(一)什么是透明劑？

透明劑也稱透明成核劑或稱為增透劑，是一類用于改善聚合物透光性能的添加劑。聚丙烯制品光澤度和透明性差，外觀缺少美感，在透明包裝、日用品領域的發展受到限制。

利用添加透明劑的方法制得的透明聚丙烯，不僅承襲了聚丙烯原有的優點，且透明性和表面光澤度可與其它一些透明高分子樹脂相媲美，性能／價格比優于PVC、PET、PC、PS等透明材料，使用范圍廣，尤其適用于透明性要求高、需高溫下使用或消毒的器具方面，如透明熱飲杯、微波爐炊具、嬰兒奶瓶、一次性快餐湯碗等。

透明聚丙烯已成為聚丙烯的一個新品種，愈來愈受到人們的重視，因此透明劑的開發和應用也受到了人們的廣泛關注。

(二)透明劑增透機理：

關于聚丙烯透明劑作用機理的研究，國內外已有一些文獻報道，但到目前為止，尚沒有完整的理論提出和嚴謹科學的實驗驗證，所述的觀點均是一家之言。盡管目前尚無定論，但從已提出的猜想來看，可以歸納為如下幾種觀點：

1、Thierry、Garg和Kobayashi等人提出的增透網絡成核機理，該理論是目前較為普遍認可的增透機理。

該理論認為增透劑是成核劑的一個特殊亞族，具有物理本身自行聚合的聚集性質，可溶解在熔融聚丙烯中，形成均相溶液。聚合物冷卻時，透明劑先結晶形成纖維狀網絡，該網絡不僅分散均勻，且其中的纖維直徑僅有100埃，小于可見光的波長，該網絡的表面即形成結晶成核中心，這是因為：

（1）、這個纖維狀網絡具有極大的表面積，可提供極高的成核密度；

（2）、纖維的直徑與聚丙烯結晶厚度相匹配，還被認為能促進成核；

（3）、纖維很細，不能散射可見光。

因此，透明劑作為異相晶核提高了聚丙烯的成核密度，使聚丙烯形成均一細化的球晶，減少了對光的折射和散射，透明性增大。

2、透明劑分子氫鍵二聚形成V型構型容納聚丙烯分子鏈的增透作用。

Titus等人研究了多種芐叉多元醇類化合物對聚丙烯的增透作用，發現具有自由羥基的二芐叉山梨醇類化合物的增透效果顯著，而無自由羥基的二芐叉木糖醇類化合物的增透效果很差，據此提出自由羥基是DBS類透明劑發揮增透作用的重要條件。

他們認為DBS類透明劑首先通過分子間氫鍵二聚，這個二聚體通過兩個連接一個透明劑分子與另一個透明劑分子之間的氫鍵而穩定下來。該二聚體形成一個V型結構，能夠很好地容納螺旋結構的聚丙烯，被粘附在V形構型中的螺旋結構聚丙烯分子運動受到限制，一方面減少了其返回到無規線團的幾率，即提高了螺旋結構的穩定性，另一方面降低了結晶自由能，從而促進成核，減小球晶尺寸達到增加透明度的效果。

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3、透明劑在聚丙烯熔體中形成超分子結構的凝膠化增透作用。

Shepard和Thorsten等人運用超分子結構和凝膠化理論分別研究和解釋了DBS類透明劑對聚丙烯熔體成核結晶的影響，他們認為透明劑在聚丙烯熔體中形成超分子結構的凝膠化成核作用。

由于DBS類化合物分子內存在兩個自由羥基，因而在聚丙烯熔點以上的溫度下能夠通過氫鍵作用形成具有超分子結構的三維納米纖維網絡，且比表面積增加，產生凝膠現象，進而為形成大量均勻分布的晶核奠定了基礎。對于苯環上具有取代基（如甲基、乙基等）的DBS類衍生物，由于這些取代基有助于增加分子間的氫鍵作用，凝膠化溫度高，因而增透效果更好。

