成核剂与增透剂的技术进展

成核剂与增透剂的技术进展

-、简介

半结晶聚合物的结晶性关系到它的尺寸稳定性、透明、韧性

等多种特性。

对于特定的部位或加工方法，结晶性受聚合物的结构、配方、

加工条件的综合影响，这些因素使其达到特殊的热平衡。聚合物表

面和内核的热历史是不同的，因此，其结晶程度不均。

成核剂和增透剂可加速并调控结晶过程，使半透明聚合物拥

有适应特殊功能要求的特殊性能。

虽然只能用于半透明聚合物，但所有的加工方法中都能够使

用成核剂和增透剂,包括二次加工方法：注塑、吹塑、挤出薄膜、

滚塑和热压成形法等。

由于成核剂和增透剂能提供美观的外观和良好的机械性能,

它们能应用于从塑料包装到汽车制造的所有行业。

二、结晶性概述

结晶性一般见晶体的形状、大小、结晶度和晶粒择优取向为

特性指标。

比如，在不同条件下，等规聚丙烯(iPP)能够结晶成a-、隹、Y-

和近晶四种结晶状。其中以a-和p-结晶最为重要。单斜a-晶体

是iPP最常见的结晶状态，iPP制品中绝大部分是单斜a-结晶。除

此之外,在普通制品中，还有少量三方P-结晶。利用温度梯度或剪

切应变熔融，可使三方P-结晶含量提高。

关于聚乙烯，对用Ziegler-Natta催化剂生产的吹塑薄膜的形

态研究，显现出垂直于机械拉伸方向的、柱状晶形的方向取向排

列。与之相反，以茂金属为催化剂的薄膜中并未显现出这种取向倾

向。显而易见，在薄膜吹塑过程中,Ziegler-Natta体系中的无支链、

高分子量的链段在薄膜吹塑过程中趋于规整取向，使其它多支链

的链段在这些取向链上生长结晶。

下图（图1）显示了同一聚合物在不同的冷却条件下呈现出的三种

不同结晶形状。

图2模塑件中的非均匀结晶

三、成核剂和增透剂：非常相似，但并非同种物质

成核剂作为晶体生K提供场所。增透剂是成核剂的一种，它们

作为更细小的晶核,稀疏地分布于体系中，使晶体长大，从而增加

厚壁部件的透明度。

Nucleators

CrystallizationModification

CrystalShapeCrystalSizeCrystallizationSpeed

PnontizalionofCrystals

favounngStandardClanfiers

targetedPropertiesCrystalSize

Lowcrystalsize

PropertyChangesPropertyChanges

lessthanlightwavelength

ClantyPropertyChanges

图3成核剂和增透剂

如图3所示，成核剂或增透剂的选择决定结晶的形态，以及其

加工、物理和机械性能。值得注意的是，有的添加剂，如着色剂或

填料也有成核作用，我们可能无意中已在体系中添加了成核剂，而

自己还未察觉。

尺寸稳定性，特别是减少翘曲形变和降低线性热膨胀系数

(CLTE)提高美观度，特别是触觉和透明性

提高热性能，特别是提高热形变温度(HDT)

