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成核劑是一種適用于聚乙烯、聚丙烯等不完全結(jié)晶塑料的化學助劑，通過改變樹脂的結(jié)晶行為，加快結(jié)晶速率、增加結(jié)晶密度和促使晶粒尺寸微細化，達到縮短成型周期、提高制品透明性、表面光澤、抗拉強度、剛性、熱變形溫度、抗沖擊性、抗蠕變性等物理機械性能的新型功能性化學助劑。

一、工作原理

聚合物中的雜質(zhì)對其結(jié)晶過程的影響很大，有些阻礙結(jié)晶，而有些會促進結(jié)晶，這些能促進結(jié)晶的雜質(zhì)在聚合物的結(jié)晶過程中起晶核的作用。

在熔融狀態(tài)下，由成核劑提供所需的晶核，使得聚合物由原來的均相成核轉(zhuǎn)變成異相成核，從而加速了結(jié)晶速度，使晶粒結(jié)構(gòu)細化，并有利于提高產(chǎn)品的剛性，縮短成型周期，保持最終產(chǎn)品的尺寸穩(wěn)定性，抑制光散射，改善透明性和表面光澤及聚合物的物理機械性能(如剛度、模量)，縮短加工周期等。例如在聚丙烯中加入成核劑，能夠加快結(jié)晶速度，形成細小致密的球晶顆粒，使分子鏈在較高溫度下具有很快的結(jié)晶速度，球晶可以比較規(guī)整地成長，數(shù)目很多，尺寸很小。透明劑作為成核劑中重要的一員，其主要作用則是改善聚合物光學效果。

二、應(yīng)用

成核劑目前已廣泛應(yīng)用于聚丙烯透明改性、非透明聚丙烯改性、聚乙烯改性、尼龍改性與注塑、PET改性與注塑和聚甲醛改性等各個方面。

三、分類

成核劑各式各樣，有著不同的性能與作用。成核劑按照其誘導PP形成的晶型種類可以分為α和β成核劑，而按照成核劑的主要化學成分又可分為有機、無機小分子、高分子類成核劑。α成核劑包括有機、無機小分子、有機高分子類。同樣，β成核劑也分為無機小分子、有機小分子、高分子類成核劑。

無機類α成核劑通常是一些金屬氧化物、無機顆粒等，例如：碳酸鈣、氧化鈣、滑石粉、二氧化硅、氮化硼、高嶺土、炭黑等。其優(yōu)勢在于其原料來源廣泛、應(yīng)用簡單、使用成本低廉，缺點是與PP相容性較差，分散性不好造成制品性能不佳，因此一些高性能材料難以應(yīng)用；有機小分子類α成核劑主要是一些山梨醇及其衍生物、羧酸及其金屬鹽類、松香類、磷酸鹽類成核劑等；高分子類α成核劑是一些和PP有相似結(jié)構(gòu)的聚合物，比如聚乙烯基環(huán)己烷PVCH、聚乙烯戊烷、聚乙烯幾環(huán)硅烷等。

1、有機小分子成核劑

有機小分子成核劑克服了無機成核劑透明性和光澤度差的問題，并能顯著提高產(chǎn)品的加工性能。它們一般是低分子量的有機化合物，主要有脂肪羧酸金屬化合物、山梨醇芐叉衍生物、芳香族羧酸金屬化合物、有機磷酸鹽和木質(zhì)酸及其衍生物類、苯甲酸鈉和雙(對叔丁基苯甲酸)羧基鋁等。這類傳統(tǒng)的成核劑，雖然能改善PP性能，但效果并不理想，因為價格低廉，目前仍在一些場合使用。芳香族和脂肪族及其鹽類成核劑價格便宜，且有提高聚烯烴制品的剛度和熱變形溫度等功效，但是由于其與聚合物樹脂相容性差，使聚烯烴制品的許多性質(zhì)得不到發(fā)揮，一般限用于注塑成型制品和壓延制品。

