成核剂

加快结晶速率等效果的助剂

成核剂,是 电子工程 领域名称。是用来提高结晶型聚合物的 结晶度 、加快其结晶 速率 的一种助剂。

正文

成核剂是用来提高结晶型聚合物的结晶度、加快其结晶速率的一种助剂。成核剂的使用与否直接关系到结晶型塑料的收缩率、尺寸稳定性、透明性和机械强度,因此也是在塑料加工中不容忽视的一种助剂。此外,结晶促晶剂作为成核剂的一种,可应用于糖果巧克力生产领域,能优化未加氢CBS、低 反式,反式-己二烯二酸 CBS 代可可脂 、低饱和脂肪馅料等糖果脂肪体系的结晶速度;具有加快冷却脱模、延长产品货架期、减少“起霜迁移”的作用;还可帮助解决从高饱和脂肪配方转向低饱和脂肪配方过程中出现的稳定性与结晶问题。

原理

结晶型聚合物制成的塑料只有达到了一定的结晶度并有合适的结晶形态才有理想的机械强度和其它使用性能。例如分子量为10万的 聚乙烯 ,若结晶度在60%以下则制品的机械强度甚差;低结晶度 聚丙烯 的 熔点 、硬度、刚性也都很低。即使达到了一定 结晶度 的聚合物其性能还与结晶形态密切相关,例如具有70%结晶度的聚丙烯可以有 聚烯烃 塑料中最高的耐热性、良好的拉伸强度和刚性,但加工得不好则它的冲击强度和透明性可甚差,这与聚丙烯冷却结晶时所形成的球晶大小及分布有关。如果生成的球晶大而疏,就呈 脆性 和不透明性——球晶直径与其缺口抗冲强度成反比;反之若球晶小而密就能明显地改善这两方面的缺点而又保持别的优点。

所谓球晶是聚合物熔体在冷却过程中,分子链间进行呈球状之有规排列的一种状态。处于熔融状态的大分子链的运动是无规的,但在某些区域也会出现几个链段聚集在一起呈现有序的结晶,这些有序区可随温度的变化而不断形成和消失,不过一旦有序区尺寸达到了临界值,便稳定存在而形成晶核。这些晶核的生成可以均相 成核 也可异相成核,一般聚合物同时存在这二种成核的可能性。均相成核是依靠熔体中分子链段所形成的局部有序在时集时散的过程中某些超过临界尺寸的有序区稳定下来所变成的品核,这些局部有序区在较高的温度下易被分子链的热运动所破坏,所以这类均相成核只有在较低的温度下才能保持。异相成核是分子链依附于残留在熔体中的各种杂质粗糙表面上的有序排列,在杂质与熔体分子间产生某些 化学 结合力(如 氢键 )的情况下所生成的有序排列就更为快速稳定,它们在较高的温度下即能成核结晶。

对 成核 有帮助作用的这类杂质就是成核剂。由于 均相成核 要在较低的冷却温度下才能实现,而异相成核可在较高的温度下进行,因此为了提高结晶速度,往往添加各种成核剂。添加成核剂后在工艺上的突出优点是能在较高温度下脱模,因为在较高温度下即可达到较完善的结晶,不致在室温下存放时再继续结晶而引起尺寸变化,这样就可缩短加工周期又提高制品质量,由此可知添加成核剂对结晶 速率 慢的聚合物是必不可少的。

聚对苯二甲酸乙二醇 ( PET )是结晶型聚合物中结晶速率很慢的一种,由于它的分子中有刚性的 苯环 结构,使它的分子链要在较高的温度下才能运动,故排列成有序结构的结晶过程也要在较高的温度下(130-150℃)才行。(如壁厚3毫米的PET制品在室温模具中成型时制品内的 结晶度 几乎为零。)但在加工过程中要将注射模保持这样高的温度,在设备要求上有困难,所以很希望PET的结晶能在较低温度下(如100℃以下)进行,为此需添加 增塑剂 ( 磷酸酯 等,以降低其分子链的活化能而便于运动,同时也要加入成核剂( 苯甲酸钠 等)以加快其结晶 速率 ,才能使PET的应用从纤维、薄膜扩大到塑料制品。

