咪唑啉磷酸酯 塑料助剂如何选择？塑料配方设计表面看起来的配合材料

塑料助剂又称塑料助剂，是为提高聚合物（合成树脂）在成型加工过程中的加工性能或提高树脂本身的性能而必须添加的一些化合物。例如，为了降低聚氯乙烯树脂的成型温度，加入增塑剂使制品变软。又如添加发泡剂，以制备质轻、抗振、隔热、隔音的泡沫塑料。有些塑料的热分解温度与成型加工温度很接近，不添加热稳定剂就无法成型。因此，塑料助剂在塑料成型加工中占有特别重要的地位。

塑料成型制品的一大类添加剂，包括增塑剂、热稳定剂、抗氧化剂、光稳定剂、阻燃剂、发泡剂、抗静电剂、防霉剂、着色剂和光亮剂（见颜料）、填料、偶联剂、润滑剂、脱模剂等。其中着色剂、光亮剂和填充剂不是塑料专用化学品，而是一般配套材料。

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如何选择添加剂？

塑料配方的设计表面上看起来很简单，但实际上它包含了很多内在的联系。为了设计出高性能、易加工、价格低廉的配方，在选择添加剂时需要考虑很多因素。根据要达到的目的选择合适的助剂类型，所添加的助剂应能充分发挥其预期效果并满足规定指标。添加剂的具体选用范围如下：

