塑料添加劑又稱塑料添加劑，是聚合物(合成樹脂)成型時，為改善其加工性能或提高樹脂本身性能而必須添加的一些化合物。例如，添加增塑劑以降低PVC樹脂的成型溫度并軟化產(chǎn)品。再如添加發(fā)泡劑，以制備輕質(zhì)、耐沖擊、隔熱隔音的泡沫塑料。有些塑料的熱分解溫度很接近成型溫度，不加熱穩(wěn)定劑就無法成型。因此，塑料添加劑在塑料成型中起著特別重要的作用。
塑料成型制品用添加劑的一大類，包括增塑劑、熱穩(wěn)定劑、抗氧劑、光穩(wěn)定劑、阻燃劑、發(fā)泡劑、抗靜電劑、防霉劑、著色劑和增白劑(見顏料)、填料、偶聯(lián)劑、潤滑劑、脫模劑等。著色劑、增白劑、填充劑不是塑料專用化學品，而是通用的復(fù)合材料。
“如何選擇添加劑？
塑料配方的設(shè)計表面看起來很簡單，但實際上包含了很多內(nèi)在聯(lián)系。為了設(shè)計出高性能、易加工、低價格的配方，在選擇添加劑時需要考慮的因素很多。根據(jù)要達到的目的，選擇合適的添加劑，加入的添加劑應(yīng)能充分發(fā)揮其預(yù)期效果，達到規(guī)定的指標。添加劑的具體選擇范圍如下:
選擇增韌彈性體、熱塑性彈性體和剛性增韌材料；
增強體——選用玻璃纖維、碳纖維、晶須和有機纖維；
阻燃劑——溴(普通溴和環(huán)保溴)、磷、氮、氮/磷復(fù)合膨脹型阻燃劑、三氧化二銻、水合金屬氫氧化物；
抗靜電-各種抗靜電劑；
導(dǎo)電性——碳(炭黑、石墨、碳纖維、碳納米管)、金屬纖維、金屬粉末、金屬氧化物；
磁性——鐵氧體磁粉和稀土磁粉包括釤鈷(SmCo5或Sm2Co17)、釹鐵硼(NdFeB)、釤鐵氮(SmFeN)、鋁鎳；
熱傳導(dǎo)-金屬纖維和金屬粉末、金屬氧化物、氮化物和碳化物；碳材料，例如炭黑、碳纖維、石墨和碳納米管；半導(dǎo)體材料，例如硅和硼；
耐熱-玻璃纖維、無機填料、耐熱劑如取代馬來酰亞胺、β晶成核劑；
透明成核劑，山梨醇系列α晶成核劑對PP的效果最好；
耐磨-石墨、二硫化鉬、銅粉三種鈷磁粉。
絕緣煅燒高嶺土；
屏障云母、蒙脫石、應(yīng)時等。
“添加劑和塑料匹配。
紅磷阻燃劑對PA、PBT、PET有效；
氮系阻燃劑對含氧有效，如PA、PBT、PET等。
成核劑對聚丙烯共聚物有良好的作用；
玻璃纖維耐熱改性對結(jié)晶塑料效果好，對無定形塑料效果差。
炭黑填充導(dǎo)電塑料在結(jié)晶樹脂中具有良好的效果。
同一成分的添加劑形狀不同，對改性影響很大。
“添加劑的形狀
纖維狀添加劑具有良好的增強效果(添加劑的纖維化程度可以用長徑比來表示，L/D越大，增強效果越好，這就是為什么我們要從通風口加入玻璃纖維)；
與粉末相比，熔融狀態(tài)有利于保持長徑比，降低纖維斷裂的概率。
球形添加劑增韌效果好，亮度高；
硫酸鋇是一種典型的球形添加劑，所以選用硫酸鋇作為高光PP的填料，略顯剛性和增韌。
“添加劑的粒度
①添加劑粒度對力學性能的影響:
粒徑越小，對填料的拉伸強度和沖擊強度越有利。
②添加劑粒度對阻燃性的影響:
阻燃劑的粒徑越小，阻燃效果越好。比如水合金屬氧化物和三氧化二銻的粒徑越小，達到相同阻燃效果的添加量越少；
③添加劑粒度對配色的影響:
著色劑粒徑越小，著色力越高，遮蓋力越強，顏色越均勻。
④添加劑粒度對電導(dǎo)率的影響:
以炭黑為例，其粒徑越小，越容易形成網(wǎng)狀導(dǎo)電通路，達到同樣的導(dǎo)電效果，炭黑的添加量會減少。然而，像著色劑一樣，粒度也有一個極限值。如果粒徑太小，容易聚集，不易分散，但效果不好。
“添加劑的表面處理
所有無機添加劑表面處理后，改性效果會有所提高。特別是填料最為明顯，其他還有玻璃纖維、無機阻燃劑等。
表面處理主要基于偶聯(lián)劑和增容劑，偶聯(lián)劑例如硅烷、鈦酸鹽和鋁酸鹽，增容劑是對應(yīng)于樹脂的馬來酸酐接枝聚合物。
增塑劑
一類低揮發(fā)性有機化合物，在一定程度上可以與聚合物混溶，它們可以降低聚合物熔體的粘度、產(chǎn)品的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度和彈性模量。其機理是基于增塑劑分子削弱了聚合物鏈之間的吸引力。
