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[摘 要]综述了聚丙烯的结构及研究现状，介绍了其β成核剂改性后，抗冲共聚聚丙烯的结构及其表征方法，并对发展前景作了展望。
[关键词]聚丙烯；成核剂；发展
中图分类号：TQ325.1+4 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）46-0051-01
聚丙烯是一种性能优良的热塑性合成树脂，具有密度小、无毒、易加工、强度高、化学稳定性及电绝缘性能好等优点，是通用树脂中耐热性最好的产品，在汽车工业、家用电器、电子、包装及建材家具等方面应用广泛。
1 聚丙烯发展现状
根据构型的差异，聚丙烯树脂分为等规聚丙烯、无规聚丙烯和间规聚丙烯；根据是否含有共聚单体，可以分为共聚聚丙烯和均聚聚丙烯；根据分子链序列结构的差异，又可以分为均聚、无规共聚和嵌段共聚。
从近年来聚丙烯生产情况看，亚洲基本上已取代了北美地区，成为世界上最大的聚丙烯生产地。聚丙烯的生产工艺主要有浆液法、本体法以及气相法工艺，今后世界范围新增及扩建能力主要趋向于采用本体法和本体-气相组合工艺。随着市场竞争的日趋激烈以及电子和汽车等工业的发展，成本低、耐热、力学性能及电学性能优良、加工性能好的材料需求量越来越大。聚丙烯作为三大通用塑料之一，必须在保持其他性能的同时大大提高其力学性能才能满足现代社会的使用需求。随着消费结构的变化，在巩固均聚聚丙烯的同时，各大聚丙烯的专利商和生产商都致力于性能优越的无规和抗冲聚丙烯的开发和生产。
为适应高性能聚丙烯产品的需求，在现有工艺和催化剂体系下，对聚丙烯的基础树脂进行改性，成为近年来的发展主流。改性的主要手段有添加添加剂、共混以及接枝等。为了提高聚丙烯的抗冲击强度，主要采用共混的方法。由于机械共混达不到真正意义上的均匀状态，共混物的冲击强度并没有显著提高。因此，应该在聚合过程中完成共混，即在催化剂不失活的条件下，丙烯均聚合后再使丙烯和乙烯共聚合生成乙丙橡胶相，乙丙橡胶就能均匀地分散在聚丙烯的基质中，达到均匀共混的目的。
聚丙烯具有机械性能好、无毒、相对密度低、耐热、耐化学品等优点，且价格低廉，能通过加工改性赋予其突出的物理机械性能，是取代工程塑料的优选品种，是五大通用合成树脂中增长最快、新品种开发最活跃的品种。然而，聚丙烯本身韧性差、模塑收缩率大、耐低温性差等性能的不足，极大地限制了其发展和应用。改性聚丙烯成为聚丙烯发展的主要方向，通过添加成核剂调控聚丙烯的结晶行为和结晶形态，从而达到改善聚丙烯性能的目的。近年来国内外对聚丙烯成核剂的研究和开发相当活跃，目前成核剂的种类很多，已商品化的品种也很多。研究发现，多种羧酸及其金属盐类对聚丙烯有成核作用。这类成核剂在提高聚丙烯的抗冲击性、刚性、表面光泽性等方面具有良好的平衡性，而且成本相对低廉，在聚丙烯的增刚、增光和抗冲改性中具有较好的应用前景。
2 聚丙烯的β成核剂改性
传统聚丙烯材料抗冲击强度差，低温脆性欠佳。近年来，聚丙烯高性能化技术的研究尤其活跃，如嵌段共聚合、高结晶化、合金化、高分子量化、复合化、形态控制和交联等。其中，通过结晶形态的控制，可以有效改善聚丙烯的微观形态，从而改善聚丙烯的力学性能，尤其是提高其冲击性能和耐寒性能。β晶型的聚丙烯具有优异的冲击性能，易于拉伸，具有较高的热变形温度。制备β晶型聚丙烯成为公众的研究焦点，公认的最有效和实用的方法是添加β成核剂调控聚丙烯结晶的微观形态，显著影响聚丙烯的各项性能，具有广阔的应用前景。
（l）成核剂影响聚丙烯的结晶和熔融性能