增韧——选择弹性体、热塑性弹性体和刚性增韧材料；

增强材料——选择玻璃纤维、碳纤维、晶须和有机纤维；

阻燃剂——溴（普通溴和环保溴）、磷、氮、氮/磷复合膨胀型阻燃剂、三氧化二锑、水合金属氢氧化物；

抗静电——各种抗静电剂；

导电——碳（炭黑、石墨、碳纤维、碳纳米管）、金属纤维和金属粉末、金属氧化物；

磁性-铁氧体磁粉、稀土磁粉包括钐钴（SmCo5或Sm2Co17）、钕铁硼（NdFeB）、钐铁氮（SmFeN）、铝镍；

导热性——金属纤维和金属粉末、金属氧化物、氮化物和碳化物；炭黑、碳纤维、石墨、碳纳米管等碳材料；硅、硼等半导体材料；

耐热性——玻璃纤维、无机填料、耐热剂如取代马来酰亚胺和β晶成核剂；

透明-成核剂，山梨醇系列α晶成核剂最适合PP；

耐磨——石墨、二硫化钼、铜粉三种钴磁粉

绝缘材料——煅烧高岭土；

阻隔-云母、蒙脱石、石英等

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助剂与塑料配套

红磷阻燃剂对PA、​​PBT、PET有效；

氮基阻燃剂对含氧阻燃剂有效，如PA、PBT、PET等；

成核剂对共聚聚丙烯有很好的效果；

玻璃纤维耐热改性对结晶塑料效果好，但对非结晶塑料效果较差；

炭黑填充的导电塑料在结晶树脂中表现良好。

相同成分的助剂形式不同，对改性效果影响很大。

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辅助形状

纤维助剂的补强效果好（助剂的原纤化程度可以用长径比来表示，L/D越大补强效果越好，这就是为什么我们添加玻璃纤维从通风孔）；

熔融状态比粉末状态更有利于保持纵横比，降低纤维断裂的概率；

球形助剂增韧效果好，亮度高；

硫酸钡是一种典型的球形添加剂，因此硫酸钡用于填充高光PP，具有轻微的刚性和韧性。

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添加剂的粒度

①添加剂粒径对力学性能的影响：

粒径越小，填料的抗拉强度和冲击强度越好；

②添加剂粒径对阻燃性能的影响：

阻燃剂粒径越小，阻燃效果越好。例如，水合金属氧化物和三氧化二锑的粒径越小，达到同样阻燃效果的添加量越少；

③添加剂粒径对配色的影响：

着色剂粒径越小，着色力越高，遮盖力越强，颜色越均匀；

④添加剂粒径对电导率的影响：

以炭黑为例，粒径越小，越容易形成网络导电通路，达到同样导电效果的炭黑添加量减少。然而，与着色剂一样，粒径也有极限值。粒径过小易聚集，不易分散，效果不好。

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添加剂的表面处理

所有无机助剂表面处理后，改性效果会有所提高。其中填料最为明显，其他包括玻璃纤维和无机阻燃剂。

表面处理以偶联剂和增容剂为主，如硅烷、钛酸酯、铝酸酯等，增容剂为树脂对应的马来酸酐接枝聚合物。

增塑剂

一类低挥发性有机化合物，在一定程度上与聚合物混溶，可降低聚合物熔体的粘度，降低制品的玻璃化转变温度和弹性模量。其作用机理是增塑剂分子减弱聚合物分子间的吸引力。

增塑剂是最早使用的塑料添加剂。 19世纪下半叶，樟脑和邻苯二甲酸盐被用作硝化纤维素的增塑剂。 1935年聚氯乙烯工业化后，增塑剂得到广泛应用。目前，约80%用于聚氯乙烯和氯乙烯共聚物，其余用于纤维素衍生物、聚醋酸乙烯酯、聚乙烯醇、天然橡胶和合成橡胶。软质聚氯乙烯平均添加45%～50%（质量，下同）增塑剂。由于不需要或只添加少量增塑剂的硬质聚氯乙烯发展迅速，许多工业化国家增塑剂的增长速度一直低于聚氯乙烯。我国PVC软制品仍占较大比重，增塑剂仍将有较快发展。

邻苯二甲酸酯是增塑剂的主体，其产量约占增塑剂总产量的80%，其中邻苯二甲酸二辛酯（简称DOP）是最主要的品种。规模较小生产的增塑剂有：己二酸和癸二酸的酯（耐寒性好）、磷酸酯（具有阻燃作用）、环氧油和环氧酯（与热稳定剂有协同作用）、偏苯三酸酯和季戊四醇酯类（耐热性较好）、氯化石蜡（助增塑剂和阻燃增塑剂）、苯烷基磺酸盐（助增塑剂）。

热稳定剂

主要作用是防止加工过程中的热降解，也防止产品在长期使用中老化。用量较大的是聚氯乙烯和氯乙烯共聚物的热稳定剂。软制品中热稳定剂的用量为2%左右，硬制品中为3%~5%。

热稳定剂的主要类别有盐基铅盐、脂肪酸皂、有机锡、有机辅助稳定剂和复合稳定剂。

①碱式铅盐（即碱式铅盐），如三碱式碳酸铅和二碱式亚磷酸铅，是最早使用并仍在广泛使用的。其耐热​​性、电绝缘性、耐候性好，价格低廉，但有毒、不透明、分散性差。

②脂肪酸皂，主要是硬脂酸和月桂酸的镉、钡、钙、锌、镁盐。通常镉皂和钡皂、钙皂和锌皂一起使用，产生协同作用。镉皂是剧毒的，钡皂也有一定的毒性，而钙皂和锌皂是无毒的。

③有机锡是近期增长最快的品类。它具有良好的透明度，许多品种具有突出的耐热性和耐候性。是硬质透明制品不可缺少的热稳定剂。二巯基乙酸异辛酯和二正辛基锡是应用最广泛的无毒稳定剂。

④ 亚磷酸酯和环氧化合物作为复合稳定剂的组分常用作辅助稳定剂。复合稳定剂包括普通镉钡（锌）、抗硫化钡锌、无毒钙锌和有机锡化合物，大部分为液体。

抗氧化剂

抗氧化剂。在室温和较高温度下，大多数聚合物会发生不同速度的自氧化反应，导致塑料变黄、降解和强度降低。任何能抑制或延缓这种反应的物质都可以称为抗氧化剂。

1918 年，酚类被用于抑制橡胶的氧化。 1930年代，烷基酚、对苯二胺等第一批现代抗氧化剂相继问世。虽然塑料中抗氧剂的用量很小（0.1%～1.0%），但它是聚烯烃、苯乙烯树脂、聚氯乙烯、聚酰胺、聚缩醛等大吨位塑料的重要添加剂。在橡胶工业中，抗氧剂仍被称为抗氧剂。

塑料用抗氧剂主要有酚类主抗氧剂和硫代二丙酸酯、亚磷酸酯等辅助抗氧剂。

主抗氧剂又称链终止剂，其作用是捕捉氧化降解过程中产生的活性自由基，从而中断链降解反应，其代表品种为2,6-二叔丁基-4 -甲基苯酚（抗氧化剂264)和四[3-（3',5'-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯（抗氧化剂1010)。