成核剂的品种与性能

(一) 羧酸 类

1. 苯甲酸 ( 安息香酸 ):白色针状 晶体 ,比重1.2659, 熔点 122℃, 沸点 249℃,在100℃时 升华 ,闪点120℃,微溶于水,可溶于 乙醇 、 乙醚 、 三氯甲烷 、苯、 二硫化碳 、 四氯化碳 和 松节油 。加热至870℃分解成苯和 二氧化碳 。可燃。

2.已二酸( 己二酸 ):白色结晶粉末,比重1.3366,熔点152℃,沸点330℃(分解),溶于水、醇、丙 、乙醚,不溶于 石油醚 和苯,能升华。已 二酸 可由 苯酚 氢化 成 环己醇 ,再经 催化 氧化而成。

3.二 苯基 醋酸 :无色无嗅 晶体 .溶于乙醇、乙醚、氯仿、热水。 熔点 147-149℃,能升华。

(二)金属盐类

1. 苯甲酸钠 :白色无嗅粉状晶体,带有甜涩味,溶于水和解,可燃,低毒。可由 碳酸氢钠 溶液中和 苯甲酸 ,再经过滤、蒸发、结晶制得。

2. 十八酸钠 :白色粉末,有脂肪味,可溶于热水和热醇,微溶于冷水和冷醇,不溶于许多有机 溶剂 。

3. 十八酸钙 :白色粉末,熔点179℃,不溶于水,微溶于热醇,遇酸和碱分解,毒。

4. 乙酸钠 :无色无嗅结晶、可溶于水和醚类,微溶于醇,比重1.528, 熔点 324℃,可燃,低毒.自燃温度610℃。

5. 对苯酚 磺酸钠 :无色粒状结晶,高温下 炭化 ,放出苯酚,可溶于水、热醇、 丙三醇 。

6.对苯酚磺酸钙:白色无嗅结晶粉末,可溶于水和醇。

7. 苯酚钠 :白色易吸湿结晶粉末,可溶于水和醇,为空气中 二氧化碳 所 水解 。

(三) 无机化合物 成核剂

1. 氮化硼 (BN):氮化硼是最简单的硼氮 有机高分子化合物 ,与 石墨矿 相象,具有六角形结构。它是一种白色结晶状粉末, 粒径 1微米左右,大约在3000℃和一定压力下熔融,微溶于水,与水沸煮时缓慢水解成 硼酸 和氨,能耐热至2000℃左右。有良好的介电性能,不燃,低毒。可由硼 亚胺热裂或由硼酸与 磷酸钙 等在氨气中加热而制得。

2. 碳酸钠 (此碱或 苏打 ):白色粉末,比重2.532, 熔点 851℃,易溶于水, 水溶液 呈强碱性,不溶于 乙醇 、 乙醚 。吸湿性强,吸湿后结硬块并能从潮湿空气中逐渐吸收 二氧化碳 而成 碳酸氢钠 。

3. 碳酸钾 ( 钾碱 ):白色结晶粉末,比重2.428,在湿空气中 潮解 ,熔点891℃,极易溶于水而呈碱性反应,不溶于乙醇和乙醚,冷却其饱和的水溶液有 玻璃 状 单斜晶系 水合物 结晶析出,在100℃时即失去 结晶水 。

4.其他: 粒径 在0.01-1微米左右的 滑石 、云母、 二氧化钛 、 二氧化硅 、 氧化铝 、 硅酸盐 、玻璃粉、 碳酸镁 等都可作为成核剂使用,用量一般在1%左右。

参考资料

  1. 糖果产品的结晶促晶剂 Palsgaard 2026-05-18