El polipropilè és un polímer àmpliament utilitzat en diverses aplicacions a causa de la seva excel·lent combinació de propietats. Les seves propietats, com ara les físiques, mecàniques i òptiques, es poden millorar encara més amb l'ús adequat d'agents nucleants i agents clarificants. Aquests additius ajuden a la cristal·lització del PP durant el processament, millorant així les propietats ja adquirides.

Enteneu com utilitzar agents nucleants i agents clarificants, així com consells de selecció per augmentar eficaçment la taxa de producció, modificar l'estructura i la morfologia i reduir la turbiditat en les vostres formulacions de polipropilè.

I. Paper dels agents clarificants de nucleació en el PP

La cristal·linitat dels polímers semicristal·lins és responsable de moltes de les característiques, com ara l'estabilitat dimensional, la claredat i la tenacitat.

Per a una peça i un procés definits, la cristal·linitat està controlada per l'estructura del polímer, la formulació i les condicions de processament, que donen lloc a un equilibri específic entre l'acumulació de calor i el refredament. En conseqüència, la cristal·linitat sovint és heterogènia, i l'historial tèrmic és diferent per a la pell i el nucli de les peces o productes.

Els agents nucleants i els clarificants acceleren i ajusten la cristal·lització, permetent ajustar les propietats finals dels polímers semicristal·lins als requisits funcionals.

·En les formulacions de polipropilè, l'addició d'agents nucleants (també anomenats nucleadors) millora el rendiment i les propietats de processament, com ara:

· Millora de la claredat i reducció de la boira

· Millora de la resistència i la rigidesa

· Temperatura de deflexió tèrmica millorada (HDT)

· Temps de cicle reduït

· Reducció de la deformació i contracció més uniforme

· Sensibilitat reduïda dels pigments respecte als canvis de propietats amb diferents colors

·Millora de la processabilitat en certes aplicacions

Per tant, la nucleació és una manera poderosa de millorar les propietats físiques, mecàniques i òptiques del polipropilè. La claredat, l'estabilitat dimensional, la deformació, la contracció, el CLTE, l'HDT, les propietats mecàniques i l'efecte barrera es poden millorar mitjançant l'elecció acurada dels nucleadors o clarificadors.

II. Polipropilè i la seva cristal·linitat

El polipropilè és un polímer cristal·lí comercial àmpliament utilitzat, fabricat a partir de la polimerització del monòmer de propè. Després de la polimerització, el PP pot formar tres estructures de cadena bàsiques (atàctica, isotàctica, sindiotàctica) depenent de la posició dels grups metil. La cristal·linitat del polímer es caracteritza per:

·Les formes i mides dels cristal·lits

·Les relacions de cristal·linitat i, finalment,

·L'orientació dels cristal·lits

El polipropilè isotàctic (iPP) és un polímer semicristal·lí. Es caracteritza per una excel·lent relació cost-rendiment, cosa que el fa molt atractiu en una àmplia gamma d'aplicacions com ara automoció, electrodomèstics, canonades, envasos, etc.

L'índex d'isotacticitat de l'iPP està directament relacionat amb el grau de cristal·linitat, que té un impacte important en el rendiment del polímer. La isotacticitat augmenta la cinètica de cristal·lització, el mòdul de flexió, la duresa i la transparència, i disminueix la resistència a l'impacte i la permeabilitat.

La taula següent compara les propietats de dos homopolímers de polipropilè que tenen un índex d'isotacticitat diferent.

III. Cristal·lització del polipropilè
Depenent de les condicions, el polipropilè isotàctic pot cristal·litzar en quatre fases diferents denotades com α, β, γ i esmèctica mesomòrfica. Les fases α i β són les més importants.

Fase α

1. Aquesta fase és més estable i coneguda.

2. Aquests cristalls pertanyen al sistema cristal·lí monoclínic.

Fase β

1. Aquesta fase és metaestable i els seus cristalls pertanyen al sistema cristal·lí pseudohexagonal.

2. La fase β existeix principalment en el polipropilè copolimeritzat en bloc i es pot generar afegint agents nucleants específics.

3. Aquesta forma cristal·lina va ser descoberta per Padden i Keith el 1953; es pot promoure mitjançant la cristal·lització entre 130 °C i 132 °C, una orientació d'alt cisallament o l'addició d'agents nucleants específics.

4. La presència de la fase β en els homopolímers de polipropilè sol millorar la ductilitat del producte acabat, i l'efecte és més significatiu quan el contingut de fase β arriba al 65%.

Fase γ

1. Aquesta fase també és metaestable, amb cristalls triclínics.

2. Aquesta forma cristal·lina és poc freqüent; apareix principalment en polipropilè de baix pes molecular i es forma per cristal·lització a una pressió extremadament alta i a velocitats de refredament extremadament baixes.

Ⅳ. Procés de nucleació en polipropilè

És ben sabut que el punt inicial de la cristal·lització dels polímers són petits gèrmens (petites partícules) inclosos naturalment en els residus catalitzadors semblants a la massa fosa, impureses, pols, etc. Aleshores és possible modificar i controlar la morfologia cristal·lina mitjançant l'addició de gèrmens "artificials" introduïts a la massa fosa del polímer. Aquesta operació s'anomena nucleació.

S'utilitzen nucleadors o agents de nucleació que proporcionen llocs per a la iniciació de cristalls.

Els clarificadors són una subfamília de nucleadors que proporcionen cristal·lites més petites que dispersen menys llum i, com a resultat, milloren la claredat per al mateix gruix de paret d'una peça.

