聚丙烯成核剂作用原理与构效策略

周硕; 赵丹阳; 袁金颖

doi:10.7536/PC20251002

化学进展 ›› 2026, Vol. 38 ›› Issue (7) :1269-1279 DOI: 10.7536/PC20251002

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聚丙烯成核剂作用原理与构效策略

周硕 ¹ ,
赵丹阳 ² ,
袁金颖 ¹^,^*

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Principle of Action and Structure-Activity Strategy of Polypropylene Nucleating Agents

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摘要

聚丙烯作为一种广泛使用的聚合物材料，具有密度低、易于加工、耐腐蚀性好等优势。未改性的聚丙烯结晶缓慢、球晶尺寸大、产品的透明度与抗冲击性低。在加工过程中加入成核剂可以加快聚丙烯结晶速率，改善产品力学性能，从而拓宽其应用领域。本文总结了聚丙烯成核剂的近年发展，从化学结构与组成出发介绍了不同类型的成核剂，包括山梨醇类、羧酸盐及磷酸盐类、酰胺类、高分子类及其他，从分散性、熔点、分子结构的构效关系角度出发评述了成核剂的作用原理和成核剂结构-成核效果的构效关系研究进展。最后对该领域还需继续探索优化的问题进行总结，并对未来成核剂的发展方向进行了展望。

Abstract

Polypropylene， a widely used polymer material， has the advantages of low density， easy processing and good corrosion resistance. Unmodified polypropylene crystallizes slowly yielding large spherical crystal sizes， and leads to low product transparency and impact resistance. The addition of nucleating agents can accelerate the crystallization rate of polypropylene and improve the mechanical properties of the products， thus broadening their application areas. This review summaries the recent development of nucleating agents for polypropylene， introduces different types of nucleating agents， including sorbitol， carboxylates and phosphates， amides， polymers， and others， discusses the nucleating mechanism and effect from dispersibility， melting point， and structure-effect. At last， summarizes the aspects that can be further explored， and looks forward to the future development.

Contents

1 Introduction

2 Sorbitol

2.1 Nucleation mechanism

2.2 Nucleating agent types

3 Carboxylates and phosphates

3.1 Carboxylates

3.2 Phosphates

4 Amide

5 Polymer

6 Others

7 Conclusion and outlook

Graphical abstract

关键词

聚丙烯 / 结晶 / 成核剂 / 构效关系

Key words

polypropylene / crystallization / nucleating agents / structure-effect relationships

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周硕, 赵丹阳, 袁金颖. 聚丙烯成核剂作用原理与构效策略[J]. 化学进展, 2026, 38(7): 1269-1279 DOI:10.7536/PC20251002

Shuo Zhou, Danyang Zhao, Jinying Yuan. Principle of Action and Structure-Activity Strategy of Polypropylene Nucleating Agents[J]. Progress in Chemistry, 2026, 38(7): 1269-1279 DOI:10.7536/PC20251002

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1 引言

聚丙烯是一种用途广泛的通用塑料，其加工性能良好、耐腐蚀性好、绝缘性良好、密度低，被广泛应用于运输、包装、电力等领域^[1-6]。聚丙烯结晶过程包括成核与生长两阶段，纯聚丙烯因为成核位点少，因此结晶缓慢、球晶尺寸大、光学力学性能受到限制。在加工过程中加入成核剂可以实现聚丙烯产品性能的提升。成核剂为聚丙烯提供结晶位点，改变聚丙烯分子链的排列，影响晶区的形成与分布，最终改善产品宏观表现。通过加入不同种类的成核剂，可以实现聚丙烯性能的调控以及多性能产品的稳定获取^[7-11]。

聚丙烯具有α、β、γ、ε及拟六方态5种晶型。α晶的聚丙烯是热力学与动力学上最易生成、综合性能最好、工业上最常使用的一种聚丙烯。β晶型的聚丙烯可以在特殊冷却条件、剪切速率及成核剂的使用下加工得到，因其独特的力学与多孔性质，从而在管材、蓄电池槽、电容器粗化膜、过滤分离膜等多方面有所应用。γ、ε及拟六方态晶型的聚丙烯具体获取过程较为严苛，其应用价值有待进一步探索开发。

为获取具有不同晶型的聚丙烯，往往需要添加对应成核剂，实现增加特定晶型比例的目的。本文主要围绕可形成α、β晶型的成核剂进行综述。从成核剂化学组成进行分类，分别阐述其作用机理，论述结构与成核效果进展，并对新型成核剂的发展方向进行展望。