增塑劑是最早的塑料添加劑。19世紀下半葉，樟腦和鄰苯二甲酸酯被用作硝化纖維素的增塑劑。1935年P(guān)VC工業(yè)化后，增塑劑被廣泛使用。目前，約80%用于聚氯乙烯和氯乙烯共聚物，其余用于纖維素衍生物、聚醋酸乙烯酯、聚乙烯醇、天然和合成橡膠。
軟質(zhì)PVC中平均添加45% ~ 50%(質(zhì)量，下同)的增塑劑。由于不含或僅含少量增塑劑的硬質(zhì)PVC發(fā)展迅速，許多工業(yè)發(fā)達國家增塑劑的增長速度已低于PVC。PVC軟制品在中國仍占較大比重，因此增塑劑仍將有較快發(fā)展。
鄰苯二甲酸酯是增塑劑的主體，其產(chǎn)量約占增塑劑總產(chǎn)量的80%，其中DOP是最主要的品種。
小規(guī)模增塑劑有:己二酸和癸二酸的酯類(耐寒性好)、磷酸酯類(有阻燃作用)、環(huán)氧油和環(huán)氧酯類(與熱穩(wěn)定劑有協(xié)同作用)、偏苯三酸酯和季戊四醇酯類(耐熱性好)、氯化石蠟(輔助增塑劑和阻燃增塑劑)、烷基苯磺酸鹽(輔助增塑劑)。
熱穩(wěn)定劑
主要作用是防止加工過程中的熱降解，也防止產(chǎn)品在長期使用過程中老化。聚氯乙烯和氯乙烯共聚物的熱穩(wěn)定劑被大量使用。軟制品中熱穩(wěn)定劑的用量約為2%，而硬制品中為3% ~ 5%。
熱穩(wěn)定劑的主要類型有堿式鉛鹽、脂肪酸皂、有機錫、有機輔助穩(wěn)定劑和復(fù)合穩(wěn)定劑。
①最早使用堿式鉛鹽(即堿式鉛鹽)，如三堿式碳酸鉛、二堿式亞磷酸鉛，目前仍在廣泛使用。其耐熱性、電絕緣性、耐候性都很好，價格低廉，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鎘、鋇、鈣、鋅、鎂鹽。通常鎘皂和鋇皂、鈣皂和鋅皂一起使用，產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)。鎘皂有毒，鋇皂也有毒，但鈣皂和鋅皂無毒。
③有機錫是最近增長最快的一類。具有良好的透明性，許多品種具有突出的耐熱性和耐候性，是硬質(zhì)透明制品必不可少的熱穩(wěn)定劑。二硫代乙酸異辛酯和二正辛基錫是最廣泛使用的無毒穩(wěn)定劑。
④亞磷酸酯和環(huán)氧化合物作為輔助穩(wěn)定劑，常作為復(fù)合穩(wěn)定劑的組分。復(fù)合穩(wěn)定劑包括一般的鎘鋇(鋅)、抗硫化物污染的鋇鋅、無毒的鈣鋅和有機錫化合物，多為液態(tài)。
阻氧化劑
也就是抗氧化劑。在室溫和高溫下，大部分聚合物都會發(fā)生不同速度的自氧化反應(yīng)，導(dǎo)致塑料發(fā)黃、降解、強度降低。任何能抑制或延緩這種反應(yīng)的物質(zhì)都可以稱為抗氧化劑。
1918年，酚被用來抑制橡膠的氧化。20世紀30年代，烷基酚和對苯二胺等現(xiàn)代抗氧化劑的初始品種相繼問世。抗氧劑雖然在塑料中用量很少(0.1% ~ 1.0%)，但對于聚烯烴、苯乙烯樹脂、聚氯乙烯、聚酰胺、聚縮醛等大噸位塑料來說，它是一種重要的助劑。在橡膠行業(yè)，抗氧劑還是習慣被稱為抗氧化劑。
塑料抗氧劑主要是酚類主抗氧劑和tdpa酯、亞磷酸酯等輔助抗氧劑。
主要抗氧化劑也叫鏈終止劑，其作用是捕獲氧化降解中產(chǎn)生的活性自由基，從而中斷鏈降解反應(yīng)。其代表品種有2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚(抗氧劑264)和四[3-(3′，5′-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸]季戊四醇酯(抗氧劑1010)。
輔助抗氧化劑也叫過氧化物分解劑，其作用是將氧化降解的中間產(chǎn)物分解成非自由基產(chǎn)物。
肉桂酰tdpa和亞磷酸二異辛酯是最常用的輔助抗氧化劑。
主抗氧化劑和輔助抗氧化劑通常一起使用以發(fā)揮協(xié)同效應(yīng)。