当在PP中加入成核剂时，就会发生异相成核结晶过程，成核剂通常在PP中起到晶核作用。异相成核结晶的速度取决于成核剂对PP分子链的吸附作用以及分子链段向晶核扩散和规整堆积的速度。成核剂的吸附作用越强，越有利于PP分子链段扩散到晶核表面堆砌生长，同时PP分子链段向晶核移动的速度就越大，结晶速度越快，结晶温度就越高。因此，结晶温度常作为评价成核剂成核能力的指标。
（2）成核剂影响聚丙烯的力学性能
成核剂对PP微观结晶性能的影响直接反映在PP力学性能上。成核剂的加入使PP的结晶形态发生了变化，因此，PP的力学性能必然发生相应的变化。成核剂的加入除了增加PP的结晶温度和结晶度外，还有利于更厚的取向皮层结构的形成。异相成核通常可使皮层厚度增加3～5倍。皮层厚度取向相似于单向增强，可使PP获得较高的刚性。成核剂的加入使得PP球晶细化并形成完善性高的结晶，有利于PP强度的提高。形态对PP断裂韧性影响的研究表明，球晶尺寸一样时，结晶度增加，断裂韧性下降，而结晶度相同时，球晶尺寸越小，断裂韧性越高。显然，成核PP冲击强度提高的主要原因在于其球晶尺寸变小。总之，成核剂通过改变PP结晶形态来影响其物理力学性能，通常成核PP具有较高的拉伸强度与模量、高的热变形温度、硬度和透明性[1]。
（3）成核剂影响聚丙烯的光学性能
PP虽属结晶性塑料，但结晶往往不完全，其结晶部与非结晶部由于折射率不同，容易形成内部光雾，影响其透明性。物质的折射率与密度有关。如果一种聚合物，其晶相密度与非晶相密度非常接近，光线在晶区界面上几乎不发生折射和反射，或者当晶区的尺寸小到比可见光的波长还小，这时光也不发生折射和反射，所以，即使结晶度高，也不会影响高聚物的透明性[2]。可见，加入成核剂使PP结晶均质化、微细化，故降低PP的雾度，提高了光泽度，改进了透明性。
（4） 成核剂影响聚丙烯的加工性能
在不同晶型结构中，PP的分子链构象基本上都为三重螺旋结构，但球晶形态及其晶片结构之间的相互排列却有很大差异，不同晶型的PP具有不同结晶参数和加工与应用性能。PP的结晶度、球晶尺寸、结晶速度也是影响其加工应用性能的重要因素。球晶尺寸越小，结晶速度越快，对PP的加工和改性就越有利。
PP熔融冷却时，伴随着结晶过程还有分子排列紧密引起的明显收缩，因此，PP的收缩率比较大，易产生内应力，引起翘曲现象。当加入成核剂时，PP的结晶温度提高，结晶温度随晶核密度的增加而升高，这就形成很多球晶。在相同的结晶条件下，加成核剂得到的球晶尺寸远小于不加成核剂的PP的球晶。球晶尺寸的减小，使分子来不及规整排列，有利于减小收缩[3]。另外，由于在PP中加入了成核剂，提高了PP结晶的倾向性，可防止制品产生后结晶现象，这样就可以改进制品在长期贮存情况下的机械性能和尺寸稳定性。由于成核剂提高了PP的结晶温度，结晶速度大大加快，使得PP在注射成型时可快速脱模，成型周期缩短；另外也可在PP注射成型过程中用较高的注模温度，降低注射压力。
3 结语
总之，对于不完全结晶的聚合物（如聚烯烃、聚酯和聚酞胺等）而言，结晶行为及晶粒结构直接影响制品的加工和性能。随着通用塑料工程化进程的加快，应用领域对聚烯烃制品加工和应用性能的要求越来越高，利用成核剂进行结品改性己成为当今世界聚烯烃物理改性的重要途径。添加成核剂能够促进结晶过程的迅速完成，有利于缩短成型周期，保证最终产品的尺寸稳定性，并且能赋予制品良好的物理机械性能。聚烯烃成核剂的品种开发己引起了全球范围的广泛关注，预计未来几年仍以两位数的年平均增长速度递增，它是塑料助剂中发展速度最快的门类之一。
参考文献
[1] 卢晓英，义建军.抗冲共聚聚丙烯结构研究进展[J]高分子通报，2010，（8）：87-8
[2] 窦强.新型聚丙烯汽车保险杠专用料的研制[J]合成树脂及塑料，2004，21（l）：27-3
