第二节 塑料的组成及其各组分的功能

塑料由主要组成物树脂和各种添加剂组成。

一、树脂

树脂（Resin）是高分子化合物的聚合物（Polymer）。高分子化合物的特性及其聚集态决定了树脂的性质。树脂的性质在很大程度上决定了塑料的性质。

（一）高分子化合物的合成与结构特点

1. 单体（Monomer）高分子化合物是相对分子质量很大的化合物。它是由相对分子质量较小的低分子化合物经聚合反应而成。这种低分子化合物称为单体。

并不是所有低分子化合物都能成为单体，如食盐（NaCl）、水（H₂O）、甲烷（CH₄）等都不能成为单体。因为这些化合物的分子处于饱和状态，不能进行聚合反应。目前可作为单体的低分子化合物主要是含双键的不饱和的碳氢化合物，某些复杂的环状化合物和含有特殊官能团的化合物。

2. 聚合反应（Polymerization）由单体转变成聚合物的过程称为聚合反应。聚合反应有两种基本形式。

（1）加聚反应。加聚反应亦称加成聚合反应，其特点是参加反应的分散单体，以共价键的形式连接在一起，成为相对分子质量很大的大分子链。这种反应必须借助光、热和其他引发剂的作用才能进行。这种反应只是单体的连接，没有其他小分子副产物生成。进行这种反应的单体主要是烯烃化合物和环状化合物。

参加加聚反应可以是一种单体，也可以是两种或两种以上单体。单一单体的加聚反应称为均加聚，其反应形式为

两种单体的加聚反应称为共加聚，其反应形式为

（2）缩聚反应。缩聚反应的特点是在反应过程中有某种低分子化合物产生，如H₂O、NH₃、卤化氢等。这种反应仍然必须借助光、热或引发剂的作用才能进行。缩聚反应生成的大分子链不是单体的简单重复，而是形成与单体不同的结构。进行这种反应的单体主要是含有特殊官能团的化合物。

同加聚反应一样，缩聚反应可以是一种单体，也可以是两种或两种以上单体。由单一单体进行的缩聚反应称为均缩聚反应，例如氨基酸均缩聚得到聚酰胺（Polyamid，简写PA）。

由两种单体进行的缩聚反应称为共缩聚反应，例如己二胺和己二酸经过共缩聚反应得到聚酰胺-66（PA66）。

以上两种聚合反应中，均聚所得的聚合物亦称均聚物；共聚所得的聚合物亦称共聚物。

日用品塑料大多数是通过加聚反应制得的，工程上应用的塑料大多数是通过缩聚反应制得的。

3. 大分子链（Chain）的特性 由单体经聚合反应形成的高分子化合物很像一条长链，故亦称大分子链。不论是加聚反应或是缩聚反应形成的大分子链，都是由许多单元重复连接而成的。例如聚氯乙烯（PVC）大分子链的结构为

聚丙烯（PP）大分子链的结构为

（1）链节与聚合度。这两种大分子链分别由和（单元）重复构成。为了简单准确地表达这种大分子链的结构，将上述大分子链分别写成和，方括号内为大分子链的重复单元，称为链节。n表示链节的重复个数，称为聚合度。

（2）大分子的相对分子质量。一个大分子的相对分子质量等于链节的相对分子质量乘以聚合度。在高分子化合物中，每个大分子的聚合度是不同的，因此每个大分子的相对分子质量也是不同的。这样在表示高分子化合物的相对分子质量时就不能以某个大分子为依据，而是用平均相对分子质量表示。

改变聚合条件可以控制高分子化合物的平均相对分子质量。相对分子质量大的聚合物具有较高的强度和硬度及较好的抗龟裂和抗蠕变性能。但随着相对分子质量的增大，聚合物的熔融粘度增大，不利于模塑成型。设计和制造塑料模具时，应对此影响予以充分注意。

（3）主链与侧基。上述大分子链中的碳—碳链（—C—C—C—）是大分子链的核心，称为主链。氢原子（H）、氯原子（Cl）和（CH₃）基团称为侧基。主链和侧基的性质决定了大分子链的许多特性。

（4）大分子链的形状。主链原子一般都是共价键连接的，共价键具有较高的键能，因此大分子链具有一定的强度。在主链上（尤其是碳—碳键构成的主链）相邻两个原子的位置可以有多种方位的变化，所以大分子链不是一条直线，而是一条不规则的曲线，如图1-3所示。由于大分子链的形状随时可变，故高分子材料不像金属材料那样坚硬，具有一定的柔顺性，而且随着温度的提高柔顺性更好。

4. 高分子化合物的形态 根据大分子链组成物的不同和聚合工艺的不同，高分子化合物有三种形态。

（1）线型高分子结构。线型高分子结构的主链一般没有分支或只有极少的分支，自然状态下呈卷曲状，如图1-1a所示。当受到外力作用时容易伸直，去除外力后又呈卷曲状。以线型高分子化合物组成的塑料具有较好的弹性和塑性，而且随温度的升高而提高。

（2）支链型高分子结构。支链型高分子结构主链有一定数量的分支，分支部分称为支链，如图1-1b所示。支链不同于侧基，支链链轴的原子与主链原子相同，并且带有侧基。有时也可以由不是主链原子的其他原子接枝而成，自成一段较短的高分子链。以支链型高分子化合物组成的塑料，其弹性和塑性比线型结构的塑料略差，但强度较高。

（3）体型高分子结构。体型高分子化合物是在线型或支链型的大分子链之间由原来单体或其他化合物或原子团产生交联（Cross Link）作用而形成的，如图1-1c所示。交联后大分子链形成空间三维的庞大网格，故体型结构亦称网状结构。交联是在相邻大分子之间的若干位置进行的，控制生产工艺可以控制交联点的数目。体型结构的高分子材料几乎无弹性和塑性，硬度较高而且脆性很大。

（二）高分子化合物的聚集态

高分子化合物以单个大分子分散存在时，不能成为有实用价值的材料。但当高分子化合物的大分子以某种方式（通过键力或范德华力的作用）聚集在一起时，就成为各种各样的树脂，成为塑料的主要组成物。

