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塑料助剂——成核剂小结
2019.08.08   点击185次

成核剂是一种适用于聚乙烯、聚丙烯等不完全结晶塑料的化学助剂,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型功能性化学助剂。

一、工作原理

聚合物中的杂质对其结晶过程的影响很大,有些阻碍结晶,而有些会促进结晶,这些能促进结晶的杂质在聚合物的结晶过程中起晶核的作用。

在熔融状态下,由成核剂提供所需的晶核,使得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。例如在聚丙烯中加入成核剂,能够加快结晶速度,形成细小致密的球晶颗粒,使分子链在较高温度下具有很快的结晶速度,球晶可以比较规整地成长,数目很多,尺寸很小。透明剂作为成核剂中重要的一员,其主要作用则是改善聚合物光学效果。

二、应用

成核剂目前已广泛应用于聚丙烯透明改性、非透明聚丙烯改性、聚乙烯改性、尼龙改性与注塑、PET改性与注塑和聚甲醛改性等各个方面。

三、分类

成核剂各式各样,有着不同的性能与作用。成核剂按照其诱导PP形成的晶型种类可以分为α和β成核剂,而按照成核剂的主要化学成分又可分为有机、无机小分子、高分子类成核剂。α成核剂包括有机、无机小分子、有机高分子类。同样,β成核剂也分为无机小分子、有机小分子、高分子类成核剂。

无机类α成核剂通常是一些金属氧化物、无机颗粒等,例如:碳酸钙、氧化钙、滑石粉、二氧化硅、氮化硼、高岭土、炭黑等。其优势在于其原料来源广泛、应用简单、使用成本低廉,缺点是与PP相容性较差,分散性不好造成制品性能不佳,因此一些高性能材料难以应用;有机小分子类α成核剂主要是一些山梨醇及其衍生物、羧酸及其金属盐类、松香类、磷酸盐类成核剂等;高分子类α成核剂是一些和PP有相似结构的聚合物,比如聚乙烯基环己烷PVCH、聚乙烯戊烷、聚乙烯几环硅烷等。

1、有机小分子成核剂

有机小分子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,是目前正在进行深入研究的一类透明成核剂。其性能好、价低,已成为国内外开发最为活跃、品种最多、产销量最大的一类PP成核剂。

2、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。

3、高分子成核剂

由于有机类和无机类成核剂存在着缺陷,高分子成核剂逐渐成为了研究热点,但在20世纪80年代,但由于高熔点聚合物与聚烯烃树脂共混性差,单一的高分子聚烯烃成核剂几乎没有商品上市。直到20世纪90年代才出现了含高熔点聚合物成核剂聚烯烃树脂,例如聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚3-甲基丁烯-1、聚乙烯基环硅烷等。

4、β晶型成核剂

使用用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,可以达到不同的结品要求.例如α成核剂的加入能细化晶形尺寸、增大结品度、提高透明性和缩短成型周期,如增强PP的拉伸性和刚度; 结品型态可增强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、聚醚等结品性聚合物中,可以改变树脂的结晶行为,加快结晶速度,增加结品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。

四、成核剂的选型

1、对加工工艺的适应性

在成型加工条件下稳定,不发生分解反应;

2、有机反应型异相成核剂的熔点适当

在加工温度下能够完全熔融,若有部分成核剂不能熔融,在成型制品中会产生“鱼眼”,影响制品的透明度;

3、与树脂之间的相容性

助剂与树脂间有良好的相容性,助剂才能稳定、均匀、长期地存在于制品中,较好地发挥作用,如相容性不好,制品就会出现“发汗”或“喷霜”现象。

4、在树脂中的分散性

成核剂在树脂中的分散性要好,要易于分散均匀。成核剂颗粒细度要高,愈细愈易于分散。固体成核剂应在三辊研磨机或球磨机上研磨后再添加入树脂中。

5、耐久性

成核剂在加工和使用过程中的损失主要有三个方面:挥发、抽出和迁移。成核剂的耐久性主要与助剂的分子量、在介质和树脂中的溶解度有关。

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产品编号产品名称
3000042ADK STAB NA-11
3000043ADK STAB NA-27
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