第三节 塑料添加剂

一、塑料添加剂分类及作用

塑料添加剂是一个整体概念，它涉及的范围相当广泛，包括抗氧剂、光稳定剂、增塑剂、润滑剂、填充剂、增强剂、着色剂、阻燃剂、抗静电剂、生物抑制剂、发泡剂、交联剂、成核剂等［3］。如上所述，本书着重讨论塑料的热老化和紫外光老化及其防老化技术，因此本书涉及的塑料添加剂主要是抗氧剂和光稳定剂。

塑料添加剂与塑料工业密切相关，因为很多树脂在贮存、加工或使用过程中很容易受各种环境因素的影响而发生老化，以至于部分或全部失去物理或机械性能。聚丙烯树脂便是一个典型的例子。聚丙烯是一种优良的热塑性塑料，在工业领域有着广泛的应用，但若不加入抗氧剂，在加工前的存储阶段，就已发生老化而分子量下降，以致根本无法加工和应用。抗氧剂的加入不仅保证了聚丙烯的加工性能，而且还延长了使用寿命，降低了成本。对于大部分热塑性塑料情况也是一样。在一些户外应用的制品中加入光稳定剂，可以防止由紫外光引起的老化，延长制品的使用寿命。因此可以说，离开塑料添加剂的应用，塑料工业将不能成为一门真正的应用领域。

二、技术经济状况

随着塑料工业的飞速发展和应用领域的扩展，除了塑料添加剂的用量不断增加，其应用范围也不断扩大。由于对塑料制品的质量性能要求越来越高，对塑料添加剂的要求也越趋严格，塑料添加剂的作用和地位越加突出。有资料表明，2015年全球添加剂市场超过380亿美元，预计到2020年将达到508亿美元，每年的复合增长率为4.9%［4］。据统计，亚太地区塑料添加剂市场约占世界市场40%的份额，预计到2020年这个比重将上升到60%左右，特别是随着人们节约自然资源意识的不断增强，未来亚太塑料添加剂市场将进一步加速增长。据报道，2014年中国的抗氧剂产量大约为15.92万t［5］，2012年中国光稳定剂产量大约12000t，而需求量为34000t左右［6］。

三、回顾与展望

塑料添加剂在与塑料工业共同发展的过程中，已经形成了一个具有鲜明特色的精细化工行业，其发展很大程度上取决于塑料品种的构成、制品应用领域的拓宽、成型工艺的发展以及卫生性、安全性法规的制定等各种因素。

对历史的回顾可以看到，添加剂在为塑料工业解决加工和应用方面的问题上起到何等重要作用：

20世纪30年代以前聚氯乙烯树脂的生产，由于聚合物有稳定性问题，在工业上没有什么实际价值。而40年代聚氯乙烯的加工和应用带动了热稳定剂等加工和改性剂的发展，形成稳定化添加剂的基本框架。

石油化工的崛起为聚烯烃树脂的应用创造了机遇。解决抗热氧化、光氧化等老化降解一度成为塑料加工行业和添加剂行业关注的焦点。20世纪50年代在紫外光稳定化方面出现了突破；而在60年代又在抗氧剂方面出现了突破，开发出一批性能优良的抗氧剂和光稳定剂。为塑料制品的应用，特别是户外及高性能的应用奠定了基础。

70年代成功地开发了受阻胺类光稳定剂，这项革命性的成果使塑料的紫外线稳定化处理及抗老化上升到新的水平。

80年代出现了性能更完善的亚磷酸酯加工稳定剂，提高亚磷酸酯的水解稳定性及加工稳定性能。非对抗性受阻胺光稳定剂的推出，使得在某些应用中出现的对抗性问题在某种程度上得到了解决。

90年代推出了全新的一体化稳定体系。这种体系集加工稳定化、长效热稳定化和紫外光稳定化为一体，使得添加剂的使用更为方便，生产效率更为提高以及生产成本降低。此外，塑料制品寿命和性能更为提高。添加剂的复配化已成为潮流。因为它可以提高生产率、降低成本。

