成核剂的定义

成核剂是一种新型功能性添加剂，应用于聚乙烯、聚丙烯等未完全结晶的塑料中，通过改变树脂的结晶行为，加快结晶速度，提高结晶密度，促进晶粒尺寸的微细化，从而缩短成型周期，改善制品的透明度、拉伸强度、刚性、韧性等物理机械性能。

 

成核剂作用机制（PP 产品）

在塑料中加入成核剂后，成核剂颗粒起到了晶核的作用，即外部加入了更多的晶核，为塑料的结晶提供了良好的温床，从而促进结晶。

一般来说，成核剂颗粒必须具有足够的长宽比。然而，成核剂一般会在材料内部产生强烈的各向异性结晶取向，尤其是在扁平零件的纵向与横向方向（MD/TD）上。这种不同的收缩和不平衡的取向在某些工艺中会进一步显现，如固相压力成型（SPPF），这可能会导致成型后的翘曲。

因此，好的成核剂应该能够在 PP 部件的纵向和横向平面上实现平衡的结晶取向，从而提供出色的尺寸稳定性，减少翘曲和收缩问题。

常见成核剂的分类

(1) α 结晶成核剂：

主要提高产品的透明度、表面光泽度、刚性、热变形温度，又称透明剂、渗透性增强剂、刚性增强剂。主要包括分叉山梨醇（DBS）及其衍生物、芳香族磷酸盐、取代苯甲酸盐等，其中尤以 DBS 成核透明剂的应用最为普遍。

α结晶成核剂按结构可分为无机和有机两种。

(1) 无机类

无机成核剂主要包括滑石粉、氧化钙、炭黑、碳酸钙、云母、无机颜料、高岭土和催化剂残渣。这些都是最早开发的廉价而实用的成核剂，其中研究和应用最多的是滑石粉、云母等。

(2) 有机

(a) 羧酸金属盐：如琥珀酸钠、戊二酸钠、己酸钠、苯甲酸钾、苯甲酸锂、肉桂酸钠、β-萘酸钠等。其中，苯甲酸碱金属或铝盐、苯甲酸叔丁酯铝盐等。效果较好，使用历史较长，但透明度较差。

(b) 磷酸盐金属盐：有机磷酸盐主要包括磷酯金属盐和磷酯碱金属物质及其络合物等。这类成核剂的特点是透明、坚硬、结晶速度快等，但分散性较差。

(三）山梨醇苄叉衍生物：对产品的透明度、表面光泽度、刚性等热机械性能有明显的改善作用，并与 PP 有良好的相容性，是目前正在深入研究的一类透明成核剂。其性能好、价格低，已成为国内外开发最活跃、品种最多、产销量最大的一类成核剂。主要有二苄叉山梨醇（DBS）、二（对甲苄叉）山梨醇（P-M-DBS）等。

(d) 高熔点聚合物型成核剂：目前主要有聚乙烯环己烷、聚乙烯戊烷、乙烯/丙烯酸酯共聚物等。它与聚烯烃树脂的混溶性差，分散性好。

(2) β 晶体成核剂

它们旨在获得高 β 结晶含量的聚丙烯产品，其优点是在不降低甚至提高产品热变形温度的情况下提高产品的抗冲击性，从而平衡抗冲击性和热变形这两个相互矛盾的方面。

其中一类是具有准平面结构的少量厚环化合物。

另一类是由某些二羧酸与元素周期表 IIA 族金属的氧化物、氢氧化物和盐组成。它可以通过改变聚合物中不同结晶形式的比例来改性聚丙烯。

 

添加成核剂有以下效果

1、缩短 PP 成型周期

添加成核剂可以提高聚丙烯的再结晶温度，加快结晶速度，在较短的冷却时间内完成结晶。添加 0.2% 的 RQT-CH 可使聚丙烯的成型周期缩短 7s，工作效率提高 14%，这对大规模注塑成型产品非常有意义。

2、改善 PP 的机械性能

结晶聚丙烯结晶相的密度比非结晶相的密度高，具有优异的强度。在没有成核剂的情况下，结晶聚合物在熔融状态下冷却时生成晶体，这是自动结晶，这种球晶不均匀、不完整，因此当球晶界面的结晶部分与非结晶部分之间受力时，破碎晶粒之间的间隙首先被破坏；添加成核剂时，可控制球晶的生长，使晶核增大，结晶更完美，受力更均匀，从而可以提高聚合物的屈服强度 因此，它可以提高聚合物的屈服强度、冲击强度和表面强度，改善聚丙烯的机械性能。

3、提高 PP 的透明度和表面光泽度。由于聚丙烯在熔融和冷却过程中，自发结晶核的数量很少，结晶速度较慢，容易形成大的球形晶体，这些球形晶体的直径远远大于可见光波长，而晶体区和无定形区的折射率差较大，导致表面光散射，造成透明度下降，所以在正常加工条件下制成的聚丙烯制品大多是半透明的。透明性好的产品必须满足结晶度高、结晶取向整齐、结晶尺寸小于可见光波长等要求。要使聚丙烯达到所需的微细球形结晶，添加成核剂是一种极具竞争力的方法 [8]。

4.对热性能的影响

成核剂的加入可以提高结晶温度，加快结晶速度，提高结晶度，增加密度，提高热变形温度，从而在一定程度上提高树脂的耐热性。