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。
成核剂作为聚合物的改性助剂,其作用机理主要是:在熔融状态下,由于成核剂提供所需的晶核,聚合物由原来的均相成核转变成异相成核,从而加速了结晶速度,使晶粒结构细化,并有利于提高产品的刚性,缩短成型周期,保持最终产品的尺寸稳定性,抑制光散射,改善透明性和表面光泽及聚合物的物理机械性能(如刚度、模量),缩短加工周期等。而作为成核剂中重要的一类,透明剂的主要作用则是改善聚合物光学效果。
成核剂行业现状分析
我国对成核剂的研究、开发始于20世纪80年代,种类很多,现在实用且价格便宜和商品化的成核剂主要可分为无机成核剂、有机成核剂和高分子成核剂。此外,将PP中的α-晶型转变为β-晶型的转晶剂,通常也被归纳在成核剂中。近年来国内外许多单位对PP成核剂的研究相当活跃,已商品化的成核剂种类很多,其中山梨醇衍生物类与有机磷酸盐类对PP的透明性有显著的改进作用。目前,山梨醇衍生物类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。
我国成核剂的开发和应用发展迅猛,品种和产量有一定的增加,国内研究开发的成核剂产品价格远远低于国外产品,但在品种和质量稳定性方面有待提高和完善,产品结构和效益规模方面也还有大量的工作要做,要重点进行高效、无毒成核剂的开发和生产,尽快在国内形成一个新的助剂产业。
成核剂作为我国聚丙烯生产升级的重要原材料,其需求量也在快速增长。数据显示,2019年我国成核剂总需求量为6800吨,预计到2021年总需求量将达到8600吨。不过近年来国产成核剂发展迅速,产业处于国产替代的关键阶段,2019年我国成核剂供给量为1500吨,预计到2021年供给量将达到2330吨。
我国成核剂进口替代率正逐年提升,2019年我国成核剂进口替代率为22.06%,比2016年提升了4.41%,到2021年我国成核剂进口替代率将达到27.09%。国内参与成核剂竞争的企业中,只楚化学以及上海齐润也在逐步实现进口替代。目前,国内同行业竞争对手进口替代的产品以透明成核剂为主。
根据中研普华产业研究院发布的《2021-2026年中国成核剂行业深度调研与发展趋势预测研究报告》显示:
在近几年,我国高度重视高性能树脂与改性塑料等新材料产业的发展,也相继出台了一系列鼓励产业发展的政策,具体包括《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》、《塑料加工业“十三五”发展规划指导意见》、《国家重大科技基础设施建设中长期规划(2012—2030年)》等。而随着相关利好政策的持续推进,我国高性能脂产业呈现出了良好的发展态势,这也同时会助力国内成核剂市场的进一步发展。
由于国内聚丙烯生产慢慢向高端化发展,高性能聚丙烯占聚丙烯整体比重在慢慢提升,生产高性能聚丙烯材料所需的助剂需求也在上升,而成核剂作为中国聚丙烯生产升级的重要原材料,其需求量也在快速增长。
美利肯、协和化学和新日本理化为我国成核剂主要进口供应商。其中,美利肯在国内市场份额上处于领先地位。协和化学、堺化学为我国合成水滑石主要进口供应商,在我国合成水滑石的高端应用领域内的市场份额处于领先地位。
山梨醇衍生物类、羧酸金属盐类、有机磷酸盐类、松香酸盐类等成核剂在PP中的应用各有优缺点。国内成核剂研究应以山梨醇衍生物类为主,但要提高产品纯度,降低合成过程中残余的游离醛,减少异味。有机磷酸盐类、松香酸盐类成核剂有提高PP透明度和刚性的特点,且无毒无味,应加强这两种成核荆的研究开发。
成核剂作为聚烯烃树脂结晶的改性助剂,能够使塑料制品具有良好的加工性能和使用性能,为了充分发挥各成核剂的优势,近年来发展方向主要是成核剂的复配。无机、有机或不同结构的成核荆有显著的协同效应,多组分复合是现代聚合物助剂开发的重要趋势。
β晶型PP成核剂除保持了α晶型成核剂良好的综合性能外,还具有良好的韧性,其断裂伸长率、抗缺口冲击强度较α晶型高数倍,热变形温度可提高1O~25℃,熔点降低15℃,并能把α晶型转变成β晶型。 晶型成核剂PP专用料的高刚性、高韧性、高耐热性等高性能方面有良好的应用前景。添加β晶型成核剂,诱发PP的β结晶是目前生产商品化β晶型PP的唯一途径,也是当今成核剂技术开发和研究的新领域及热点。
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