2 山梨醇类

山梨醇类成核剂是一类α成核剂，其分散性好、加工产物光学性能优异，因而受到广泛关注。山梨醇类成核剂的改进与研发一直是领域内研究热点^[12-16]。

2.1 成核机理

相较无机类成核剂，山梨醇类成核剂具有独特的成核机理。目前研究人员普遍认为：在加工过程中，成核剂于聚丙烯熔体中溶解，在降温冷却过程中，成核剂于聚丙烯熔体中析出，形成纤维网络结构，聚丙烯链在纤维网络表面成核结晶^[17-20]。众多研究者进行了实验验证，Smith等^[21]提出山梨醇分子在空间中呈V字形排列，聚丙烯螺旋链于V字结构上外延生长。Shepard等^[18]通过扫描电子显微镜证实了山梨醇类成核剂在聚丙烯熔体中的纤维结构。后续相关实验证明^[22]，山梨醇类成核剂也可以在多种溶剂中自组装成纤维结构。为获得雾度低、透明度高的产品，山梨醇类成核剂的加入量须在一定的范围之中。加入量过低，成核剂分子无法在聚丙烯熔体中组装，达不到成核效果。加入量过高，超过体系溶解度，将降低产品透明度。通过对体系熔点、结晶温度、黏度进行表征，可以获得山梨醇成核剂加工温度及最优投料量的关系^[19]。

2.2 成核剂种类

目前已商品化并且被广泛应用的山梨醇类成核剂主要有Milliken公司的第三代成核剂1，3；2，4-双（3，4-二甲基亚苄基）山梨醇（Millad 3988、DMDBS）以及第四代成核剂1，2，3-三脱氧-4，6：5，7-双-O-（4-丙基亚苄基）（Millad NX 8000、TBPMN）。第三代成核剂DMDBS的性能比第一代、第二代显著提升，克服了在增透性、气味、加工性能等方面的不足。第四代成核剂对分子中的山梨醇结构进行了改变，降低了成核剂的熔点并增加其溶解度，从而大幅降低了加工所需温度，减少了能量消耗。

基于山梨醇类成核剂优异的成核效果，许多研究从分子结构出发，对成核剂进行改进。Feng等^[23]将（3-巯基）丙基-七异丁基多面体寡聚倍半硅氧烷（POSS-SH）与DMDBS通过化学反应相结合，得到POSS-DMDBS分子。通过广角X射线衍射仪、偏光显微镜、原子力显微镜、差示扫描量热仪和拉伸试验，系统研究了以POSS-DMDBS为成核剂的等规聚丙烯（iPP）结晶和力学性能。他们发现加入POSS-DMDBS后，iPP的球晶尺寸明显减小（图1），结晶温度增加5~9 ℃，拉伸模量较原始iPP显著增加，证明POSS-DMDBS对iPP的成核效率与DMDBS相似。

为获得具有更高透明度的产品，Dobrzyńska-Mizera等^[24]将硅氧烷-倍半硅氧烷树脂（SiOPh）与DMDBS物理混合后对聚丙烯进行拉伸加工。通过对产物的结晶形态、透明度和力学性能进行表征，他们发现当SiOPh和DMDBS的质量分数分别为1%和0.25%时，产品的各项性能最佳。

近年来，合成具有特定功能的山梨醇类成核剂仍是国内外研究热点，亦有多种α成核剂实现了商品化。为了克服山梨醇类成核剂热不稳定性以及提高成核效率，开发更绿色、分散性好、多功能的山梨醇类成核剂是一个重要的研究方向。

3 羧酸盐及磷酸盐类

3.1 羧酸盐

与山梨醇类成核剂相比，羧酸盐类成核剂对聚丙烯的光学改性作用相对较弱，但其可以改善聚丙烯的力学性能与结晶速率，因此在工业中也存在对应的使用场合^[25-27]。苯甲酸钠是一种简单易制备的有机羧酸盐类成核剂。虽然其对聚丙烯的光学性能的改善略有不足，但由于廉价易得，因此被大量使用于较低端与对光学性能要求较低的聚丙烯产品中。