提高机械性能强化势垒效应

所有行业领域中都能应用：塑料包装、耐用品、汽车行业、家

用电器、床上用品、胶片、农业、日用消费品、个人护理用品

等…

四、成核剂和增透剂：内涵丰富的添加剂

根据成核剂或增透剂的化学结构（属于有机或无机化合物），

对结晶的影响，成核产物的特性，可对成核剂和增透剂进行分类：

4.1根据化学性质分类：无机或有机

尢机成核剂，如滑石粉、锹硫酸、纳米粘土如蒙脱土，对聚内

烯、热塑性聚酯、聚酰胺都有成核作用，提高结晶速率和结晶度。

金属氧化物，如二氧化钛或氧化镁、碱土金属的磷酸盐、碳酸盐

和硫酸盐，也属此类。有机添加剂种类繁多，从山梨糖醇衍生物，

到单或多竣酸、多竣酸盐，例如4.叔丁基苯甲酸、苯甲酸钠或锂、

有机磷酸盐或磷酸酯、己二酸、二苯基乙酸和琥珀酸钠：降冰片

烷竣酸盐、聚合配合物如离子聚合物（ionomers）、氮系复合大分

子，如三苯二睡嗪、二环已基-2,6-二甲酰胺基荼、含有硬脂盐钙

或瞳口丫咤酮永固红染料的庚二酸等。

4.2根据主要的晶型分类:a,b,g.・.

比如,a・类成核剂主要有山梨糖醛衍生物和有机磷酸盐；而b.