[3] 吴长江，陈伟.反应器内生产抗冲改性聚丙烯的工艺进展[J]合成树脂及塑料，2006，2（3）：7-74
[关键词]聚丙烯；成核剂；发展
中图分类号：TQ325.1+4 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）46-0051-01
聚丙烯是一种性能优良的热塑性合成树脂，具有密度小、无毒、易加工、强度高、化学稳定性及电绝缘性能好等优点，是通用树脂中耐热性最好的产品，在汽车工业、家用电器、电子、包装及建材家具等方面应用广泛。
1 聚丙烯发展现状
根据构型的差异，聚丙烯树脂分为等规聚丙烯、无规聚丙烯和间规聚丙烯；根据是否含有共聚单体，可以分为共聚聚丙烯和均聚聚丙烯；根据分子链序列结构的差异，又可以分为均聚、无规共聚和嵌段共聚。
从近年来聚丙烯生产情况看，亚洲基本上已取代了北美地区，成为世界上最大的聚丙烯生产地。聚丙烯的生产工艺主要有浆液法、本体法以及气相法工艺，今后世界范围新增及扩建能力主要趋向于采用本体法和本体-气相组合工艺。随着市场竞争的日趋激烈以及电子和汽车等工业的发展，成本低、耐热、力学性能及电学性能优良、加工性能好的材料需求量越来越大。聚丙烯作为三大通用塑料之一，必须在保持其他性能的同时大大提高其力学性能才能满足现代社会的使用需求。随着消费结构的变化，在巩固均聚聚丙烯的同时，各大聚丙烯的专利商和生产商都致力于性能优越的无规和抗冲聚丙烯的开发和生产。
为适应高性能聚丙烯产品的需求，在现有工艺和催化剂体系下，对聚丙烯的基础树脂进行改性，成为近年来的发展主流。改性的主要手段有添加添加剂、共混以及接枝等。为了提高聚丙烯的抗冲击强度，主要采用共混的方法。由于机械共混达不到真正意义上的均匀状态，共混物的冲击强度并没有显著提高。因此，应该在聚合过程中完成共混，即在催化剂不失活的条件下，丙烯均聚合后再使丙烯和乙烯共聚合生成乙丙橡胶相，乙丙橡胶就能均匀地分散在聚丙烯的基质中，达到均匀共混的目的。
聚丙烯具有机械性能好、无毒、相对密度低、耐热、耐化学品等优点，且价格低廉，能通过加工改性赋予其突出的物理机械性能，是取代工程塑料的优选品种，是五大通用合成树脂中增长最快、新品种开发最活跃的品种。然而，聚丙烯本身韧性差、模塑收缩率大、耐低温性差等性能的不足，极大地限制了其发展和应用。改性聚丙烯成为聚丙烯发展的主要方向，通过添加成核剂调控聚丙烯的结晶行为和结晶形态，从而达到改善聚丙烯性能的目的。近年来国内外对聚丙烯成核剂的研究和开发相当活跃，目前成核剂的种类很多，已商品化的品种也很多。研究发现，多种羧酸及其金属盐类对聚丙烯有成核作用。这类成核剂在提高聚丙烯的抗冲击性、刚性、表面光泽性等方面具有良好的平衡性，而且成本相对低廉，在聚丙烯的增刚、增光和抗冲改性中具有较好的应用前景。
2 聚丙烯的β成核剂改性
传统聚丙烯材料抗冲击强度差，低温脆性欠佳。近年来，聚丙烯高性能化技术的研究尤其活跃，如嵌段共聚合、高结晶化、合金化、高分子量化、复合化、形态控制和交联等。其中，通过结晶形态的控制，可以有效改善聚丙烯的微观形态，从而改善聚丙烯的力学性能，尤其是提高其冲击性能和耐寒性能。β晶型的聚丙烯具有优异的冲击性能，易于拉伸，具有较高的热变形温度。制备β晶型聚丙烯成为公众的研究焦点，公认的最有效和实用的方法是添加β成核剂调控聚丙烯结晶的微观形态，显著影响聚丙烯的各项性能，具有广阔的应用前景。
（l）成核剂影响聚丙烯的结晶和熔融性能
当在PP中加入成核剂时，就会发生异相成核结晶过程，成核剂通常在PP中起到晶核作用。异相成核结晶的速度取决于成核剂对PP分子链的吸附作用以及分子链段向晶核扩散和规整堆积的速度。成核剂的吸附作用越强，越有利于PP分子链段扩散到晶核表面堆砌生长，同时PP分子链段向晶核移动的速度就越大，结晶速度越快，结晶温度就越高。因此，结晶温度常作为评价成核剂成核能力的指标。