庚二酸钙是一种优秀的β晶成核剂。其组成中有机二羧酸盐与钙盐均是有效促进聚丙烯生成β晶的成核剂。Yue等^[28]系统地研究了庚二酸钙（CaPim）对iPP成核的效果。通过差示扫描量热仪比较纯iPP和庚二酸钙改性iPP的结果，他们发现庚二酸钙的存在缩小了结构域II（自成核结构域）的温度宽度（图2）。通过傅里叶变换红外光谱、小角和广角X射线散射他们揭示了自成核机理：在熔融后期，CaPim使iPP中小尺度螺旋和相对大尺度结晶结构更稳定，可以在较高温度下存在，从而提升了结晶度。

增加聚丙烯中β晶含量可以有效增加聚丙烯产品的力学性能，通过探究β晶成核剂的成核机理可以可控地调节所需产品的各种性能。Liu等^[29]采用差示扫描量热仪、广角X射线衍射仪和偏光显微镜研究了四氢邻苯二甲酸锌（NA）诱导iPP成核和结晶的行为。结果表明NA可显著提高iPP中β晶的相对含量（K_β）。当NA质量分数为0.10%时，K_β值达到最大值0.972。通过非等温结晶表征，他们发现NA提高了iPP的成核密度和成核速率，而非加速晶体的生长速率。同时，NA的引入降低了α成核活性，因此使K_β值提高。成核剂的加入显著提高了iPP的冲击强度和断裂伸长率，而不降低其拉伸强度和弯曲模量。

未成核改性的聚丙烯抗冲击性能并不理想，阻碍了进一步的应用。Shen等^[30]以溶液法制备了β成核剂己二酸锌（ZnAA）并混合以水滑石（HT）与无规抗冲击聚丙烯共聚物粉末（SP179）用于iPP的改性。通过X射线衍射仪、傅里叶变换红外光谱、扫描电子显微镜、差示扫描量热仪以及万能试验机对成核改性的iPP结构和性能进行表征，他们发现当SP179含量增加到50%时，iPP的缺口冲击强度和熔解指数达到最大值，分别为26.01 kJ/m²和9.88 g/（10 min），抗拉强度达到28.22 MPa，证明 ZnAA、HT和SP179对iPP改性有协同作用。

为了探究羧酸盐类成核剂的β成核机理，Zhang等^[31]提出了形成β晶的新机制。他们发现iPP在成核剂表面外延结晶时会发生界面相互作用，从而影响iPP链的折叠和排列，导致不同结晶形式的iPP形成。他们以iPP链与α-PP和β-PP的相互作用能作为判断标准，通过分子动力学（MD）模拟，发现当成核剂与iPP的相互作用能接近于β-PP与iPP时，此时成核剂可以作为β成核剂（图3）。同时他们以对苯二甲酸锌（ZnCC1）和4-羧基苯甲酸锌（ZnCC2）为成核剂，实验验证了模拟的结果，为得到成核机理提供了有力的支持。

羧酸盐不仅可以作为聚丙烯的β成核剂，部分羧酸盐也具有促进α成核的作用。Zhang等^[32]合成了双环锌[2.2.1]-庚烷-2，3-二羧酸盐双层倍半硅氧烷（Zn₂（DDSQ-ND）），并详细研究了0~1%（质量分数）不同添加量下iPP的结晶行为。通过偏光显微镜与广角X射线衍射仪对样品的球晶形态、成核密度和晶体结构进行表征，并对样品的非等温和等温结晶行为及加热过程中冷结晶行为进行研究，他们证明（Zn₂（DDSQ-ND））可以促进iPP中α晶的形成，是一类新型的α成核剂。

3.2 磷酸盐

磷酸盐类成核剂通常由环状有机磷酸根与金属离子组成，在聚丙烯熔体中多为分散颗粒，其对聚丙烯力学性能的增强胜过山梨醇类成核剂。磷酸盐类成核剂的晶体结构与聚丙烯螺旋链的晶体结构匹配度较高。以2，2'-亚甲基双（4，6-二叔丁基苯基）磷酸钠为例，其为单斜晶系，其中：2，2'-亚甲基双（4，6-二叔丁基苯基）磷酸钠晶胞a=2.6438 nm，b=0.608 nm；聚丙烯晶胞的a=0.665 nm，c=0.65 nm，前者a轴长度约为后者4倍，而b轴长度与后者c轴的长度相当，因而具有良好的晶体匹配性^[33]。