按照高分子化合物本身的性质及某些外界条件的影响，高分子聚合物的聚集态有两种类型。

1. 线型无定形聚合物（Amorphous）线型无定形聚合物的特点是大分子之间不是规则地排列在一起，而是彼此交叉缠绕呈无序排列。

如图1-4所示，线型无定形聚合物亦称非晶态聚合物。然而近代研究表明，线型无定形聚合物中存在某些近程有序区域，即在微小范围内大分子呈现规则排列，只是这种有序区范围小、数量少，对聚合物性能的影响不大，可予以忽略。

线型无定形聚合物都是由大分子链结构不规整，侧基不对称或侧基有庞大基团线型或支链型高分子化合物聚集而成的。

线型无定形聚合物在不同温度范围内明显地表现出不同的力学性能。这些不同的力学性能对塑料的使用和模塑成型加工具有重要意义。

线型无定形聚合物不同温度时的力学状态可用形变-温度曲线表示，如图1-5所示。图1-5中显示在一定温度范围内聚合物呈现三种不同的力学状态，可以用形变能力（在外力作用下变形难易程度）表示。

（1）玻璃态。高分子聚合物的玻璃态存在于图1-5中T_x～T_f温度范围内。所谓玻璃态，就是在温度较低时大分子所具有的能量很小，大分子链之间的运动不能进行，分子内的链段运动也难以进行，聚合物表现出像玻璃一样的刚硬，故称玻璃态。

玻璃化温度T_g是聚合物的一项重要参数。

聚合物呈现玻璃态时具有较好的力学性能，此时若对聚合物施加外力，只能产生微小的变形，去除外力后立即恢复原状，这种变形形式称为普弹形变。

温度低于T_x时，不仅链段运动不能进行，连分子的局部热振动也不能进行，聚合物呈现脆性状态。此时若对聚合物施加外力，即产生脆性断裂。

温度高于T_g时，在外力作用下聚合物会产生较大变形，故T_x～T_f的温度范围为结构材料的使用温度范围。凡T_x低于室温而T_g超过室温的聚合物均可用作结构材料。T_x～T_g的温度范围越大，其使用温度范围也越大。

（2）高弹态。高分子聚合物的高弹态存在于图中T_g～T_f之间。此时因温度较高，大分子链能够较自由地进行链段运动。在外力作用下，原来卷曲状的大分子链缓慢伸直，去除外力后大分子链又缓慢恢复成卷曲状，因此可以产生百分之数百的变形量，这种变形称为高弹形变。高弹形变是具有柔顺性的大分子链在外力作用下缓慢伸直及缓慢恢复的过程，故这种变形是高分子聚合物独有的，金属材料和陶瓷材料都无此特征。产生高弹形变时大分子链之间没有相对滑动，因此高弹形变是可逆的。

要求具有高弹性的橡胶材料，高弹形变温度应处于室温，而且T_g应低于室温，越低越好；T_f应高于室温，越高越好。而要求具有一定力学性能的结构材料，其高弹形变温度越高越好，因为结构材料呈现高弹态是不能使用的。

（3）粘流态。高分子聚合物的粘流态存在于图1-5中T_f～T_d之间。此时因温度更高，除了大分子链能够更自由地进行链段运动外，大分子链之间也能产生相对滑动。因此，在外力的作用下，高分子聚合物会产生流动变形，这种变形称为粘流变形。

粘流变形是塑料模塑成型加工的工艺基础。由于粘流变形是聚合物中大分子的相对滑动，所以这种变形是不可逆的。也正是由于这种变形的不可逆性，才能通过模塑制造出各种塑料制品。

然而，粘流变形的过程伴随着高弹形变。高弹形变是链段运动，所以在生产模塑塑料制品时必须将原料加热到足够高的温度，使高弹形变部分得到完全松弛，否则塑料制品会由于高弹形变的恢复而产生严重的内应力，导致制品断裂或变形。

从高弹态转变为粘流态的转变温度T_f是一个重要的工艺参数。对于塑料的模塑成型而言，T_f应尽可能低，以简化加热装置和减少能源消耗，而且温度T_f～T_d的范围越大越好。温度范围大可使生产时对加热温度的控制比较宽松，反之就必须严格控制加热温度，增大生产操作的难度。

粘度（Viscosity）也是聚合物粘流态的一项重要参数，对模塑工艺尤为重要。粘度大的塑料，模塑时难以充满型腔，或需要较高的温度和压力才能完成充型，这就增大了生产工艺的复杂性。

聚合物粘流温度的高低和粘度的大小同大分子的结构及相对分子质量的大小有关。凡大分子结构复杂、相对分子质量大的聚合物，其粘度大，粘流温度高。这是因为大分子结构复杂时，链段运动比较困难，大分子之间的相对滑动也比较困难。相对分子质量大的聚合物，即大分子链较长，大分子间彼此缠绕点较多，大分子间的吸引力也较大，这就使得大分子之间的滑动更加困难。降低大分子的聚合度或在模塑时加入增塑剂，可以降低粘流温度和粘度，提高模塑温度也可以降低粘度，不过粘度太小对模塑也不利，容易产生溢流现象。如果加热温度接近或超过T_d，则聚合物发生分解。

室温时呈现粘流态的聚合物，即为目前广泛使用的有机粘结剂。

2. 结晶型聚合物（Crystalline） 高分子聚合物的结晶概念与金属材料的结晶概念不完全相同。金属结晶的特点是每一种金属晶体都有特定的晶格形式，而且有固定的晶格常数。绝大多数金属原子都存在于相应的晶格节点上。高分子聚合物结晶的特点是大分子链远程有序排列。虽然一些结晶型聚合物也有晶胞、晶片、晶球的结构模型，也可以用电子显微镜拍摄某些聚合物的晶体结构照片，但从总体上看，结晶型聚合物中的大分子链不可能百分之百规则有序排列，也没有像金属材料那样有固定的晶型。结晶聚合物的聚集态结构如图1-6所示。