（2）成核剂影响聚丙烯的力学性能
成核剂对PP微观结晶性能的影响直接反映在PP力学性能上。成核剂的加入使PP的结晶形态发生了变化，因此，PP的力学性能必然发生相应的变化。成核剂的加入除了增加PP的结晶温度和结晶度外，还有利于更厚的取向皮层结构的形成。异相成核通常可使皮层厚度增加3～5倍。皮层厚度取向相似于单向增强，可使PP获得较高的刚性。成核剂的加入使得PP球晶细化并形成完善性高的结晶，有利于PP强度的提高。形态对PP断裂韧性影响的研究表明，球晶尺寸一样时，结晶度增加，断裂韧性下降，而结晶度相同时，球晶尺寸越小，断裂韧性越高。显然，成核PP冲击强度提高的主要原因在于其球晶尺寸变小。总之，成核剂通过改变PP结晶形态来影响其物理力学性能，通常成核PP具有较高的拉伸强度与模量、高的热变形温度、硬度和透明性[1]。
（3）成核剂影响聚丙烯的光学性能
PP虽属结晶性塑料，但结晶往往不完全，其结晶部与非结晶部由于折射率不同，容易形成内部光雾，影响其透明性。物质的折射率与密度有关。如果一种聚合物，其晶相密度与非晶相密度非常接近，光线在晶区界面上几乎不发生折射和反射，或者当晶区的尺寸小到比可见光的波长还小，这时光也不发生折射和反射，所以，即使结晶度高，也不会影响高聚物的透明性[2]。可见，加入成核剂使PP结晶均质化、微细化，故降低PP的雾度，提高了光泽度，改进了透明性。
（4） 成核剂影响聚丙烯的加工性能
在不同晶型结构中，PP的分子链构象基本上都为三重螺旋结构，但球晶形态及其晶片结构之间的相互排列却有很大差异，不同晶型的PP具有不同结晶参数和加工与应用性能。PP的结晶度、球晶尺寸、结晶速度也是影响其加工应用性能的重要因素。球晶尺寸越小，结晶速度越快，对PP的加工和改性就越有利。
PP熔融冷却时，伴随着结晶过程还有分子排列紧密引起的明显收缩，因此，PP的收缩率比较大，易产生内应力，引起翘曲现象。当加入成核剂时，PP的结晶温度提高，结晶温度随晶核密度的增加而升高，这就形成很多球晶。在相同的结晶条件下，加成核剂得到的球晶尺寸远小于不加成核剂的PP的球晶。球晶尺寸的减小，使分子来不及规整排列，有利于减小收缩[3]。另外，由于在PP中加入了成核剂，提高了PP结晶的倾向性，可防止制品产生后结晶现象，这样就可以改进制品在长期贮存情况下的机械性能和尺寸稳定性。由于成核剂提高了PP的结晶温度，结晶速度大大加快，使得PP在注射成型时可快速脱模，成型周期缩短；另外也可在PP注射成型过程中用较高的注模温度，降低注射压力。
3 结语
总之，对于不完全结晶的聚合物（如聚烯烃、聚酯和聚酞胺等）而言，结晶行为及晶粒结构直接影响制品的加工和性能。随着通用塑料工程化进程的加快，应用领域对聚烯烃制品加工和应用性能的要求越来越高，利用成核剂进行结品改性己成为当今世界聚烯烃物理改性的重要途径。添加成核剂能够促进结晶过程的迅速完成，有利于缩短成型周期，保证最终产品的尺寸稳定性，并且能赋予制品良好的物理机械性能。聚烯烃成核剂的品种开发己引起了全球范围的广泛关注，预计未来几年仍以两位数的年平均增长速度递增，它是塑料助剂中发展速度最快的门类之一。
参考文献
[1] 卢晓英，义建军.抗冲共聚聚丙烯结构研究进展[J]高分子通报，2010，（8）：87-8
[2] 窦强.新型聚丙烯汽车保险杠专用料的研制[J]合成树脂及塑料，2004，21（l）：27-3
[3] 吴长江，陈伟.反应器内生产抗冲改性聚丙烯的工艺进展[J]合成树脂及塑料，2006，2（3）：7-74