有多种磷酸盐类成核剂已实现商品化，为了克服2，2'-亚甲基双（4，6-二叔丁基苯基）磷酸钠分散性较低的问题，后续出现了以二（2，2'-亚甲基双（4，6-二叔丁基苯基）磷酸）羟基铝为主要成分的成核剂，目前在工业界已经得到较为广泛的使用。

探索开发新型磷酸盐类成核剂、明晰成核剂结构与成核效果之间的构效关系具有重要意义。Long等^[34-35]从不同阳离子半径（r）大小、成核剂形貌和分子结构出发，阐明了影响有机磷酸一价盐在iPP中成核效果的因素。他们证明iPP的结晶度随r的增加呈线性增加，依次为2，2'-亚甲基双（4，6-二叔丁基苯基）磷酸锂（NA-10）、钠（NA-11）、钾（NA-12）、铵（NA-13）盐。在0.15%（质量分数）浓度下，iPP的雾度值由高到低依次为NA-10（16.7%）、NA-11（15.1%）、NA-12（14.6%）、NA-13（14.8%），对应抗弯强度分别较未处理的iPP增加26.2%、30.8%、31.4%和31.7%。

为探索有机磷酸盐类成核剂的成核机理并比较成核效果，Long等^[36]合成了一系列不同有机盐组成的磷酸盐类成核剂：2，2'-亚甲基-双（4，6-二叔丁基苯基）磷酸铵盐（An）、三乙基铵盐（CAn）和季铵盐（SP）。他们发现An、CAn、SP的熔融温度分别为262、208、271 ℃，与iPP的加工温度（220 ℃）相近，但是物质的形态显示出很大差异。具有光滑棒状结构的An可以均匀分散在iPP基质中，而具有块状和层状结构的CAn和SP不能（图4）。当分别以0.15%（质量分数）进行加工时，An可以较大程度地提升结晶温度（15 ℃）以及显著增强光学性能，但CAn和SP并未显示出整体性能的增强。此外，他们还研究了这一系列成核剂与月桂酸钠（SNa）复合对iPP的成核作用。结果表明，SP-SNa在iPP中分散最均匀，对应iPP的雾度值降低至11.8%，表明SP与SNa的协同效应最佳。

成核剂的微观形貌对最终产物的力学性能有很大的影响，因此阐释羧酸盐及磷酸盐类成核剂与聚丙烯之间晶胞参数的关联性，探究成核剂形貌与最终成核效果之间的关系，明晰成核机理是目前的研究热点。随着人工智能技术的发展，联合计算机模拟技术及人工智能技术，将为探索成核剂分子构效关系、开发更多新型高效的成核剂提供新方案，我们相信在该领域未来会有更多精彩丰富的工作出现。

4 酰胺类

酰胺类成核剂包括支化酰胺与二酰胺，支化酰胺类成核剂常被作为α成核剂，其与聚丙烯有更优异的分散性，可以解决由山梨醇类成核剂带来的加工气味和产品变色问题，但因为合成过程相对复杂，目前市售单体仍较少。二酰胺常被用做β成核剂，该类成核剂成核效果良好，克服了稠环芳烃类成核剂的颜色问题，因其合成流程方便，目前已有商品化产品^[37-42]。本小节将主要围绕二酰胺类成核剂进行总结，部分成核剂名称、化学结构、熔点数据列于表1。

为了探究不同酰胺类成核剂的成核机理，比较成核效果，Xiang等^[43]探究了具有不同结构的双酰胺化合物对iPP的成核效果。通过差示扫描量热仪分析成核后iPP的结晶和熔融结果，他们发现不同成核剂在iPP中成核密度有明显差异。双酰胺成核剂中亚甲基链的碳数为偶数时成核效果较好，当侧链取代为环状基团而非支链基团时，成核作用更强，而中间含有环状基团的双酰胺成核剂更倾向于在iPP中形成更多的β晶。进一步地，他们通过广角X射线衍射仪和Materials Studio验证了双酰胺化合物的结构与成核效果之间的关系，与实验数据具有良好的一致性。通过晶格匹配理论，他们探究了成核剂的成核机理：具有较好效果的成核剂，其晶胞与iPP的晶胞具有较好的晶格匹配性，可以诱导iPP外延生长，改善iPP结晶行为及力学性能。