La funció d'aquests agents nucleants és millorar les propietats físiques i mecàniques de les peces acabades.

Ⅴ. Nucleadors i clarificadors: un ric panell d'additius

Agents nucleants de partícules

Els agents/nucleants nucleants particulats són típicament compostos d'alt punt de fusió que es dispersen en la massa fosa del polímer mitjançant la composició. Aquestes partícules actuen com a "nuclis puntuals" diferents en què pot començar el creixement dels cristalls del polímer.

L'alta concentració de nuclis condueix a una cristal·lització més ràpida (temps de cicle més curts) i nivells més alts de cristal·linitat, cosa que millora la resistència, la rigidesa i la HDT del PP.

La petita mida dels agregats cristal·lins (esferulites) redueix la dispersió de la llum i millora la claredat.

Els agents nucleants particulats més utilitzats inclouen sals i minerals, com ara talc, benzoat de sodi, èsters de fosfat i altres sals orgàniques.

El talc i el benzoat de sodi es consideren nucleants de baix rendiment i baix cost, i proporcionen una millora modesta en resistència, rigidesa, HDT i temps de cicle.

Els nucleants d'alt rendiment i cost elevat, com ara els èsters de fosfat i les sals de bicicloheptà, donen millors propietats físiques i una certa millora en la claredat.

Agents nucleants solubles

Els agents nucleants solubles, que també es coneixen com a "sensibles a la fusió", solen tenir punts de fusió baixos i es dissolen en el PP fos.

A mesura que el polímer fos es refreda al motlle, aquests nucleants cristal·litzen primer formant una xarxa finament distribuïda amb una superfície extremadament alta.

A mesura que la temperatura continua baixant, les fibril·les que formen aquesta xarxa funcionen com a nuclis per iniciar la cristal·lització del polímer.

La concentració extremadament alta de nuclis condueix a agregats cristal·lins de PP molt petits, que donen el nivell més baix de dispersió de la llum i la millor claredat.

Tots els clarificadors són nucleants, però no tots els nucleants són bons clarificadors.

Alguns nucleants comuns, com el benzoat de sodi i el talc, no redueixen la mida de l'esferulita en una quantitat suficient per donar una peça modelada de baixa opacitat i alta claredat. La millor claredat s'aconsegueix generalment quan s'utilitzen nucleants solubles.

Els compostos orgànics solubles que actuen com a clarificants inclouen sorbitols, nonotols i trisamides.

Tot i que aquests nucleants s'utilitzen principalment per aconseguir una alta claredat i una baixa turbiditat, també milloren les propietats físiques i redueixen el temps de cicle.

Forma de partícula i relació d'aspecte

Les partícules nucleants amb formes d'agulla (com ADK STAB NA-11) poden provocar diferents valors de contracció en les direccions de la màquina i transversals. Aquesta anisotropia de contracció pot provocar deformacions a la peça final. Les partícules nucleants amb una geometria planera poden donar una contracció més uniforme en les dues direccions, cosa que comporta menys deformacions.

Mida de partícula i distribució de la mida de partícula

Una mida de partícula més petita condueix a una nucleació millorada, però les partícules més petites també poden ser més difícils de dispersar. Algunes partícules nucleants, com el benzoat de sodi, tendeixen a reaglomerar-se.

Eliminador d'àcid utilitzat

Alguns eliminadors d'àcids, com ara les sals d'àcids grassos (per exemple, l'estearat de calci), poden ser antagonistes de certs nucleants, com ara els èsters de fosfat i el benzoat de sodi. S'ha d'utilitzar dihidrotalcita amb aquests nucleants.

No utilitzeu mai estearat de calci amb benzoat de sodi, ja que l'estearat de calci negarà completament la nucleació del benzoat de sodi.

Grau de dispersió i presència d'aglomerats no dispersos

El benzoat de sodi sovint forma aglomerats i és difícil de dispersar correctament.

Temperatura de fusió

Els sorbitols requereixen temperatures de fusió més altes per donar la millor claredat, ja que s'han de dissoldre completament en la massa fosa del polímer.

Sinergies i antagonismes entre nucleants i altres additius

Els eliminadors d'àcids poden ser sinèrgics o antagonistes. Les sals d'àcids grassos afecten negativament el mòdul del PP nucleat d'èsters de fosfat.

Seleccioneu la dretaNucleantsi clarificadors per a PP

Abans de seleccionar l'agent nucleant o clarificant adequat per a la vostra aplicació de PP, determineu quina millora de propietats us interessa més:

a. Si és important una baixa ennuvoladura i una alta claredat, trieu un dels clarificants solubles.

b. Per a requisits de claredat més baixos, elèsters de fosfates pot utilitzar.

c. Si el mòdul alt és de màxima importància, trieu un dels èsters de fosfat.

d. Si el baix cost és el més important, trieu el benzoat de sodi.

e. Si la baixa deformació i la baixa sensibilitat als pigments són del més important, trieu la sal de bicicloheptà.

També és imprescindible decidir com s'incorporarà el nucleant a la resina de PP. Sempre cal executar les proves adequades per assegurar-se que s'ha aconseguit una bona dispersió i nucleació.

Executeu DSC sobre la resina PP nucleada. Les millores en el temps de cicle generalment es correlacionen amb augments en la temperatura de cristal·lització (Tc). Proveu les propietats de la mostra modelada.

Si voleu consultar productes relacionats amb agents nucleants, no dubteu a contactar-nos.contacteu-nosen qualsevol moment.