成核剂的简介

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成核剂是指能够改变部分结晶行为,提高制品透明度、刚性、表面光泽、抗冲击韧性和热变形温度,缩短制品成型周期,提高制品加工和应用性能的功能型化学助剂。成核剂是适用于聚乙烯、聚丙烯等不完全结晶塑料,通过改变树脂的结晶行为,加快结晶速率、增加结晶密度和促使晶粒尺寸微细化,达到缩短成型周期、提高制品透明性、表面光泽、抗拉强度、刚性、热变形温度、抗冲击性、抗蠕变性等物理机械性能的新功能助剂。

成核剂的简介

成核剂作为聚合物的改性助剂,其作用机理主要是:在熔融状态下,由于成核剂提供所需的晶核,聚合物由原来的均相成核转变成异相成核,从而加速了结晶速度,使晶粒结构细化,并有利于提高产品的刚性,缩短成型周期,保持最终产品的尺寸稳定性,抑制光散射,改善透明性和表面光泽及聚合物的物理机械性能(如刚度、模量),缩短加工周期等。而作为成核剂中重要的一类,透明剂的主要作用则是改善聚合物光学效果。成核剂主要可分为无机成核剂、有机成核剂和高分子成核剂。此外,将PP中的α-晶型转变为β-晶型的转晶剂,通常也被归纳在成核剂中。

无机成核剂

主要有滑石粉、碳酸钙、二氧化硅、明矾、二氧化钛、氧化钙、氧化镁、炭黑、云母等。这些是最早开发的价格便宜且实用的成核剂,但由于透明性和表面光泽度差.限制了其在高性能材料中的应用。后来发展起来的稀土金属类(如镧)化合物,具有独特的功能,作为PP晶型改性剂有其特殊的功能.同时亦可制成发光塑料等。

有机成核剂

有机成核剂克服了无机成核剂透明性和光泽度差的问题,并能显著提高产品的加工性能。它们一般是低分子量的有机化合物,主要有脂肪羧酸金属化合物、山梨醇苄叉衍生物、芳香族羧酸金属化合物、有机磷酸盐和木质酸及其衍生物类、苯甲酸钠和双(对叔丁基苯甲酸)羧基铝等。这类传统的成核剂。虽然能改善PP性能。但效果并不理想,因为价格低廉,目前仍在一些场合使用。芳香族和脂肪族及其盐类成核剂价格便宜,且有提高聚烯烃制品的刚度和热变形温度等功效。但是由于其与聚合物树脂相容性差,使聚烯烃制品的许多性质得不到发挥,一般限用于注塑成型制品和压延制品。

与其他有机成核剂相比,有机磷酸盐类化合物所改性的制品透明性、刚性、表面硬度和热变形温度均有较大幅度提高,而且热稳定好,在高温条件下,不影响聚合物制品的其他性能,但分散性差是此类成核剂的主要缺陷。尽管此类成核剂较贵,但它具有无法比拟的使用性能,仍被广泛应用于与食品接触的包装材料中。山梨醇类成核剂对制品的透明性、表面光泽度、刚性及其他热力学性能均有显著的改善效果,而且与PP有较好的相容性。

不同成核剂的成核速度是不同的,因此,使产品在性能上的提高也有差异。此外,不恰当使用成核剂也会引起树脂在其他方面的缺陷,如大量使用山梨醇苄叉衍生物,会造成少量未熔化的透明剂以白点出现在制品中,影响制品的美观。

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β晶型成核剂

使用品形改质剂可以调节树脂的结晶行为,改变在聚合物中不同晶型的比例,用β晶型成核剂对PP进行改性。是提高PP性能的一种简单而有效的方法。

PP的晶体形态有:α、β、γ、δ和拟六方态5种。其中以α和β较为常见。商品PP中主要是含有最稳定的α晶型,β晶型要在特定条件下才易生成。由于后者要在特定条件下才能生成,添加成核剂,诱发PP的β结晶是唯一可生产商品化β晶PP的途径。添加不同的成核剂,可以达到不同的结晶要求。例如α成核剂的加入能细化晶形尺寸、增大结晶度、提高透明性和缩短成型周期,如增强PP的拉伸性和刚度; 结晶型态可增强PP的缺口冲击强度及热变形温度。成核剂的加入能显著提高材料的韧性。将晶型改质剂加入到PP、PE、聚酰胺、聚酯、聚醚等结晶性聚合物中,可以改变树脂的结晶行为,加快结晶速度,增加结晶密度和促使晶粒尺寸微细化,缩短成型周期,全面或部分提高制品透明性、表面光泽、拉伸强度、刚性、热变形温度等物理机械性能。

β-PP在加热和变形过程中,能转化成 晶型,α-PP的熔融范围在155~169℃。若加热温度低于此范围,样品中α晶体未能全部熔化,则冷却时,残留的α晶体即使微量,也明显制约β晶型的形成。另外研究表明,在PP中加入两种成核剂(α和β晶型),皆使结晶向高温偏移,而且结晶速度较空白有所提高,α成核PP在熔融过程中,除了出现α熔融峰外,还出现明显的β熔融峰,说明已有相当部分的晶型发生了变化。添加β晶型的特效成核剂,是获得较高含量/beta晶型PP的可行途径,与通常的诱导α晶型的成核剂相比,β型成核剂具有明显的特异性,而目前合成的一种镧的配合物,它不仅具有很高的成核效果,而且成本低,可得到广泛的应用,是一种新型的PP β晶型成核剂。

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