抗光劑
塑料和其他聚合物會吸收紫外光能量，從而引發(fā)自動氧化反應(yīng)并導(dǎo)致降解。這一過程被稱為光氧化或光老化，能夠抑制或延緩這一過程的物質(zhì)被稱為光穩(wěn)定劑。
在20世紀40年代，水楊酸苯酯首次在醋酸纖維素中用作光穩(wěn)定劑。二苯甲酮和苯并三氮唑分別出現(xiàn)在50年代初和60年代，受阻胺光穩(wěn)定劑出現(xiàn)在70年代中期。
光穩(wěn)定劑主要用于聚烯烴，尤其是聚丙烯。PVC、聚碳酸酯、聚酯也使用少量光穩(wěn)定劑，用量約為0.1% ~ 0.5%。
根據(jù)其作用機理，光穩(wěn)定劑可分為紫外線吸收劑、猝滅劑和遮光劑。紫外線吸收劑對波長290 ~ 400 nm的紫外光有強烈吸收，2-羥基-4-辛氧基二苯甲酮(UV-531)和2-(3′，5′-二叔丁基-2′-羥基苯基)-5-氯苯并三唑(UV-327)是效果最好的兩個品種。
大多數(shù)猝滅劑是鎳的有機絡(luò)合物。能快速有效地淬滅吸收能量的激發(fā)態(tài)分子(回到平衡態(tài))，從而避免光化學反應(yīng)。遮光劑可以減少紫外線的透射，通常使用炭黑。
新型受阻胺光穩(wěn)定劑主要是四甲基或五甲基哌啶醇衍生物，具有捕捉自由基、猝滅單線態(tài)氧和分解過氧化物的綜合功能，是非常有效的光穩(wěn)定劑。
防火的
大多數(shù)塑料是易燃的。隨著塑料在建筑、家具、交通、航空空、航天、電器等方面的廣泛應(yīng)用。提高塑料的阻燃性已成為一項緊迫的任務(wù)。阻燃劑是一種抑制聚合物可燃性的添加劑。其中大部分是元素周期表中第V、VII和III族元素的化合物。尤其是磷、溴、氯、銻和鋁的化合物。
阻燃劑有兩種類型:添加型和反應(yīng)型。添加的阻燃劑主要是磷酸鹽和含鹵磷酸鹽、鹵代烴、氧化銻、氫氧化鋁等。具有使用方便、適應(yīng)性強的優(yōu)點。但10% ~ 30%的添加量往往會影響塑料的性能。反應(yīng)型阻燃劑其實是含有阻燃元素的單體，所以對塑料的性能影響不大。
常見的反應(yīng)型阻燃劑，如聚酯用鹵代酸酐、環(huán)氧樹脂用四溴雙酚a、聚氨酯用含磷多元醇等。
阻燃劑最早在美國使用，但在60年代后使用量急劇增加。目前僅次于增塑劑。消耗阻燃劑最多的塑料品種是聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚氨酯泡沫、不飽和聚酯、ABS樹脂和聚丙烯。
無鹵阻燃劑是指不含鹵素的無機阻燃劑。無鹵無機阻燃劑是氫氧化鋁、氫氧化鎂、紅磷和可膨脹石墨。無鹵阻燃劑是指含鹵聚合物或與含鹵阻燃劑結(jié)合的阻燃混合物。它們主要包括三氧化二銻和十溴二苯醚，通常被稱為溴銻級阻燃劑。溴銻級阻燃劑具有優(yōu)異的阻燃性，已被廣泛用作烯烴封端材料。
然而，當發(fā)生火災(zāi)時，這種由含鹵素阻燃劑制成的材料在受熱時會產(chǎn)生大量的煙霧和有毒的腐蝕性鹵化氫氣體。
發(fā)泡劑
可分為物理發(fā)泡劑和化學發(fā)泡劑?；瘜W發(fā)泡劑分為無機發(fā)泡劑和有機發(fā)泡劑。因受熱氣化或分解在聚合物中產(chǎn)生氣體，從而在聚合物材料中產(chǎn)生泡沫而得名。
物理發(fā)泡劑主要是氯代烴或氯氟烴，如三氯氟甲烷和三氯三氟乙烷。主要用于生產(chǎn)聚氨酯泡沫。
化學發(fā)泡劑主要有偶氮二甲酰胺(發(fā)泡劑AC)和N，N′-二硝基五亞甲基四胺(發(fā)泡劑H)。前者多用于塑料，后者常用于橡膠。
抗靜電劑
聚合物的體積電阻率一般高達1010 ~ 1020ω·cm，容易積累靜電，造成危險。多系列抗靜電劑能使塑料表面防潮，離子型表面活性劑還能導(dǎo)電，使靜電及時泄漏。
根據(jù)使用方法，抗靜電劑分為外用抗靜電劑和內(nèi)用抗靜電劑。外用抗靜電劑是0.5% ~ 2.0%的稀溶液，用于涂布塑料表面。內(nèi)抗靜電劑為添加劑，用量為0.1%-3.0%。陽離子表面活性劑，如銨鹽、季銨鹽和烷基咪唑啉，是塑料常用的抗靜電劑。