图1-6中显示在一些区域大分子呈规则排列，而在另一些区域大分子呈无序排列。规则排列区域称为晶区，无序排列区域称为非晶区。结晶型聚合物中总是存在一定比例的非晶区。晶区所占的百分比称为结晶度。通常结晶度在80%以上的聚合物称为结晶型聚合物。影响聚合物结晶度的主要因素有以下几点。

（1）大分子链化学结构的复杂性。化学结构简单，无支链或少支链的大分子彼此容易靠紧，就容易结晶。例如聚乙烯（PE）的分子结构式为

是高分子聚合物中最简单的一种大分子结构。而高密度聚乙烯（HDPE）支链又很少，故高密度聚乙烯的结晶度可达90%～95%。

（2）侧基体积大小及对称性。带有其他取代基的大分子，凡侧基体积小，对称性好的，则大分子容易相互靠紧，就容易结晶。

例如聚四氟乙烯，其分子结构式为

侧基F原子体积小，分布完全对称，故聚四氟乙烯（PTFE）也是高结晶度的聚合物。

反之，像聚苯乙烯（PS）这样的结构，侧基有一个庞大的苯环，对称性又很差，大分子不容易彼此靠紧，故聚苯乙烯属非结晶型聚合物。

聚甲基丙烯酸甲酯（有机玻璃PMMA）侧基原子基团庞大，对称性很差，也属非结晶型聚合物。聚苯乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯的分子结构式如下：

（3）大分子链间的作用力。有些聚合物大分子的化学结构相当复杂，侧基也不对称，但大分子之间有较大的作用力，这种聚合物也能结晶。例如聚酰胺（尼龙PA）就是一个典型的例子。虽然聚酰胺大分子结构复杂，侧基不对称，但其大分子之间能产生氢键，而且具有很大的作用力，故聚酰胺具有较高的结晶度，属结晶型聚合物。

（4）外界条件。高分子聚合物的结晶过程是一个热力学过程，并伴随一定的动力学条件。也就是说结晶过程有热交换并需在一定时间内完成。结晶前聚合物处于熔融状态，大分子元序排列。

随着温度下降，大分子逐渐失去活动能力慢慢转变成固态，并在此期间进行有序化过程。如果降温的速度大于聚合物内部有序化过程的速度，则结晶就难以充分进行，聚合物的结晶度就低。反之，即可提高聚合物的结晶度。

在冷却过程如有适当外力作用，也能促进聚合物结晶。故生产中可采用控制冷却速度和调整外界作用力等工艺因素控制聚合物的结晶度。

结晶型聚合物与无定形聚合物两者的力学性能和工艺性能有许多区别，对塑料制品的选材和模具制造有密切关系。

在一般情况下，结晶型聚合物的物理与力学性能是密度、熔点、强度、硬度较高，而与链段运动有关的性能如弹性、冲击强度、伸长率、透明性和溶解性等较低。

二、塑料添加剂

（一）增塑剂

增塑剂一般是高沸点、难挥发、低相对分子质量的液体或低熔点的固体。它们不和聚合物起化学反应，而在较高温度下起溶涨作用；它们可与聚合物相容，但不能达到完全的融合；它们大多数是有机酯类化合物。

高分子聚合物是由许多大分子链组成的，在常态下这些大分子链相互勾结缠绕在一起，“抱成一团”，这样就使它保持一定的形状和强度。在成型加工过程中，随着温度的提高，大分子链的活泼性不断地增加，大分子链之间的作用力逐渐削弱。当其削弱到一定程度时，高聚物呈粘流状态，具有流动性。有些高聚物如聚氯乙烯树脂，由于极性很强，大分子链之间作用力大，分解温度很接近粘流温度，很难进行成型加工。而增塑剂在这些高聚物中能渗入到大分子链之间，削弱大分子链之间的作用力，从而降低了软化温度、熔融温度和玻璃化温度，增加其可塑性，改善成型加工性能，赋予塑料制品的柔韧性、耐寒性等。

增塑剂按与树脂的相容性大小，可分为主增塑剂与辅助增塑剂两类，主增塑剂与树脂的质量相容比为1:1，在配方中能单独使用；辅助增塑剂与树脂的质量相容比低于1:3，在配方中一般不能单独使用。增塑剂按其性能和添加后的效果可分为耐寒增塑剂、耐热增塑剂、阻燃增塑剂等。

1. 常用的增塑剂 包含如下品种：

（1）邻苯二甲酸二丁酯（DBP）与邻苯二甲酸二辛酯（DOP）为无色或淡黄色透明油状液体。两者与聚氯乙烯树脂相容性很好，可作为主增塑剂单独使用，也可与其他增塑剂配合使用。DBP的相容性大于DOP，但挥发性也较大，在许多配方中DBP、DOP及其他增塑剂配合使用。两者毒性低，可用于制造接触食品的塑料制品。

（2）己二酸二辛酯（DOA）与葵二酸二辛酯（DOS）为无色透明油状液体。两者与聚氯乙烯树脂的相容性较差；不能作为主增塑剂，只能作为辅助增塑剂；但与DBP、DOP等增塑剂配合后增塑效率高，可赋予制品良好的低温柔软性，同时还显示了良好的润滑性，手感舒适，是一种耐寒低毒增塑剂；可用于食品包装材料。

（3）磷酸三甲酚酯（TCP）为清亮粘稠液体，与聚氯乙烯树脂的相容性好，是一种阻燃性增塑剂。有很好的抗菌性和光热稳定性等；但耐寒性差，毒性较大，不能用于食品和医药等包装材料，也不能用于制造儿童玩具等产品。

（4）环氧大豆油为浅黄色油状液体。与聚氯乙烯树脂的相容性较差；不能单独作为增塑剂使用，但兼具稳定剂功能，还具有挥发性低、耐热耐光、不易抽出、电性能好等优点；毒性很低，许多国家允许用于制造食品包装材料。