为研究成核剂形貌对于成核作用的影响，Liu等^[44]选择具有双重成核能力的N，N'-双环己基对苯二甲酰胺（DCHT）对iPP进行成核改性。通过调节加热温度（T_f）、冷却速率（V_c）和DCHT含量，他们获得了不同尺寸和分布的DCHT晶体（图5）。他们发现小尺寸针状DCHT成核的iPP样品中β晶相对比例远高于大尺寸针状DCHT成核的iPP样品。他们推断在iPP基体中，小尺寸的DCHT晶体分布更均匀，从而使iPP熔体结晶成α晶的空间更小。同时他们发现在相同V_c冷却条件下，树突状DCHT晶体比针状DCHT晶体更倾向于诱导生成更多的β晶。他们阐明了DCHT的形态特征对iPP结晶结果的影响，为调节iPP材料的微观结构和宏观性能提供了方法。

成核剂分子可以在聚合物熔体中自组装成不同形貌的聚集体并且展现出不同的成核效果。为了明晰自组装过程并阐明成核机制，Hu等^[45]系统地研究了DCHT在iPP基体中的自组装过程。通过傅里叶变换红外光谱，他们发现，DCHT的自组装与氢键解离与缔合过程中分子构象的变化有关。加热后，分子之间氢键作用减弱，iPP熔体中产生可以自由移动的DCHT分子，并为环己基的构象旋转提供空间，使其与芳香族平面共面；冷却后，氢键作用恢复导致DCHT分子自组装形成超分子聚集体。他们通过探究DCHT各个化学基团的微环境以及DCHT与iPP基质之间的相互作用，在分子水平上揭示了成核剂自组装的物理机制。

为了实现对无规共聚聚丙烯中多种晶型的调控，Fu等^[46]采用广角X射线衍射仪和差示扫描量热仪研究了β成核剂对苯二甲酸环己酰胺（TMB-5）对于无规共聚聚丙烯中α、β和γ晶型的调控。结果表明低量的β成核剂不足以抵消无规共聚PP中高含量的缺陷，并且发现样品中γ晶体的相对含量具有温度依赖性。在大量成核剂添加下，β成核位点可以克服无规共聚聚丙烯分子链中的缺陷，抑制γ晶的形成，导致α和β晶竞争生长，最终使α和β晶共存。

具有枝状形貌的β成核剂对iPP有独特的增韧作用，可以提高材料延性。Li等^[47]通过比较不同聚丙烯分子量下TMB-5在聚丙烯熔体中的扩散结果，提出了一种新的载体策略，通过在聚丙烯载体中选择性富集成核剂，然后定向迁移到聚合物基质中，可以实现成核剂的可控释放（图6）。其中载体和基质之间的黏度差决定了成核剂的迁移速率。当载体和基质的分子量相同时，有利于成核剂分子的扩散和释放，从而形成致密细枝状的成核剂晶体。该方法为实现高性能产品的制备提供了一条新的途径。

为深入探究成核剂成核效果与成核剂分子结构之间的构效关系。Ma等^[48]设计合成一种β成核剂——N-环己基-N'-环戊基间苯二甲酰胺（CHCPT），并比较其与DCHT之间成核效果差异。这两种分子具有相似的化学结构与相同的晶体结构，通过控制变量分析，并利用广角 X 射线衍射（WAXD）、差示扫描量热法（DSC）系统地研究了这两种成核剂对iPP结晶和外延成核的影响。与DCHT相比，CHCPT在针对iPP的β晶核形成选择性、晶核形成效率以及整体结晶速率方面表现更优。进一步结合实验结果和分子力学模拟，他们发现化学结构的差异导致了在成核界面处成核剂和iPP之间的不同分子间相互作用，从而导致界面自由能、界面自由能差、成核能垒以及最终的iPP外延成核速率的差异。这项工作扩展了对高效成核剂分子设计与构效关系的理解。

酰胺类成核剂与聚丙烯树脂之间相容性良好，具有显著的β成核作用，β晶的形成对于聚丙烯材料的力学性能有较高的提升。目前已有众多工作探究了具有不同结构的成核剂与成核效果之间的关系，我们相信，未来会有更多商品化的酰胺类成核剂出现，产生更多性能优异的聚丙烯产品。

5 高分子类成核剂

高分子类成核剂是一类新型的成核剂，因其优异的成核效率和成核效果，正逐步受到关注。从熔点的角度考虑，相比于小分子成核剂，高分子成核剂不存在明显的熔点，而是具有玻璃化转变温度与熔融温度，因而在加工过程中可选择的加工温度范围更宽。从分子间作用力的角度考虑，高分子主链的分子间作用力强，从而分解温度普遍高于小分子，这给高分子成核剂带来了更好的加工热稳定性。从极性角度考虑，高分子成核剂与聚丙烯基体极性更相似，从而与聚丙烯有良好的相容性，这使得高分子成核剂在加工结束后不会产生明显的迁移析出^[49-54]。相关高分子成核剂名称及化学结构数据列于表2。