與其他有機成核劑相比，有機磷酸鹽類化合物所改性的制品透明性、剛性、表面硬度和熱變形溫度均有較大幅度提高，而且熱穩(wěn)定好，在高溫條件下.不影響聚合物制品的其他性能，但分散性差是此類成核劑的主要缺陷。盡管此類成核劑較貴，但它具有無法比擬的使用性能，仍被廣泛應(yīng)用于與食品接觸的包裝材料中。山梨醇類成核劑對制品的透明性、表面光澤度、剛性及其他熱力學性能均有顯著的改善效果，而且與PP有較好的相容性，是目前正在進行深入研究的一類透明成核劑。其性能好、價低，已成為國內(nèi)外開發(fā)最為活躍、品種最多、產(chǎn)銷量最大的一類PP成核劑。

2、無機成核劑

主要有滑石粉、碳酸鈣、二氧化硅、明礬、二氧化鈦、氧化鈣、氧化鎂、炭黑、云母等。這些是最早開發(fā)的價格便宜且實用的成核劑，但由于透明性和表面光澤度差，限制了其在高性能材料中的應(yīng)用。后來發(fā)展起來的稀土金屬類(如鑭)化合物，具有獨特的功能，作為PP晶型改性劑有其特殊的功能。同時亦可制成發(fā)光塑料等。

3、高分子成核劑

由于有機類和無機類成核劑存在著缺陷，高分子成核劑逐漸成為了研究熱點，但在20世紀80年代，但由于高熔點聚合物與聚烯烴樹脂共混性差，單一的高分子聚烯烴成核劑幾乎沒有商品上市。直到20世紀90年代才出現(xiàn)了含高熔點聚合物成核劑聚烯烴樹脂，例如聚對苯二甲酸丁二醇酯、聚3-甲基丁烯-1、聚乙烯基環(huán)硅烷等。

4、β晶型成核劑

使用用β晶型成核劑對PP進行改性，是提高PP性能的一種簡單而有效的方法。PP的晶體形態(tài)有：α、β、γ、δ和擬六方態(tài)5種。其中以α和β較為常見。商品PP中主要是含有最穩(wěn)定的α晶型，β晶型要在特定條件下才易生成。由于后者要在特定條件下才能生成，添加成核劑，誘發(fā)PP的β結(jié)晶是唯一可生產(chǎn)商品化β晶PP的途徑。添加不同的成核劑，可以達到不同的結(jié)品要求.例如α成核劑的加入能細化晶形尺寸、增大結(jié)品度、提高透明性和縮短成型周期，如增強PP的拉伸性和剛度； 結(jié)品型態(tài)可增強PP的缺口沖擊強度及熱變形溫度。成核劑的加入能顯著提高材料的韌性。將晶型改質(zhì)劑加入到PP、PE、聚酰胺、聚酯、聚醚等結(jié)品性聚合物中，可以改變樹脂的結(jié)晶行為，加快結(jié)晶速度，增加結(jié)品密度和促使晶粒尺寸微細化，縮短成型周期，全面或部分提高制品透明性、表面光澤、拉伸強度、剛性、熱變形溫度等物理機械性能。

四、成核劑的選型

1、對加工工藝的適應(yīng)性

在成型加工條件下穩(wěn)定，不發(fā)生分解反應(yīng)；

2、有機反應(yīng)型異相成核劑的熔點適當

在加工溫度下能夠完全熔融，若有部分成核劑不能熔融，在成型制品中會產(chǎn)生“魚眼”，影響制品的透明度；

3、與樹脂之間的相容性

助劑與樹脂間有良好的相容性，助劑才能穩(wěn)定、均勻、長期地存在于制品中，較好地發(fā)揮作用，如相容性不好，制品就會出現(xiàn)“發(fā)汗”或“噴霜”現(xiàn)象。

4、在樹脂中的分散性

成核劑在樹脂中的分散性要好，要易于分散均勻。成核劑顆粒細度要高，愈細愈易于分散。固體成核劑應(yīng)在三輥研磨機或球磨機上研磨后再添加入樹脂中。

5、耐久性

成核劑在加工和使用過程中的損失主要有三個方面：揮發(fā)、抽出和遷移。成核劑的耐久性主要與助劑的分子量、在介質(zhì)和樹脂中的溶解度有關(guān)。

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