（5）氯化石蜡为黄色至棕色粘稠液体。与聚氯乙烯树脂相容性很差，只能作辅助增塑剂；有很好的电性能和阻燃性；价格低；毒性很低，许多国家许可用于食品包装。

典型增塑剂的性能特征见表1-1。

2. 增塑剂的选择要点 主要考虑如下几方面：

（1）与树脂有良好的相容性。

（2）增塑效率高，增塑速度快。

（3）挥发性低，迁移性小，耐水，油抽出性高。

（4）环境稳定性好，耐光、热、细菌、化学药品等性能好。

（5）卫生性能好，无毒、无味，不污染环境。

（6）电绝缘性能好。

（7）粘度稳定性好。

（8）价格低廉。

并不是所有的聚合物都要添加增塑剂。一般情况下，结晶型聚合物很难增塑，有些聚合物还会排斥增塑。通过增塑，能使物理性能改善的聚合物有聚氯乙烯、聚偏二氯乙烯、纤维素塑料、聚乙烯醇、丙烯酸类聚合物等。而聚氯乙烯特别适于增塑，几乎80%的增塑剂用于聚氯乙烯。在聚氯乙烯塑料制品的配方中往往根据成型工艺及制品的使用要求选用两种或两种以上的增塑剂，并随着增塑剂添加量的增加而硬度降低。一般添加10%以下增塑剂的聚氯乙烯塑料为硬质制品；添加15%～30%增塑剂的为半硬质制品；添加30%以上增塑剂的为软质制品。

（二）稳定剂

塑料制品在成型加工和使用过程中往往会受到热、光、氧等因素的影响而引起高分子材料的降解，相对分子质量变小，强度降低，严重时会引起高分子材料的分解，无法实现成型加工。稳定剂能阻缓高分子材料在成型加工中的降解现象，延长塑料制品的使用寿命。稳定剂一般分为热稳定剂、光稳定剂、抗氧剂等几种。由于各种高分子树脂受热、光、氧的影响不同，所以采用的稳定剂品种也有所不同。有时即使同一品牌的高分子树脂制成的塑料制品，由于使用环境不同，如受热、光、氧程度不同，采用的稳定剂型号及添加量也是不相同的。例如聚氯乙烯树脂成型加工时，受热后极易分解出氯、氯化氢及氯乙烯单体，必须添加热稳定剂。又如聚乙烯制品在室外长期受光照射，极易受紫外线作用而老化，添加光稳定剂后能延长使用寿命，而不添加光稳定剂的聚乙烯制品，长时间曝晒在太阳光下很快会碎裂。

因此，在添加稳定剂时，要根据具体情况，添加一种或多种稳定剂，稳定剂的添加量一般不超过2%。

稳定剂一般包括热稳定剂、光稳定剂、抗氧剂等。

1. 热稳定剂

（1）热稳定剂的种类。热稳定剂主要用于聚氯乙烯和其他含氯聚合物。热稳定剂的作用是抑制高分子聚合物在成型加工受热时的分解、降解，延长塑料制品的使用寿命。最典型的是在聚氯乙烯树脂中的应用。由于分解温度接近成型加工温度，不添加稳定剂几乎无法成型加工。常用的热稳定剂有以下几种：

1）铅盐类。主要是二盐基亚磷酸铅和三盐基硫酸铅，俗称“二盐”和“三盐”，为不透明稳定剂。“二盐”具有突出的耐候性，抗氧化和屏蔽紫外线能力、热稳定性、电绝缘性、耐寒性等均较好。“三盐”的耐热性、电绝缘性优良，特别适用于硬聚氯乙烯成型。

2）金属皂类。主要有硬脂酸铅、硬脂酸钡、硬脂酸镉、硬脂酸锌和硬脂酸钙等，为半透明稳定剂。硬脂酸铅具有较好的热、光稳定性及很好的润滑性，但毒性较大，易受硫化物污染，不能用于透明的聚氯乙烯塑料制品中。硬脂酸钡具有很好的长期耐热性，与硬脂酸铅、硬脂酸镉、三盐等有良好的协同作用，且无硫化物污染性。硬脂酸镉具有很好的光稳定性和透明度，但毒性较大，很少单独使用。硬脂酸锌无毒，耐候性较好，但热稳定效果较差，不宜单独使用。硬脂酸钙热稳定效果较差，无毒，无硫化物污染性。目前较多使用复合型金属皂类稳定剂，如硬脂酸钡/硬脂酸锌液体稳定剂等。

3）有机锡类。主要有二月硅酸二丁基锡、马来酸二丁基锡。有机锡类稳定剂主要用于制造透明聚氯乙烯制品。二月硅酸二丁基锡有较好的透明性、润滑性和耐候性，不易被硫化物污染，但耐热性较差。马来酸二丁基锡具有优良的透明性和耐候性，长期耐热性特别好，但有毒性和催泪性，并缺乏润滑性，主要用于成型温度较高和要求有较高冲击强度的硬质聚氯乙烯制品。有机锡的用量较小，并可单独使用。

典型热稳定剂的性能特点见表1-2。

（2）热稳定剂的选择要点如下：

1）热稳定效能高，并兼有光稳定或润滑等其他助剂功能。

2）与树脂相容性好，挥发性小，不迁移，不易被水、油、溶剂等抽出。

3）不与其他助剂反应而产生不良影响。

4）不降低制品的电性能及印刷性、粘性等二次加工性能。

5）无毒、无臭、不污染，最好能适用于透明制品。

6）使用方便，价格适中，市场上能稳定供应。

2. 光稳定剂 光稳定剂的主要作用是抑制或减弱光照射塑料而引起的高分子降解，延长塑料制品的使用寿命。光稳定剂作用主要有两种类型，一类是吸收紫外线，并把吸收的能量转换成无害的能量，但这类光稳定剂本身并不会因吸收紫外线而发生化学变化。另一类是屏蔽光线，阻止光进入塑料内部，起到光稳定的作用。