当具有特殊功能的工程塑料和聚合物合金进入应用时，抗氧剂和光稳定剂的应用相应地扩展到新的应用领域，赋予这类塑料良好的加工稳定性和使用寿命提高。

以上可见，当真正可以实际应用的塑料制品诞生之日，也是塑料添加剂作为塑料伴侣开始应用之时。添加剂工业的每一个进步都为塑料工业带来福音。

在过去的一二十年里，新型添加剂的研究开发方兴未艾，新产品出现的周期缩短，新功能添加剂开始崭露头角。例如，受阻胺氮－烷氧基取代结构大大降低了哌啶受阻胺的碱性，一定程度上解决了长期围绕受阻胺光稳定剂应用中的对抗性问题，拓宽了受阻胺的应用范围。

另一方面，文明社会越来越重视添加剂的卫生性和安全性，社会对此的敏感程度越加提高，各国政府的立法也越加严格。例如，由于限制镉、铅类热稳定剂的法规更加严格，替代品钡－锌、钙－锌等复合金属皂热稳定剂和有机锡热稳定剂的产耗量迅速增加。另外一个例子是含镍猝灭剂。尽管其作为光稳定剂在聚乙烯农膜应用中具有良好的性能，但用于在处理含有这类光稳定剂的农膜时，会产生危害环境的有毒产物。所以有关添加剂供应商已停止供应该类产品。取而代之的是对环境无害的诸如受阻胺这类光稳定剂。

环保型或“绿色”添加剂已崭露头角，例如维生素E作为聚烯烃加工稳定剂。这种产品作为现有抗氧剂的一种补充，特别适用于食品或药品包装材料的加工。

产品形态越来越引起重视。传统的粉料越来越不能满足工业卫生和安全的需要，低粉尘或无粉尘、颗粒状等易流动粒料等添加剂形式开始普及。

由于社会对环保的要求日益提高，对使用过的塑料回收和再生工作开始注意。已经出现了用于再生塑料的新型稳定剂体系。使用这种稳定剂体系可以将“废”旧塑料再生或将它们“修补”而重新获得使用价值。这对保护环境，减少消耗有限的自然资源具有积极的意义。

添加剂供应商在不断开发高效添加剂品种、满足塑料制品日益苛刻的加工应用性能的同时，不断提高性能－价格比，为客户提供更优良的产品和完善的服务，不断满足塑料工业提出的新的要求。为了适应市场的需要，特别是经济蓬勃发展的亚太地区的需要，世界各著名添加剂供应商开始注意生产和供应的全球化，并且在亚太地区包括中国建立添加剂生产基地以及扩展销售网络。除了供应产品之外，添加剂供应商越来越重视产品的售后服务和技术服务。特别重要的是添加剂供应商重视同客户的关系。注意了解客户的需要，帮助他们解决生产和产品中的问题，提供迅速、准确和完善的服务。

展望未来，全球塑料工业将不断增长，毫无疑问，服务于塑料工业的添加剂工业也将随之增长。随着对塑料老化机理的深入研究，相信人们会更深刻地了解老化的本质，会有新型的抗氧剂和光稳定剂出现。然而，研究开发一个全新的品种并非易事，因此更多的技术进步可能是体现在复配和集装技术上，成本－效能比会更趋于合理。

塑料的老化与防老化是一门理论与实际密切结合的学科，本书力图做到两者有机地结合：在理论部分（第一章、第二章）论述热氧化老化和紫外光老化机理、抗氧剂及光稳定剂作用机理，力图给读者一些理论方面的指导，并介绍国内外的最新进展；在应用部分（第四章、第五章）分别以实例说明热塑性塑料防老化技术。并汇总了常用抗氧剂、光稳定剂和防老化母料的商品名称，以便读者查阅。作为理论与应用之间的桥梁（第三章），读者可以了解添加剂加入的方法、添加剂分析方法以及热塑性塑料防老化评价方法。

有关塑料添加剂的原理与应用技术，国外与国内已有不少书籍出版，其中比较经典且全面的是参考文献［7］。