辅助抗氧剂又称过氧化物分解剂，用于将氧化降解的中间产物分解为非自由基产物。

硫代二丙酸二月桂酯和亚磷酸单苯基二异辛酯是最常用的辅助抗氧化剂。

主要和辅助抗氧化剂通常一起使用以发挥协同作用。

光稳定剂

塑料和其他聚合物会吸收紫外线能量，从而引发自氧化反应并导致降解。这一过程称为光氧化或光老化，能抑制或延缓这一过程的物质称为光稳定剂。 1940年代，水杨酸苯酯首次被用作醋酸纤维素中的光稳定剂。 1950年代初和1960年代初分别出现了二苯甲酮和苯并三唑，1970年代中期出现了受阻胺光稳定剂。光稳定剂主要用于聚烯烃，尤其是聚丙烯。聚氯乙烯、聚碳酸酯和聚酯也使用少量光稳定剂，用量约为0.1%～0.5%。

光稳定剂按其作用机理分为紫外线吸收剂、猝灭剂、遮光剂。紫外线吸收剂强烈吸收波长为290~400nm的紫外线，2-羟基-4-辛氧基二苯甲酮（UV-531）和2-（3',5'-二叔丁基-2'-羟基苯基） )-5-氯苯并三唑(UV-327)是效果最好的两个品种。淬灭剂大部分是镍的有机配合物。它可以快速有效地淬灭吸收能量的激发态分子(返回平衡态），以免引发光化学反应。遮光剂可以减弱紫外线的透射，通常是炭黑。新型受阻胺光稳定剂主要是甲基丙烯酸四甲酯自由基或五甲基哌啶醇的衍生物，具有综合作用捕获自由基、淬灭单线态氧和分解过氧化物，是非常有效的光稳定剂。

阻燃剂

大多数塑料都是易燃的。随着塑料在建筑、家具、交通、航空、航天、电器等方面的广泛应用，提高塑料的阻燃性成为一个非常紧迫的课题。阻燃剂是一类抑制聚合物可燃性的添加剂。其中大部分是元素周期表中V、VII、III族元素的化合物；特别是磷、溴、氯、锑和铝的化合物。

阻燃剂分为添加剂型和反应型两大类。添加剂型阻燃剂主要有磷酸酯类和卤代磷酸酯类、卤代烃类、氧化锑、氢氧化铝等，优点是使用方便，适应性强。但由于添加量为10%～30%，往往会影响塑料的性能。反应型阻燃剂实际上是含有阻燃元素的单体，因此对塑料的性能影响不大。常见的反应型阻燃剂，如聚酯用卤化酸酐、环氧树脂用四溴双酚A、聚氨酯用含磷多元醇等。

阻燃剂最初在美国使用咪唑啉磷酸酯，1960年代以后使用量急剧增加，目前仅次于增塑剂。消耗阻燃剂最多的塑料品种是聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚氨酯泡沫塑料、不饱和聚酯、ABS树脂和聚丙烯。

无卤阻燃剂是既无卤又无机的无卤阻燃剂。无卤无机阻燃剂有氢氧化铝、氢氧化镁、红磷、可膨胀石墨。卤系阻燃剂是指含卤聚合物或与含卤阻燃剂结合的阻燃混合物，主要包括三氧化二锑和十溴二苯醚，通常称为溴锑阻燃剂，溴锑阻燃剂具有具有优异的阻燃性能，已被广泛用作耐烯烃材料。但是，一旦发生火灾咪唑啉磷酸酯，这种用卤化阻燃剂制成的材料在加热时会产生大量烟雾和有毒的腐蚀性卤化氢气体。

发泡剂

分为物理发泡剂和化学发泡剂两大类。化学发泡剂又分为无机发泡剂和有机发泡剂。它们在聚合物中气化或分解产生气体，使聚合物材料产生细胞，故名。物理发泡剂主要为氯代烃或氟氯烃，如三氯氟甲烷、三氯三氟乙烷等。主要用于生产聚氨酯泡沫塑料。化学发泡剂的主要品种有偶氮二甲酰胺（发泡剂AC）和N,N'-二亚硝基五亚甲基四胺（发泡剂H）。前者多用于塑料，后者常用。在橡胶上。

抗静电剂

聚合物的体积电阻率一般高达1010-1020Ω·cm，容易积聚静电，造成危险。抗静电剂为多系列表面活性剂，可使塑料表面与水亲和，离子型表面活性剂还具有导电作用，使静电能及时泄出。按使用方法，抗静电剂分为外用抗静电剂和内用抗静电剂。外用抗静电剂为0.5%～2.0%的稀溶液涂敷于塑料表面。内抗静电剂为添加剂型，用量从0.1%到3.0%不等。阳离子表面活性剂，如铵盐、季铵盐和烷基咪唑啉，是常用的塑料抗静电剂。

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