（1）光稳定剂的种类有如下一些：

1）UV-531紫外线吸收剂。外观为浅黄色或白色结晶粉末。能够强烈地吸收紫外线；与树脂相容性好；挥发性小，可用于聚乙烯、聚苯乙烯、ABS、聚碳酸酯、聚氯乙烯、聚酯等各种塑料、毒性小，许多国家许可用于制造接触食品的塑料。

2）UV-327紫外线吸收剂为淡黄色或白色粉末。能强烈地吸收紫外线，化学稳定性好，挥发性极小。可用于聚乙烯、聚丙烯等聚烯烃塑料，还可用于聚甲醛、聚氨酯、聚甲基丙烯甲酯、ABS等塑料。

3）炭黑是一种高效的光屏蔽剂，几乎能全部吸收可见光，具有良好的紫外线吸收功能。在塑料中添加少量炭黑，可将耐候性提高数十倍。作为光稳定剂使用的炭黑，最好使用槽法炭黑。采用炭黑作光稳定剂时，不宜与胺类抗氧剂并用，如与含硫抗氧剂并用时，有协同效应，能显著提高抗氧效果。选用炭黑作光稳定剂的最大缺点是只能制造黑色塑料制品。

4）二氧化钛着色剂及光屏蔽剂可反射或折射大部分可见光，并能部分吸收波长短的紫外光，从而延缓光对塑料制品的老化作用。

5）受阻胺类光稳定剂（HLAS）[Chimassorb 944（瑞士汽巴精化公司产品）]。外观为白色、淡黄色粉末或结晶颗粒。聚合型高相对分子质量受阻胺类光稳定剂，密度为1.01g/cm³，相对分子质量为3000。与树脂相容性好，分散性好，耐水解，耐抽提，耐热性好，挥发性及迁移性低。可用于接触食品及医药品场合。使用时应注意，硫及卤素会降低使用效果，与阻燃剂有协同效应。一般用量为0.1%～1.0%（质量分数）。

6）受阻胺类光稳定剂 [CyarorBUV3346 LD（或GW-3346）]。外观为乳白色粉末（或锭状），聚合型高相对分子质量受阻胺类光稳定剂，平均相对分子质量大于2000，熔点110～130℃。溶于丙酮、醋酸乙酯、乙醇、正己烷、甲苯等有机溶剂；无臭、无味、无污染、不变色；与树脂相容性好，耐抽提，低挥发性。除耐光降解外，还能在较高使用温度下提供热稳定保护。一般用量为0.1%～1.0%（质量分数）。

（2）光稳定剂的选择要点如下：

1）能够有效地消除或削弱紫外线对高聚物的破坏作用，而对聚合物的其他性能没有影响。

2）光稳定剂本身具有很好的光稳定性。

3）与高聚物有很好的相容性，不挥发、不迁移，不被水和溶剂抽出。

4）对可见光的吸收低，不着色，不变色。

5）热稳定性、化学稳定性好，在成型加工时不影响高聚物的加工性能。

6）无毒，价格适中，市场上能稳定供应。

3. 抗氧剂 塑料在成型加工及使用过程中，由于受氧的影响，会使高分子化合物在链降解的同时使力学性能也随着下降。抗氧剂的主要作用是抑制或延缓氧化过程。抗氧剂可分为主抗氧剂和辅助抗氧剂两类。主抗氧剂和辅助抗氧剂合并使用能产生协同效应。

（1）抗氧剂的种类有如下一些：

1）抗氧剂1010为白色粉末，是高分子两酚类主抗氧剂，挥发性小，耐抽出性好，热稳定性高，持久性好。特别适用于要求耐抽出及高温下使用的制品，可用于聚丙烯、聚氯乙烯、聚氨酯、聚苯乙烯、ABS、聚酰胺、聚酯等，如与辅助抗氧剂并用，能显著提高效果。毒性极低，许多国家允许用于制造接触食品的塑料制品。一般使用量为0.01%～0.5%（质量分数）。

2）抗氧剂DLTP为白色粉末或鳞片状，是辅助抗氧剂，不污染不着色，高温成型加工时，不分解，能充分发挥其热稳定效能。与主抗氧剂1010及紫外线吸收剂配合使用，具有显著协同效应。可用于聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、ABS、聚氯乙烯等，一般使用量为0.05%～1.5%（质量分数），毒性极低，许多国家允许用于制造接触食品的塑料制品。

（2）抗氧剂的选择要点如下：

1）抗氧化效能高。

2）无毒，不刺激皮肤。

3）耐热性好，在加工温度下稳定。

4）挥发性和迁移性小。耐水、油、溶剂抽出性高，防护效能持久。

5）与树脂相容性好，污染性和着色性小。

6）在配方中与其他助剂无不良反应。

7）不影响成型加工和其他性能。

8）价格适宜，市场上能稳定供应。

（三）润滑剂

塑料在成型加工过程中，加热熔融呈粘流态时，大分子链之间存在的摩擦称为内摩擦。同时，粘流态的塑料与成型加工机械的表面存在的摩擦称为外摩擦。这两种摩擦会降低熔体的流动性，降低成型加工效率，严重时还会使塑料制品表面粗糙，缺乏光泽。为了解决摩擦问题，可在塑料中添加润滑剂，以提高大分子链之间的润滑性，降低塑料与成型加工机械表面的摩擦，提高成型加工时的脱模性，提高制品的表面光泽。润滑剂一般分为内部润滑剂和外部润滑剂两类。内部润滑剂与高聚物有一定的相容性，特别是在高温下，相容性增大，产生增塑作用，削弱了高聚物大分子链之间的内聚力，减少了内摩擦，使熔体粘度降低，流动性增加。外部润滑剂与高聚物相容性很小，在成型加工过程中，很容易从聚合物内部移析到表面，并形成一个润滑剂分子层。由于润滑剂分子间的内聚能低，因此可降低聚合物与设备表面的摩擦力，防止粘流态高聚物与成型机械和模具的粘附。

