的有苯甲酸酯類（光穩(wěn)定劑901、紫外線吸收劑RMB等）。

2.3 猝滅劑

又稱為消光效應(yīng)劑，它并不強(qiáng)烈吸收紫外線，而是通過(guò)轉(zhuǎn)移高分子材料吸收紫外線后產(chǎn)生的“激發(fā)態(tài)能”，并能迅速而有效地將激發(fā)態(tài)的分子“猝滅”，使其回到基態(tài)，從而避免高分子材料產(chǎn)生游離基而進(jìn)一步發(fā)生降解，從而保護(hù)了高分子材料。常用的猝滅劑主要是各種鎳螯合物，如光穩(wěn)定劑NBC、AM-101、1084、2002等。

2.4 光屏蔽劑

有些顏料，如炭黑、二氧化鈦（對(duì)聚丙烯會(huì)起降解作用，但用量多時(shí)起屏蔽作用）、氧化鋅、亞硫酸鋅和受阻胺類等，對(duì)高分子材料起屏蔽作用，避免紫外線的透射作用。特別是受阻胺GM-508、LS-770、LS-774 等是高效光屏蔽劑。

光穩(wěn)定劑通常用于薄膜、纖維等薄制品上，也用于聚乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯等塑料和室外用塑料等。

3 抗氧劑

空氣中的氧在常溫或暗處對(duì)塑料幾乎不發(fā)生影響，但在高溫（成型）時(shí)，光、重金屬化合物的作用下會(huì)產(chǎn)生氧化脫氫或雙鍵斷裂而產(chǎn)生變色、強(qiáng)度降低、龜裂等現(xiàn)象?？寡鮿┦侵改切┠芤种苹蜓泳徦芰希ň酆衔铮┭趸到獾奈镔|(zhì)。聚合物的氧化是在熱成型或光照作用下生成游離基的鏈鎖反應(yīng)。抗氧劑能捕獲這些活性的游離基，使之成為非活性的游離基，從而使鏈鎖反應(yīng)終止，或者能夠分解在氧化過(guò)程中產(chǎn)生的聚合物過(guò)氧化物，形成非游離基產(chǎn)物，使鏈鎖反應(yīng)終止。抗氧劑的作用在于保證塑料成型的順利進(jìn)行，延長(zhǎng)制品的使用壽命。

抗氧劑其作用機(jī)理分為游離基抑制劑和過(guò)氧化物分解劑兩大類。游離基抑制劑又稱抗氧劑，主要是受阻酚類，常用的有抗氧劑264，主要用于ABS和低密度聚乙烯。

過(guò)氧化物分解劑又成輔助抗氧劑，主要硫代二丙烯酸酯等硫代酯和亞磷酸酯兩大類。主要用于聚烯烴與酚類抗氧劑并用，產(chǎn)生協(xié)調(diào)效果。

此外，抗氧劑還包括銅抑制劑。銅抑制劑能抑制重金屬離子對(duì)聚合物氧化的催化作用，多數(shù)是肼的衍生物， 類和醛胺縮合物，它們主要用在電纜和含礦物填料的高分子材料。

易被氧化需要添加抗氧劑的塑料，除上述的聚烯烴類和ABS外，還有聚苯乙烯、聚甲醛、聚苯醚和聚氯乙烯等。