孫亞光

（ 國家能源集團寧夏煤業(yè)有限責(zé)任公司烯烴二分公司，寧夏 銀川750411）

聚丙烯作為塑料材料中最輕材料的一種， 是由于其密度小的特點，具有高效的結(jié)晶性能，具有良好的電性能和高頻絕緣性，且不受濕度的影響，是較好的機械零件、耐腐蝕零件及絕緣零件的制作材料。 成核劑的主要工作原理是將聚丙烯不完全結(jié)晶的性質(zhì)進行改性，改變結(jié)晶行為，從而提高結(jié)晶速率、結(jié)晶密度，使結(jié)晶的尺寸變小，從而改善塑料材料的結(jié)晶周期，增強材料的沖擊強度、剛性、透明性以及光澤性。 下面將對于聚丙烯材料及成核劑進行分析，并將二者結(jié)合的原理進行探討。

1 簡述聚丙烯材料的生產(chǎn)工藝方法

在聚丙烯材料生產(chǎn)的過程中主要的工藝方法有幾大類：a.淤漿法，b.液相本體法，c.氣相法，在科技快速發(fā)展的現(xiàn)階段，很多傳統(tǒng)的工藝都將被取代， 淤漿法就是如今被淘汰的一種。 在現(xiàn)如今的市場上，氣相法的生產(chǎn)工藝是在進行聚丙烯材料制作中最常用的，在市場銷售的聚丙烯材料中，氣相法是最普遍的，該工藝方法生產(chǎn)的占據(jù)了差不多50%的份額。

國家能源集團寧夏煤業(yè)有限責(zé)任公司烯烴二分公司聚丙烯裝置引進Lummus Novolen 的氣相法聚合工藝包，新鮮丙烯與主催化劑、助催化劑三乙基鋁、硅烷及氫氣被送入反應(yīng)器。 聚合反應(yīng)以氣相形式進行， 通過螺帶式反應(yīng)器攪拌器對反應(yīng)器床層中的聚合物粉末進行攪拌， 在設(shè)計壓力和溫度下生產(chǎn)出聚丙烯粉料，粉料進入擠壓造粒機組，按照產(chǎn)品配方分別加入不同比例的成核劑、抗氧劑等固體添加劑，以提升產(chǎn)品質(zhì)量。

2 成核劑的特點分析

聚合物是由多種物質(zhì)構(gòu)成的，里面還含有大量的雜質(zhì)，這些雜質(zhì)的性能不穩(wěn)定，對于聚合物的結(jié)晶產(chǎn)生著一定的影響，有些在結(jié)晶過程中產(chǎn)生著積極的作用的，是促進結(jié)晶的雜質(zhì)，例如，成核劑就是一種促進結(jié)晶的雜質(zhì)。 有些是起著消極作用，是阻礙結(jié)晶的雜質(zhì)。 成核劑在添加到聚丙烯材料中時，促進的結(jié)晶的整體質(zhì)量，將結(jié)晶的晶體體積改變，體積變小，晶體顆粒更加的緊密，從而使結(jié)晶的速率也有很大的提升。 成核劑的特點主要有幾個方面：a.對拉伸強度的影響；b.對抗沖擊強度的影響；c.對抗沖擊強度的影響；d.提升材料自身的強度；e.提升材料的自身的光滑度；f.縮短注射周期的長度，使生產(chǎn)效率得到增強；g.防止注射產(chǎn)品產(chǎn)生收縮；h.對產(chǎn)品光穩(wěn)定性的影響；i.對產(chǎn)品長期耐熱的提升。

3 對于成核劑的成核原理進行探究

對于聚丙烯在使用成核劑之后的結(jié)晶變化的研究， 可以通過成核原來進行分析，當(dāng)前較為先進的應(yīng)是異相成核理論。

在異相成核理論中， 成核劑發(fā)揮著異相晶核的影響作用它的非極性部分在聚丙烯結(jié)晶的過程中會形成凹型表面，從而使聚丙烯的分子包裹進來，形成較為規(guī)整的分子鏈，反應(yīng)成核。 并且，成核分子的性能與聚丙烯材料自身分子的性能相近，也會促進結(jié)晶成核作用。 在聚丙烯材料中，加入一種類型的成核劑，可以看到晶核形成的速度是瞬間。 晶核的密度受溫度的影響發(fā)生變化，每升高4℃的結(jié)晶溫度，晶核的密度會相應(yīng)的增加一個等級。 成核的密度不受熔融溫度影響的。 此結(jié)晶現(xiàn)象引發(fā)了一系列的猜想，可能成核劑表面的臺階是晶核形成的地方。 在聚丙烯自身的材料中，只有聚丙烯溶體自身分子進行運動，才會產(chǎn)生晶核，完成結(jié)晶行為。 整個結(jié)晶過程慢且質(zhì)量不高的原因主要有兩方面，一種是由于結(jié)晶的晶核數(shù)量較少，另一種是成核的速率較慢，從而導(dǎo)致晶體的形態(tài)影響材料本身的性能。 成核劑添加完后，晶核的數(shù)量增加，聚丙烯自身的球晶在碰撞中分裂，尺寸就會縮小。 添加成核劑提高結(jié)晶程度和速度的變化，如圖1 所示。