聚多巴胺颗粒（PDAP）是一种生物活性聚合物，研究报道PDAP不仅能高效地产生β晶，而且对iPP具有良好的热氧化稳定作用。Liu等^[55]在iPP中加入PDAP，当加入质量分数0.5%时，iPP中β晶的相对含量达到75.4%；加入1.0%时，样品的氧化诱导时间（OIT）是iPP的285%，并且初始分解温度提高14.5 ℃。通过X射线衍射表征，他们发现PDAP对iPP的成核作用可能与其有序结构有关，而抗降解的稳定能力可能与其可吸附自由基的特性有关（图7）。

液晶聚合物具有高强度、高模量等优异性能。作为一种新型的聚合物添加剂，其已被添加于热塑性共混物中。Yang等^[56]采用差示扫描量热仪、X射线衍射仪和偏振光显微镜研究了主链液晶聚酯（PBDPS）对iPP的结晶和熔融行为。他们验证了PBDPS是一种有效的β成核剂，并且发现随着PBDPS含量的增加，iPP熔融结晶温度升高，β晶含量增多。加入质量分数4%的PBDPS后，样品中β晶的相对含量达到96.6%。进一步他们发现PBDPS侧基中相邻苯环具有强相互作用力，这一作用力在高于清亮点温度时也可以稳定存在，此外他们还证明PBDPS与iPP之间存在晶格匹配（图8），解释了β晶含量提升的原因。Liu等^[57]合成了一种含胆固醇基的近晶液晶聚硅氧烷（SLCP-NA），并将其作为一种新型β成核剂用于iPP中。他们采用广角X射线衍射和差示扫描量热仪研究了SLCP-NA的成核能力。他们发现随着SLCP-NA含量的升高，β晶的相对含量呈现先升高后降低的趋势。当SLCP-NA质量分数和结晶温度分别为0.2%和120 ℃时，K_β值达到最大值，为66.3%。此外，他们还研究了iPP与SLCP-NA共混物的流变行为。他们发现，极少量的SLCP-NA即可提高共混物的流动能力，熔体流动速度可以从纯iPP的2.9 g/（10 min）提高到43.9 g/（10 min）。

超支化聚合物因独特的支链结构，具有溶解性好、熔体黏度低、功能丰富等特性。Liu等^[58]采用动态流变仪、扫描电子显微镜、差示扫描量热仪、广角X射线衍射仪、偏振光显微镜和力学性能测试，研究了不同代（第一代和第四代）端苯基超支化聚酯（HBP-Bz）对iPP的增韧作用。结果表明，HBP-Bz的β成核效果取决于添加量。β晶的相对含量随着HBP-Bz的增加而增加，达到最大值后逐渐降低。与HBP-G4相比，HBP-G1分子结构松散，有利于端苯基之间的π-π相互作用，从而使得聚丙烯螺旋链可以在其上结晶，这使得在相同条件下HBP-G1所得β晶的相对含量高于HBP-G4。同时他们发现当加入质量分数1%的HBP-G1时，iPP的冲击强度也显著提高。

为了开发具有高分散性和高相容性的β成核剂，Nie等^[59]研究了不同聚丙烯酸盐中晶体形态对iPP结晶行为和力学性能的影响。通过广角X射线衍射表征，他们证明聚丙烯酸锌、聚丙烯酸钾和聚丙烯酸钠均具有诱导iPP形成β晶的能力。光学显微镜表征证明，聚丙烯酸钾在具有层状晶体结构时具有β成核作用。与纯iPP相比，聚丙烯酸钠与聚丙烯酸钾成核的iPP冲击强度分别提高了23.48%和24.35%。从力学性能结果来看，加入聚丙烯酸钠和聚丙烯酸钾成核的iPP拉伸强度和弯曲模量无明显变化。这表明聚丙烯酸钠和聚丙烯酸钾可以在不影响产品刚度的情况下增加产品的韧性。