类成核剂主要为三苯二（1嗪、含有硬脂盐钙或唾。丫淀酮永固红染

料的庚二酸。

4.3根据产物特性分类

主要根据产物光学特性，以及热性能和机械性能对增透剂进

行分类。增透剂一般为山梨糖醇衍生物和有机磷酸盐。

4.4市场有售的成核剂和增透剂举例

在我们的添加剂和改性剂数据库里，您能够了解成核剂和增

透剂的市场信息。

NewmpacirvKjauiersnere।Additives&ModifiersDatabase

SaveTimeIH!Getinstantaneousaccesstomorethan10000additives

andmodifiersby:function.Chemistry,Polymer.Supphername

图4添加剂和改性剂数据库（英文版）

五、成核剂和增透剂：最新发展动态

成核剂和增透剂的最新发展已到第三代，但由于价格、成本、

以及需求量等方面的优势，第一代产品在各类市场中仍有吸引力。

涉及到技术和环保问题的其它发展趋势：

更高的加工温度更好的机械性能更好的感观特性：味觉和嗅

觉，符合FDA（美国食品和药物管理局）标准更快的结晶化，导致

循环周期的改进加入多向竞争：聚丙烷均聚物及共聚物

Ziegler-Natta和茂金属催化体系聚烯径聚丙烯替代PET和其它透

明聚合物

适用于生物塑料，如聚乳酸

5.1较好机械性能

对于Milliken化学公司的最新成核剂产品HyperFonnHPN68,

下图（图5）展示了在-30℃下加入成核剂的聚丙烯比未添加的聚丙

烯，拉伸强度提高10%,但落锤冲击强度和悬臂梁冲击强度

（GardnerandIzod@）降低5-10%。

TensileStrength

Control

Nucleated

IzodImpactGardnerImpact

图5添加成核剂的PP的相对性能

5.2对生物塑料如聚乳酸的适应性

对于封闭生产来说，由Hyperform技术带来的高结晶温度和

等方收缩性，能提高聚丙烯均聚物和共聚物的产品质量，提高

8/7%的生产速度,缩短循环时间，加快生产速率。

在Hyperform技术的其它应用方面，包括热成型在，循环周期

可缩短5-40%o

六、典型应用一览

新日本化学公司推出一种晶体成核剂NJSTARTF-1,适用于

生态友好型植物衍生树脂，即生物塑料（聚乳酸）o新日本化学称，

NJSTARTF-1可使聚乳酸模塑周期缩短17%,并提高耐热和抗冲性,

增加透明度。依据相关法律，在食品工业将来的应用中，已作了很

多努力来确保安全依从性。Viba集团已开发出一批新型用料以满

足包装市场对PLA（聚乳酸）不断增加的需求，其中包括为生物高分

子而特别设计生产的VibatanPLA成核齐IJ03413o

6.1结晶更快：缩短循环时间

成核剂和增透剂增加了半透明塑料，特别是聚丙烯的美观外

观和机械性能。更多的应用领域，请参看图6:成核聚丙烯的应用。

成核剂的添加，能提高透明度、韧性、尺寸稳定性和提高产量，而

有利于半透明塑料对其它传统透明塑料或材料，如玻璃的替代。

图6成核聚丙烯的应用

6.2塑料包装

与玻璃和其它日用品塑料不同，由于有了成核剂和增透剂，根

据不同应的应用需求，聚丙烯能与PET、聚苯乙烯、PVC、HDPE、

聚碳酸酯或玻璃相媲美。下表显示了成核聚丙烯相对于其它材料的

性能比较，所具有的优势和劣势。比如，聚丙烯比玻璃轻，但气体阻

隔性较差。

聚丙烯VS

目标性能PETPSPVCHDPE

PC玻璃

透明性和光泽度—--++

成本价格/单位体积++++—

+++

阻湿性++++—

++-

密度低+++++—

++++

味觉和气味迁移+—++

落锤式冲击强度+++——

++

柔性二++__--

++

硬度一一----+

耐化学性+++

氧气阻隔性

表1聚丙烯与其它材料的性能比较

在饮料、化妆品、食品、家用清洁器械、家用器皿、介质

包装、水瓶、易耗品透明包装瓶、婴儿奶瓶、DVD盒、日常

电器包装、药品包装、大型储运、各种规格和形状的储存容器、

软件包装、乳制品包装、果汁包装、熟食包装、录影带盒、箱、

板条箱、封盖、舌条等方面都有很好的应用。食品、日常消费

品、介质、电器等一次性包装能够经热压成型或薄壁高速注塑成

型。

6.3Danone的成功案例

Danone公司已用透明聚丙烯(PP)包装取代了奶油奶酪现有的

玻璃包装，她们使用的是Milliken的增透剂。这种PP包装材料透

明、成本低而且坏境友好。

从以下几个方面来讲，透明聚丙烯都是最佳选择：

生产成本低。使用了透明聚丙烯,Danone公司已能将一个杯子

的包装重量从150g降为29g,也就是说，减轻了81%的重量运输

过程中节约了燃料,而且减少二氧化碳排放量杯子不会被摔坏。杯

盖、杯身和标签使用的都是透明聚丙烯，能够循环使用，符合环保

要求杯子能耐90℃的高温

七、广泛的其它应用：从车用到日常消费品

成核剂提高了聚丙烯的物化特性，如刚性、抗冲性、硬度、热

形变温度等，这些特性能够使：

降低材料标准，降低成品壁厚，减轻重量缩短循环周期，增加

产量优化尺寸稳定性，解决S收缩、翘日的问题。因此，从某种意

义上说，淘汰了过时的工艺。

7.1列举部分其它应用如下：

日常消费品：如家具、玩具、体育器材、草坪和庭院用品、

花盆、播种工具、衣架、工具箱、渔具，家用/办公用品、工艺

品、行李箱、文具…家用电器：如冰箱、洗碗机内饰和零部件、

洗衣机滚筒、小家电如搅拌机、烤箱、咖啡壶、食品加工机、电

吹风、电子开瓶器、垃圾箱、食品储存箱、衣物篮架、冷却器

内饰，餐具，衣物整理箱等等。汽车和交通工具：如车门外板、器

具把手、车身覆盖件、保险杠、仪表盘、电瓶箱、电扇和散热

器外壳和罩布，冷却液箱等等。医疗器械：如注射器、化验器皿、

利器盒及其它医疗设备、器械。

7.2Suggar/Milliken/Nova的成功案例

Suggar是以洗衣机产品闻名于世的先进家电生产企业，她们运

用增透剂，将不透明塑料顶盖改为透明顶盖，而深受消费者喜爱，

销量大增。透明SAN(苯乙烯-丙烯睛共聚物)由于不能达到洗衣机

的抗冲要求，而经常受到质疑。添加MilladNX8000增透剂

(Milliken)的聚丙烯带给消费者所期待的美观的外形，与实用的功

能相匹配的良好性能。

与Suggar牌洗衣机中的SAN相比，用MilladNX8000增透的

PP拥有高出5倍的悬臂梁冲击强度，使它更能抵御摔落、重击及

其它强力冲击。

卜