圖1

4 成核劑技術(shù)在聚丙烯材料改性中的實際應(yīng)用

4.1 成核劑的種類

成核劑在聚丙烯的改性中起著至關(guān)重要的作用， 在目前市場上比較常見的有兩大類：α 晶型和β 晶型，并且這兩種成核劑已經(jīng)完全在市場上可以售賣。 這兩種成核劑的分法主要的依據(jù)是其在合成改性聚丙烯時所產(chǎn)生的作用，結(jié)合產(chǎn)生的晶體不同，α 晶型的成核劑主要用于產(chǎn)生α 晶型的聚丙烯材料，而β 晶型成核劑主要用于產(chǎn)生β 晶型的聚丙烯材料。

芳香族羧酸金屬鹽類、磷酸金屬鹽類、二（ 苯亞甲基）山梨醇（ 1+/）及其衍生物以及松香類等都是比較常見的成核劑。在要求環(huán)保的生產(chǎn)中，松香類是比較好的選擇，因為其組成為天然無刺激的物質(zhì)。相比于α 晶型成核劑的普遍引用，β 晶型成核劑沒有完全的被開發(fā)研制出來，主要的種類比較有限。

4.2 將不同成核劑應(yīng)用在聚丙烯材料中的對比效果

在進行試驗的同時， 我們選取了不同的成核劑應(yīng)用在聚丙烯材料中，進行反復(fù)對比，找出應(yīng)用中所產(chǎn)生的不同，主要選擇多種不同的α 晶型成核劑，以及β 晶型成核劑。

4.2.1 觀察成核劑加入的時間長短于聚丙烯材料本身的收縮情況的關(guān)系，通過記錄不同時間作用下，材料的收縮率，可以得出結(jié)論，添加成核劑的時間越長，收率下降的越快。

4.2.2 對于添加成核劑之后的聚丙烯材料自身所改變的性能進行測試。 將聚丙烯材料與成核劑按照說明書上規(guī)定的比例進行拌和，并添加其他類別的反應(yīng)助劑，然后冷卻干燥后，進行試樣的制備，從而通過研究試件測試聚丙烯材料的性能。 主要涉及到改性后材料的剛性、 韌性及流動性三個方面。 主要的測試標準為：拉伸斷裂應(yīng)力：50mm/min；屈服拉伸應(yīng)變：50mm/min；透光率和霧度：GB/T2410-2008；加入成核劑對聚丙烯材料流動性的影響，單位g/10min，通過實驗的數(shù)據(jù)記錄我們可以看出，在加入成核劑之后，聚丙烯樹脂材料所展現(xiàn)出的流動性與沒有加入成核劑之前差距性很小，幾乎可以忽略不計，但是，在加入到可控流變劑之后，聚丙烯樹脂材料的流動性明顯加快。 同樣，在測試成核劑的加入對于聚丙烯材料拉伸性能影響的時候，驗證了兩種情況，熔融速率相同與不同的情況，相同的熔融速率下，聚丙烯的材料拉伸性能是改變的，不同的熔融速率下，成核劑的添加會提升拉伸強度的數(shù)值，但是具有一個最高點，也就是在最高用量之后，在添加成核劑，對于材料的拉伸性能影響微乎其微。

4.2.3 加入成核劑對聚丙烯材料光學(xué)性能的影響（ 霧度數(shù)值小代表效果好）， 根據(jù)實驗數(shù)據(jù)加入不同成核劑時改性的聚丙烯材料的霧度以及透光度，從實驗現(xiàn)象中可以看出，加入成核劑以后，霧度以及透光度等光學(xué)性能明顯改善。

結(jié)束語

綜合各類試驗數(shù)據(jù)我們可以明顯的看到成核劑的加入對于聚丙烯材料性能的影響，材料的性能提升了，就會使材料的質(zhì)量更加滿足于使用者的要求。 由于改性的聚丙烯材料的應(yīng)用范圍十分的廣泛，所以加入成核劑之后材料的性能提升研究將會持續(xù)進行中，作為一個永久的研究課題，讓技術(shù)人員對于聚丙烯材料的質(zhì)量更完善。