聚酰胺具有丰富的酰胺键与氢键。为了研究聚酰胺与DCHT之间的氢键作用力，调控聚丙烯的成核效果。Zhang等^[60]研究了在聚酰胺12（PA12）作用下DCHT在iPP基体中自组装和结晶行为。他们发现PA12的引入会使DCHT蒸气在iPP基质中的冷凝时间大大延长，导致蒸气浓度降低，他们通过控制DCHT气体在PA12粒子表面的吸收和释放实现了调节iPP的结晶（图9）。

高分子成核剂可以大幅提高聚丙烯制品的透明性，不仅具有有机成核剂的优点，而且其极性与聚丙烯树脂更加匹配，从而具有更优异的分散性。现有大部分高分子成核剂的研究集中于聚乙烯基环烷烃类、聚苯乙烯类、聚二甲基硅氧烷类化合物，并且有部分商品化的产品出现，这表明高分子成核剂在聚丙烯成核改性中具有广阔的应用前景。由于高分子成核剂是一类高分子的混合物，其结构相对小分子来说更为复杂，因此目前从结构出发研究成核作用机理的工作尚少。随着高分子合成技术的提升，我们相信未来会有更多工作集中于探索高分子组成和结构对于成核作用的影响，指导开发出更多新的高分子成核剂。

6 其他

除以上提及的成核剂，仍有许多其他成核剂被应用于聚丙烯的成核过程中，如金属氧化物、金属粉末和无机盐等。这些成核剂廉价易得，也具有一定的成核效果^[61]。

成核剂的形貌、尺寸和表面粗糙度对聚合物的成核效果有显著影响。Liu等^[62]选取了4种不同形貌的成核剂：硅藻土、纳米蒙脱土、分子筛颗粒与β-环糊精作为异相成核剂用于聚丙烯发泡注射成型过程中。他们在经典成核理论的基础上，提出了聚合物发泡过程中空腔成核机理。他们选用具有花瓣状形貌的成核剂，验证了空腔成核理论。该理论有效地提高了成核效率和发泡质量，对轻量化产品的开发具有指导意义。

二酰肼是一类胺基直接相连的酰胺有机化合物，肼类化合物因在聚L-乳酸中高效成核而受到广泛关注。Zhou等^[63]将一系列芳香族二肼化合物作为成核剂应用于iPP成核过程。他们通过采用差示扫描量热仪研究了具有不同分子结构的芳香族二肼化合物对聚丙烯结晶的影响，并且验证所有选取的芳香族二肼化合物对聚丙烯均具有较强的α成核能力。他们发现随着直链烷基中碳原子数的增加，聚丙烯的结晶温度先急剧上升后缓慢下降。当直链烷基中碳原子数为2时，聚丙烯的成核效果最好。

7 结论与展望

成核剂作为一种重要的加工助剂，对于产品的性能起到决定性作用。囿于篇幅，本文从成核剂分子结构的角度进行分类，包含山梨醇类、羧酸盐及磷酸盐类、酰胺类、高分子类及其他，对近年来各种新型成核剂进行了综述，详细阐述了成核剂在聚丙烯中的作用机理，并且比较了不同成核剂的成核效果。

关于新型高效成核剂的探究及开发一直是领域内的研究热门，但是在成核剂的发展过程中还有一些需要继续探索优化的问题。目前各类成核剂在成核机理方面研究得并不是非常深入。各类成核剂的晶体结构并不明确，这导致成核剂结构与聚丙烯性能之间的构效关系并不明晰，减缓了各种性能优异聚丙烯材料的开发。因此深入探究成核剂分子结构与成核效果之间的关系是一个重要方向。除少部分液体成核剂和特殊的高分子成核剂外，大部分成核剂为固体颗粒及粉末形态，在加工过程中较难做到粉料与成核剂之间的完全均匀混合。这导致成核剂加入量较理论值高，大部分成核剂未有效发挥作用，增加了产品成本。因此研发分散效果更好，利用率更高的成核剂是一个可以深入研究的方向。在多重热历史作用下成核剂可能面临不稳定分解的问题，降低了产品的使用寿命。因此研发光热稳定性更好的成核剂是一个重要的方向。大部分工作中成核剂尚未实现工业化，因此限制了具有优异性能产品的商业化。所以在成核剂生产过程中合成步骤及路线还可以进一步优化。鉴于聚丙烯具有优良的性能和广阔的应用空间，未来必将有更多功能丰富且高效的成核剂与性能优异的聚丙烯产品出现。

参考文献

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