1. 常用的润滑剂 包含如下一些品种：

（1）硬脂酸为白色或微黄色的颗粒或块状，具有优良的润滑作用，并有防止层析结垢的效果。但用量过大时，易产生喷霜现象，影响制品的透明性。一般用量为0.3%～0.5%（质量分数）。无毒，许多国家许可用于制造接触食品的塑料制品。

（2）硬脂酸钡为白色细微粉末，具有优良的润滑性，在聚氯乙烯树脂中还具有热稳定性。一般用量为0.1%～2%（质量分数）。有毒，不能用于制造接触食品的塑料制品。此外，硬脂酸皂类热稳定剂都可兼作润滑剂。

（3）液体石蜡（白油）。外观为无色透明液体，可作为一些塑料的内部润滑剂。润滑效能高，热稳定性好，一般用量为0.5%～1.0%（质量分数）。无毒，可用于制造接触食品的塑料制品。

2. 润滑剂的选择要点 主要体现在如下几方面：

1）润滑效能高而持久。

2）与树脂的相容性适中，内部和外部润滑作用平衡，不喷霜，不易结垢。

3）表面张力小，粘度小，在界面处的扩展性好，易形成界面层。

4）不降低高聚物的力学性能，对印刷、粘合等二次加工影响很小。

5）耐热性、化学稳定性优良，在高温加工时不分解，不挥发，不与高聚物或其他助剂发生有害反应。

6）不腐蚀设备、不污染制品，毒性低。

（四）填充剂

填充剂又称为填料。它包括有机填充剂和无机填充剂。有机填充剂如木粉、纸或棉布粉等。无机填充剂主要为无机矿物质粉末，如碳酸钙、滑石粉、氢氧化铝、硅藻土及金属粉末等。它们可用于热塑性塑料或热固性塑料。

1. 填充剂的作用 主要体现在如下几方面：

（1）降低树脂用量。在塑料中，随着填充剂添加量的增加，树脂组成比例下降，相对地降低了树脂用量。在世界石油资源日趋枯竭以及塑料废弃物对环境污染日益严重的状况下，填充剂在塑料中的地位得到提升。在塑料中添加一定的填充剂，可降低树脂用量，减少资源消耗，降低塑料废弃物在焚烧处理时的燃烧热值。

（2）降低塑料的材料成本。填充剂的价格一般都低于树脂，因此添加一定比例的填充剂，能明显地降低塑料材料的成本。

（3）改善塑料材料的某些性能。如在塑料中添加一定量的无机填充剂，可提高注射制品的尺寸稳定性；在塑料中添加20%～50%（质量分数）的金属粉末、炭黑，可制得导电塑料；在塑料中添加30%～60%（质量分数）的无机矿物质粉末，可使塑料具有可钉、可刨、可锯等类似木材的性能；在塑料中添加金属化合物粉末，经充磁后，可制得磁性塑料等。

但是，随着塑料中填充剂添加量的增加，其成型性能、力学性能（冲击强度、拉伸强度、伸长率等）下降。这时，应选用粒径很细的填充剂，并且在使用前通过表面活性剂处理或偶联剂处理。此外，填充剂的密度一般都大于树脂密度。随填充剂添加量的增加，塑料的密度也随着增加。因此，当添加填充剂以降低材料成本、减少助剂用量为目的时，应从制品及模具设计开始，进行综合性考虑。

2. 常用的填充剂 主要包括如下几个品种：

（1）碳酸钙为白色粉末，无色无味，密度为2.7～2.8g/cm³。碳酸钙的制造方法有机械粉碎法和化学沉淀法两种。机械粉碎法是将天然石灰石、大理石、方解石等经粉碎机械粉碎、干磨或水磨，再筛选制得，通常称为重质碳酸钙。化学沉淀法是将石灰石煅烧分解、水化、碳化干燥而得，通常称为轻质碳酸钙或沉淀碳酸钙。重质碳酸钙按颗粒粗细可分为单飞粉、双飞粉、三飞粉、四飞粉，其中单飞粉粒径最粗，四飞粉粒径较细，一般粒径为2～10μm。轻质碳酸钙粒径很细，一般在0.1μm以下。碳酸钙遇酸易分解，不宜用于制造耐酸的制品。为了提高碳酸钙与树脂的亲和力、分散性，出现了一些用脂肪酸、表面活性剂、偶联剂等处理的碳酸钙，又称为活性碳酸钙。碳酸钙在塑料中的添加量根据不同品种的树脂、不同规格的碳酸钙、不同产品的要求变化很大，范围在5%～70%（质量分数）。碳酸钙无毒，美国食品和药品管理局认可，允许用于制造接触食品的塑料制品。

（2）滑石粉的纯品为白色粉末，含有杂质的为淡黄、淡绿、淡蓝色粉末。主要化学成分为水合硅酸镁，是天然滑石由机械粉碎、筛选而得。粉体有滑爽感，密度为2.7～2.8g/cm³，使用时需通过12.5～50μm（300～1200目）筛孔。滑石粉耐酸性能好，可用于制造耐化学腐蚀的制品。滑石粉在塑料中用量与碳酸钙基本相同。滑石粉无毒，可用于制造接触食品的塑料制品。

（3）金属粉由铝、铜、锌、铜合金等经熔融喷霜或机械粉碎筛选而得。金属粉末少量添加于塑料具有着色装饰作用，大量加入后能起到屏蔽X射线的作用。金属粉末一般通过18μm（800目）筛孔。金属粉末的用量根据树脂性能和产品的用途而定，范围较宽，在1%～70%（质量分数）。

（4）木粉。木粉一般是采用木材加工时的废料经干燥、粉碎、筛选制成，呈微黄色至褐色。密度为1.0～1.35g/cm³，使用时需通过50μm（300目）以上筛孔。由于木粉呈纤维形状，适量加入能提高材料的冲击强度、拉伸强度等，还可将塑料制成仿木制品。木粉的用量在10%～50%（质量分数）。

