浅谈塑料助剂——稳定剂的特点与性质

王荷萍，曲善蓉

（太原市塑料研究所，山西 太原 030024）

塑料在成型或贮存使用过程中，在各种外界（如光、热、氧、射线、细菌和霉菌等）的作用下会引起降解或交联并使塑料性能变坏，以致不能正常使用，这种现象称为塑料的劣化。为了阻缓或抑制这种破坏作用而加入的物质称为稳定剂，按所发挥的作用，稳定剂可以分为热稳定剂、光稳定剂（包括紫外线吸收剂、紫外线猝灭剂和光屏蔽剂等）几抗氧剂等。

1 热稳定剂

所述的热稳定剂专指聚氯乙烯及乙烯共聚物成型时所添加的便是热稳定剂。

聚氯乙烯成型时受热分解出氯化氢，形成共扼多烯结构使制品变色。多烯结构进一步氧化降解，使制品性能变坏，为保证顺利成型制得高质量制品，必须添加热稳定剂。热稳定剂的作用如下：①结合脱除的氯化氢，防止起自动催化作用或具有催化降解作用的金属氯化物。②置换聚氯乙烯分子链上不稳定的氯原子，抑制脱除氯化氢的分解反映。③与脱除氯化氢后生成的双键发生双烯加成反映，破坏共轭结构，以减少变色。④防止共轭多烯结构进一步氧化降解。

选择聚氯乙烯热稳定剂除考虑它的稳定效果外，还要考虑到它与聚氯乙烯增塑剂的相容性、润滑性、渗出性以及毒性等。

热稳定性按其化学结构可分为盐基性铅盐、金属皂类、有机锡化合物、有机稳定剂和复合稳定剂五大类。

盐基性铅盐是指有“盐基”（PBO）无机和有机铅盐，它具有比较优良的耐热性和耐候性，电绝缘性能好，成本低廉，但透明性低，有毒性。具代表性的有三盐基硫酸铅和二盐基亚硫酸铅，广泛用于不透明的软质和硬质制品。

金属皂类主要是C8～C18脂肪酸的钡、钙、镁、镉、锌盐。常用的有钡皂和镉皂，经常配合使用，广泛用于软质制品。钙皂和锌皂主要用于软质无毒制品。

有机锡化物中的聚合马来酸二辛基锡，作为无毒稳定剂被广泛使用。含硫的有机锡稳定剂的耐热性最好，但有臭味。有机锡稳定剂主要用于各种透明制品，特别是硬质透明制品。

有机稳定剂包括少数可以单独使用的主稳定剂（主要是一些含氮有机物）和大量作辅助稳定剂的环氧化合物、亚磷酸酯和高沸点多元醇。环氧油和环氧脂肪酸脂通常与金属稳定剂共同使用，以改善制品的耐热性和耐候性，它们同时又是增塑剂。亚磷酸酯类稳定剂或称螯合剂，常与金属稳定剂并用，以提高制品的耐候性、透明性及改善制品的色泽。高沸点多元醇主要是季戊四醇、山梨糖醇、甘露醇等，它们与金属稳定剂并用，可改善制品的耐热性。

复合稳定剂的类型、品种十分繁多，其中以钡、镉、锌、钙的皂类和盐类为主体，配合以亚硫酸酯等有机辅助稳定剂和溶剂组成的液体符合稳定剂为最重要，其特点是与树脂和增塑剂的相容性好，其透明度亦好，用量较少，不易析出，并可避免粉尘中毒，改善劳动条件。

2 光稳定剂

塑料和其他高分子材料在阳光、灯光和高能射线辐照下会迅速发生老化，出现泛黄、变脆、龟裂、表面失去光泽等现象，力学和电性能大大降低，以致最终失去使用价值。光稳定剂就是提高塑料和其他高分子材料光稳定性的物质，它能强烈地吸收高能量的紫外线（波长290～400 nm）再以热能形式或无害的较长波长把能量放出，或能屏蔽紫外线，减少紫外线的透射作用，从而达到保护塑料，使其免受紫外线的破坏作用。

光稳定剂种类很多，常用的按其作用机理大致可以分为4类：紫外线吸收剂、先驱型紫外线吸收剂、猝灭剂和光屏蔽剂。

2.1 紫外线吸收剂

许多紫外线吸收剂由于形成分子内氢键，吸收光能后氢键被破坏，吸收的能量又以热能的形式放出，氢键恢复，继续吸收光能，从而使高分子材料受到保护。常用的有茎基二苯甲酮的衍生物、三嗪类和取代丙烯晴类。其中以苯并三唑类和三嗪类的吸收光效能为最好。

2.2 先驱型紫外线吸收剂

本身不吸收紫外线，但经光照后分子重排成为紫外线吸收剂，发挥其作用。常用的有苯甲酸酯类（光稳定剂901、紫外线吸收剂RMB等）。

2.3 猝灭剂

又称为消光效应剂，它并不强烈吸收紫外线，而是通过转移高分子材料吸收紫外线后产生的“激发态能”，并能迅速而有效地将激发态的分子“猝灭”，使其回到基态，从而避免高分子材料产生游离基而进一步发生降解，从而保护了高分子材料。常用的猝灭剂主要是各种镍螯合物，如光稳定剂NBC、AM-101、1084、2002等。

2.4 光屏蔽剂

有些颜料，如炭黑、二氧化钛（对聚丙烯会起降解作用，但用量多时起屏蔽作用）、氧化锌、亚硫酸锌和受阻胺类等，对高分子材料起屏蔽作用，避免紫外线的透射作用。特别是受阻胺GM-508、LS-770、LS-774 等是高效光屏蔽剂。

光稳定剂通常用于薄膜、纤维等薄制品上，也用于聚乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯等塑料和室外用塑料等。

3 抗氧剂

空气中的氧在常温或暗处对塑料几乎不发生影响，但在高温（成型）时，光、重金属化合物的作用下会产生氧化脱氢或双键断裂而产生变色、强度降低、龟裂等现象。抗氧剂是指那些能抑制或延缓塑料（聚合物）氧化降解的物质。聚合物的氧化是在热成型或光照作用下生成游离基的链锁反应。抗氧剂能捕获这些活性的游离基，使之成为非活性的游离基，从而使链锁反应终止，或者能够分解在氧化过程中产生的聚合物过氧化物，形成非游离基产物，使链锁反应终止。抗氧剂的作用在于保证塑料成型的顺利进行，延长制品的使用寿命。

抗氧剂其作用机理分为游离基抑制剂和过氧化物分解剂两大类。游离基抑制剂又称抗氧剂，主要是受阻酚类，常用的有抗氧剂264，主要用于ABS和低密度聚乙烯。

过氧化物分解剂又成辅助抗氧剂，主要硫代二丙烯酸酯等硫代酯和亚磷酸酯两大类。主要用于聚烯烃与酚类抗氧剂并用，产生协调效果。

此外，抗氧剂还包括铜抑制剂。铜抑制剂能抑制重金属离子对聚合物氧化的催化作用，多数是肼的衍生物， 类和醛胺缩合物，它们主要用在电缆和含矿物填料的高分子材料。

易被氧化需要添加抗氧剂的塑料，除上述的聚烯烃类和ABS外，还有聚苯乙烯、聚甲醛、聚苯醚和聚氯乙烯等。