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专题论述

成核剂对聚合物性能的影响及种类介绍

发布时间:2021/4/16 12:35:55 来源:工程塑料应用

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。

添加成核剂可提高结晶性聚合物制品的结晶速度和结晶程度,不仅可提高加工成型速度,还可大大减少材料二次结晶现象,从而提高制品的尺寸稳定性。

成核剂对产品性能的影响

成核剂的加入改善了聚合物材料的结晶性能,这影响了聚合物材料的物理和加工性能。

01 对拉伸强度和弯曲强度的影响

对于结晶型或半结晶型聚合物,成核剂加入有利于提高聚合物的结晶度,往往起到增强的效果,使聚合物的刚性增加,拉伸强度和弯曲强度上升,模量增加,但断裂伸长率一般有所降低。

02  对抗冲击强度的影响

一般而言材料的拉伸或弯曲强度越高,其冲击强度往往会有所损失,然而成核剂的加入会减小聚合物的球晶尺寸,从而使得聚合物表现出良好的抗冲击性能,如在PP或PA原料中加入合适的成核剂能使材料的抗冲击强度提高10-30%。

03 对光学性能的影响

传统的透明聚合物如PC或PMMA一般为无定型聚合物,而对于结晶型或半结晶型聚合物一般是不透明的,加入成核剂能够使聚合物晶粒尺寸下降具有微晶结构特点,从而使制品表现出半透明或完全透明的特征,同时还能提高制品的表面光洁度。

04 对聚合物成型加工性能的影响

在聚合物成型过程中由于聚合物熔体冷却速度较快,而聚合物分子链还未完全结晶,导致冷却过程中发生收缩变形,并且未完全结晶的聚合物其尺寸稳定性较差,在使用过程中也很容易发生尺寸收缩。加入成核剂可以加快结晶速率,缩短成型时间,提高生产效率并减少了制品后收缩的程度。

成核剂的种类

01 α晶型成核剂

主要提高制品的透明性、表面光泽、刚性、热变形温度等,又有透明剂、增透剂、增刚剂之称。主要包括二叉山梨醇(dbs)及其衍生物、芳香基磷酸酯盐类,取代苯甲酸盐等,尤以dbs类成核透明剂的应用最为普通。α晶型成核剂按结构又可分为无机类、有机类和高分子类。

02 无机类

无机类成核剂主要有滑石粉、氧化钙、炭黑、碳酸钙、云母、无机颜料、高岭土及催化剂残渣等。这些是最早开发的价格便宜且实用的成核剂,研究与应用得最多是滑石粉、云母等。

03 有机类

羧酸金属盐类:如琥珀酸钠、戊二酸钠、己酸钠、4-甲基戊酸钠、己二酸、己二酸铝、特丁基苯甲酸铝(Al-PTB-BA)、苯甲酸铝、苯甲酸钾、苯甲酸锂、肉桂酸钠、β-萘甲酸钠等。其中苯甲酸碱金属或铝盐、特丁基苯甲酸铝盐等效果比较好,使用的历史比较长,但透明性较差。

磷酸金属盐类:有机磷酸盐类主要包括磷酸酯金属盐和磷酸酯碱式金属物及其复配物等。如2,2′-亚甲基双(4,6-特丁基苯酚)膦铝盐(NA-21)。这类成核剂的特点是透明性、刚性、结晶速度等较好,但分散性差。

山梨醇苄叉衍生物: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,价格低,已成为国内外开发最为活跃、品种最多、产销量最大的一类成核剂。主要有二苄叉山梨醇(DBS)、二(对一甲基苄叉)山梨醇(P-M-DBS)、二(对氯取代苄叉)山梨醇(P-Cl-DBS)等。

高熔点聚合物型成核剂:目前主要有聚乙烯基环己烷、聚乙烯戊烷、乙烯/丙烯酸酯共聚物等。它与聚烯烃树脂共混性差,分散性较好。

β晶型成核剂:

旨在获得高β晶型含量的聚丙烯制品,优点为提高制品抗冲击性,但不降低甚至提高制品的热变形温度,使抗冲击性和耐热变形性这矛盾的两个方面得到兼顾。

一类是少数具有准平面结构的稠环化合物。

另一类是由某些二元羧酸与周期表ⅡA族金属的氧化物、氢氧化物与盐组成。它能改变在聚合物中不同晶型的比例而对PP进行改性。




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