（5）软木粉 由软木制得的细粉由于密度低，粒径仅0.6μm左右，故具有很好的耐磨性、耐油性、压缩性，又是多孔性材料，加入塑料后能用于防振隔声，并注塑成型各种具有较好弹性的塑料软木塞。软木粉用量为5%～30%（质量分数）。

3. 填充剂的选择要点 主要体现在如下几方面：

（1）粉末粒径细，容易分散。

（2）能与基础树脂及添加剂相容。

（3）根据使用要求，选择具有导电、阻燃、着色要求的填料。

（4）价格低，市场供应充裕。

（五）增强剂

在塑料中加入大量填料后会使拉伸强度、弯曲强度等显著下降，但加入一定量增强剂后，上述强度不但不下降，还能显著提高，扩大了材料的应用范围。从广义上来看，增强剂也是一种特殊的填充剂。目前使用的增强剂绝大多数是纤维状的高强度材料。它通过表面处理能与高分子树脂很好地结合在一起，最终得到高强度的复合材料。

1. 常用的增强剂 主要包括如下一些：

（1）玻璃纤维是玻璃熔融后，快速拉伸并冷却后形成的纤维状物质。主要化学成分为二氧化硅，其次为二氧化铝、三氧化二铁等，对于强度和电性能要求较高的增强塑料制品，宜使用无碱玻璃纤维。因为含碱玻璃纤维的耐湿性差，浸水后强度下降，对于电性能和强度要求不高的制品，可采用价格低廉的有碱玻璃纤维。玻璃纤维的直径一般在3～20μm。玻璃纤维是目前增强剂中使用最多的一种。在制品中用量为10%～30%。

（2）石棉纤维。石棉纤维是天然的无机矿物质纤维，是耐热、耐火、耐水、耐化学腐蚀的惰性物质。石棉纤维的类型较多，有几十种。作为塑料增强剂的石棉，其基本成分是水合硅酸镁，呈白、微黄色（也有灰、绿色），密度为2.4～2.6g/cm³。石棉纤维可与玻璃纤维并用，既可提高拉伸强度、弹性模量，又可以降低成本。石棉纤维可使制品表面平滑，降低应力开裂，改善耐候性。但使用石棉纤维时，必须注意石棉有致癌性，需防止石棉飞扬，注意安全防护。在制品中用量为10%～30%（质量分数）。

（3）碳纤维。碳纤维顾名思义主要成分是碳。可采用有机纤维在700～1000℃高温炭化制得。若继续加热到2760℃左右还可形成石墨纤维。碳纤维按长度分为长纤维和50mm以下的短纤维。按性能可分为高强度型和高模量型两种。密度为1.6～2.0g/cm³，直径10μm左右。碳纤维增强塑料的主要特点是质量轻、强度高、刚性高、抗疲劳、抗蠕变、耐摩擦性、耐蚀性、耐热性好、热膨胀性小、尺寸精度和稳定性高；导电性和导热性高等。但也存在价格高、冲击强度不及玻璃纤维增强塑料等缺点。一般用量为10%～40%（质量分数）。表1-3为碳纤维和玻璃纤维增强PA66的性能。

2. 增强剂的选择要点 主要体现在如下几方面：

（1）物理性状呈细长形纤维状。

（2）有较高强度的材料。

（3）能通过表面处理与高分子树脂牢固结合，起到增强作用。

（4）比较稳定的惰性物质，不易分解。

（5）价格适中。

目前常用的增强剂有玻璃纤维、碳纤维、石棉纤维等。

（六）偶联剂

在塑料中大量加入填充剂或增强剂，可以降低材料的成本，并改善材料的某些性能，对扩大塑料的应用范围有很重要的意义。但由于填料或增强剂与高分子树脂结构、物理形态很不相同，两种材料因缺乏“亲和力”不能亲密地结合在一起。偶联剂是一种具有双重亲和力的材料，既能与填料或增强剂结合又能与高分子树脂结合，偶联剂在填料或增强剂与高分子树脂间起到了纽带和桥梁的作用。

1. 常用的偶联剂 主要有以下几个品种：

（1）r-丙基三甲氧基硅烷常温下为液体，沸点为255℃，可溶于水及大多数有机溶剂，是应用广泛的硅烷类偶联剂。适用于不饱和聚酯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、ABS树脂、聚氯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯-丙烯腈共聚物等。可显著改善材料润湿状态及制品的物理力学性能、电性能。

（2）三异硬脂酰基钛酸异丙脂（TTS）为红棕色油状液体，闪点为179℃，用于聚乙烯、聚丙烯、环氧树脂、聚氯乙烯、聚氨酯等。树脂对碳酸钙、水合氧化铝等不含游离水的干燥填料特别有效，能显著提高冲击强度，改善成型加工性能。在顺丁橡胶、丁基橡胶和三元乙丙橡胶中使用，能提高制品中的填料含量，改善塑料的成型加工性能。

2. 偶联剂的选择要点 主要体现在如下几方面：

（1）偶联剂分子必须具有两部分基团：一部分基团能与填料或增强剂表面的化学基团反应形成牢固的化学键；另一部分基团能与高分子树脂亲和或与高分子链物理缠绕结合。

（2）由于偶联剂两部分基团的成分对不同填料或增强剂及高分子树脂的“亲和力”有较大差异，因此必须根据不同填料或增强剂及不同高分子树脂选用不同的偶联剂。

（3）选择偶联剂时，应注意与其他助剂并用时不会产生不良效应。

（4）价格适中。

（七）着色剂

着色剂能赋予塑料鲜艳的色彩或特殊的光学性能，不仅能使塑料制品美观夺目，有时还能改善塑料制品的耐候性。目前绝大多数的塑料制品都使用着色剂。着色剂分为染料和颜料两大类。染料可溶于水、油、有机溶剂等，具有强烈的着染能力，色泽鲜艳，主要用于纺织纤维。由于染料的耐热性、耐光性和耐溶剂性差，在塑料成型加工中使用易产生分解、迁移，因此在塑料制品中使用量较少。在耐热性要求不高时，可使用偶氮类、蒽醌类染料配制色彩透明鲜艳的塑料制品。颜料是塑料的主要着色剂，可分为有机颜料和无机颜料两种。无机颜料耐光性、耐热性优异，一般热分解温度在500℃以上，不易迁移，但着色力较差，颜色亮度小，遮盖力强，不能配制透明塑料制品，着色时添加量大，但价格低廉。有机颜料色泽鲜艳，光泽好，透明度高，着色力也较强，但耐热性低于无机颜料，难溶于有机溶剂，吸油量较大，对光和化学药品的稳定性比无机颜料低。