（三）透明劑的種類及代表性產品：

聚丙烯透明劑種類不是很多。按照化學結構來區分，透明劑主要有二芐叉山梨醇類、有機磷酸酯鹽類、松香脂類。透明劑的種類及各種產品的特性如表1所示。

表1聚丙烯透明劑種類及特點

1.二芐叉山梨醇類透明劑

二芐叉山梨醇類透明劑具有如下結構式所示的通式，根據取代基和開發年代的不同，市售品種涉及表2所列的三代產品。

表2各代二芐叉山梨醇類透明劑

第一代透明劑是山梨醇與無取代苯甲醛反應制得的1，3，2，4-二芐叉山梨醇。代表性品種如Milliken化學公司的Millad3905、Ciba精化公司的Irgaclear D和山西省化工研究院的TM-1等。

但這類產品增透效率不高，高溫下不穩定，易發生降酯反應釋放母體醛，產生氣味，加工條件苛刻，溫度高時會析出在加工設備表面上，故市場受到一定的限制。

80年代中后期通過加入取代基、引入側鏈雜原子等方法，開發了第二代透明劑。市售產品包括Millad3940（Milliken化學）、Irgaclear DM（Ciba精化）、NA-S20（上海科塑高分子新材料有限公司）和TM-3（山西省化工研究院）等。

第二代產品雖然在性能上較第一代有了改善，但對人類感官有刺激，使用過程中存在氣泡較多、氣味較大的問題，應用受到了限制。第二代產品所帶的氣味和味道主要是在山梨醇縮醛生產過程中的殘留醛和樹脂加工過程中所產生的醛引起的。

第三代二芐叉山梨醇類透明劑是美國Millken化學公司20世紀90年代初首先開發并應市的化學組成為二(3，4-二甲基芐叉)山梨醇，它結合了第一代和第二代二芐叉山梨醇類透明劑的應用特點，即在保持第二代二芐叉山梨醇類透明劑聚丙烯樹脂優異的增透改性效果的同時，最大限度地降低了產品的氣味，改善和提高了熱穩定性，可用于通用或苛刻條件下的透明制品。

繼Milliken公司之后，新日本理化公司、上海科塑高分子新材料有限公司、上海晟霖新材料科技有限公司、山西省化工研究院于最近亦應市了類似結構的產品。二芐叉山梨醇類透明劑的典型代表美國Milliken化學品公司的三代產品制得的透明聚丙烯的性能如圖1所示。

圖1各代二芐叉山梨醇類透明劑對聚丙烯霧度的影響

（透明劑添加量為0.24wt％）

2.有機磷酸酯鹽類透明劑

有機磷酸酯鹽類透明劑在高結晶度的聚烯烴加工中應用較多，它能賦予制晶更高的透明性、剛性、熱變形溫度和結晶溫度。和二芐叉山梨醇類透明劑相似，有機磷酸酯鹽類透明劑也分為三代產品，其結構通式如下式所示。

其中，R1＝單鍵，(m=1，2)，－CHR4－，S；R2，R3＝H，烷基（C1～8）；M＝堿或堿土金屬離子；n＝1，2。

表3各代磷酸酯鹽類透明劑

磷酸酯鹽類透明劑是日本旭電化公司近20年來對聚烯烴透明劑的貢獻，NA-10作為基本品種最早于80年代中期應市，隨后具有雙酚磷酸酯鈉鹽結構的NA-11問世，與NA-10相比，第二代品種的成核效率得到顯著提高，但由于熔點較高(＞400℃)，難以在樹脂中分散。

最近，該公司對NA-11的結構進行了修正，推出了牌號為NA-21的第三代磷酸酯鹽類透明劑，其主要的化學組成為雙酚磷酸酯羥基鋁鹽，該產品熔點較低，成核效率高，易分散。上海科塑高分子新材料有限公司的NA-40、NA-45亦屬此類產品。

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3.松香脂類透明劑

松香脂類透明劑最早是在90年代后期由日本的荒川化學公司推出的低成本聚烯烴透明劑，該類透明劑具有增透效率高、成本低等優點。該類透明劑是由無色松香或歧化松香為原料，經過提純和皂化而得到。

目前主要的產品是KM-1300。以歧化松香為原料的制備方法如下：將歧化松香溶于有機溶劑，

加入選擇性沉淀劑有機胺，沉淀完全后過濾，濾餅用鹽酸酸化過濾即得脫氫樅酸。將脫氫樅酸與不同比例的氫氧化物或堿性氧化物反應得到脫氫樅酸的金屬鹽透明劑，其制備流程如圖所示：

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