1. 常用的着色剂 主要包括如下一些品种：

（1）二氧化钛（钛白粉）是无臭无味的白色粉末，是一种无机颜料，在白色颜料中是着色力最强的品种，具有优良的遮盖力和着色牢度，适用于不透明的白色制品。二氧化钛分为金红石型（简称R型）和锐钛型（简称A型）两种。R型钛白粉质地较软，耐候性和耐热性较好，屏蔽紫外线作用强，不易变黄，有良好的耐水性和光稳定性，是常用的着色剂。A型钛白粉耐热性及耐光稳定性较差，不适宜制造户外制品，但价格低廉。二氧化钛几乎适用于所有常用塑料品种，无毒，可用于食品包装材料。

（2）氧化铁红是红色粉末，主要成分为三氧化二铁。合成法制造的氧化铁红，纯度较高，粒径均匀，适合用作塑料的红色着色剂，不适用于透明制品，不溶于水、油和各种有机溶剂。氧化铁红着色力强，遮盖力强，具有优良的耐光性、耐溶剂性、耐水性和耐酸碱性，适用于大多数塑料品种。但氧化铁红有促进聚氯乙烯分解的副作用，因此很少用于聚氯乙烯制品。氧化铁红无毒，可用于食品包装材料。

（3）铬黄。铬黄是铬酸铅或碱性铬酸铅与硫酸铅不溶性盐的混合晶体，适合用作塑料的黄色着色剂，色泽随混合晶体的成分变化而呈柠檬黄、淡铬黄、中铬黄、深铬黄、桔铬黄五种。铬黄为不透明无机颜料，着色力和遮盖力强。其耐水性和耐溶剂性优良，耐光性、耐热性一般，耐碱性差。铬黄可用于聚氯乙烯、聚苯乙烯、丙烯酸树脂等热塑性塑料，但不宜与含硫物质并用。

（4）群青。群青主要的成分是硅酸铝。群青是蓝色粉末，属无机颜料，适合用作塑料的蓝色着色剂，色彩鲜艳，不溶于水和有机溶剂，受酸易变色，具有优良的耐光性、耐热性、耐水性和耐碱性，并且有增白作用。群青适用于大多数塑料品种，但在聚氯乙烯塑料中使用时，必须注意加热过高分解的氯，会产生酸性而使塑料变色。群青无毒，可用于制造食品包装材料。

（5）炭黑。炭黑的主要成分是碳。炭黑是黑色粉末，也是一种无机颜料。作为着色剂用的炭黑一般都采用槽法炭黑，粒径很细，比表面积较大。炭黑的遮盖力大，着色性强，具有极高的耐光性，可单独使用，也可与其他着色剂并用。炭黑无毒，可用于制造食品包装材料。

2. 着色剂的选择要点 主要体现在如下几个方面：

1）色彩鲜艳，着色力强。

2）在塑料中分散性好。

3）耐热性好，在成型加工过程中不分解，不变色。

4）耐候性好，着色后的塑料制品，在长期使用中受光热作用不易变色。

5）耐溶剂和化学稳定性好，与其他助剂不产生有害反应。

6）对塑料成型加工和使用无不良影响。

7）低毒性、无臭，价格适中。

（八）阻燃剂

塑料是有机高分子化合物，受热后容易分解，遇火后易燃烧。可燃性影响了塑料材料在许多领域的应用。阻燃剂是一种能够阻止塑料引燃或抑制火焰传播的添加剂。阻燃剂的主要作用是在受热后产生不燃性气体或高沸点液体，覆盖于塑料的表面，隔绝氧气和可燃物的相互扩散，降低塑料表面的温度。阻燃剂有无机和有机两类。

1. 常用的阻燃剂 主要包括如下几个品种：

（1）三氧化二锑（锑白）为白色粉末，平均粒径为1～3μm，熔点为655℃，适用于聚乙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚酯、聚氨酯、环氧树脂等塑料。锑白单独使用时阻燃效果低，与含溴化合物、含氯化合物、磷酸酯等并用时，有良好的协同效应，阻燃效果显著提高。锑白的挥发物对人体鼻眼喉等有刺激作用。锑白与皮肤接触易引发皮炎，应注意防护。

（2）十溴二苯醚为白色粉末，熔点为285℃，分解温度为425℃，其溴含量为81%～83%（质量分数）。十溴二苯醚几乎不溶于水，阻燃效能高，热稳定性好，适用于聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、ABS、聚酰胺、聚苯醚、环氧树脂等塑料。十溴二苯醚与三氧化二锑并用有协同效应。

（3）氯化石蜡。氯化石蜡的氯含量在40%～60%（质量分数）时为油状物，主要用作增塑剂。含氯量为70%（质量分数）的氯化石蜡可作为阻燃剂，外观为白色或淡黄色，透明树脂状粉末。其软化点为95～120℃。适用于聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚酯、聚氨酯等塑料，通常与10%～20%（质量分数）的三氧化二锑配合使用。

2. 阻燃剂的选择要点 主要体现在如下几个方面：

（1）阻燃效率高，赋予塑料良好的难燃性和自熄性。

（2）与塑料相容性好，容易分散。

（3）在塑料成型加工温度下不分解。

（4）不影响塑料材料原来的力学性能、电性能、耐候性等。

（5）在塑料制品中能长期留存，持久发挥阻燃效用。

（6）无毒、无臭、不污染，加热分解时不产生有毒气体。

（7）与其他助剂共同使用时，不产生有害反应。

（8）价格低，来源广泛。