Polypropylen je široce používaný polymer používaný v rozmanitých aplikacích díky své vynikající kombinaci vlastností. Jeho vlastnosti, jako jsou fyzikální, mechanické a optické, lze dále vylepšit vhodným použitím nukleačních činidel a čiřicích činidel. Tato aditiva napomáhají krystalizaci PP během zpracování, a tím zlepšují již získané vlastnosti.

Pochopte, jak používat nukleační a čiřicí činidla, a získejte tipy pro jejich výběr, abyste efektivně zvýšili rychlost výroby, upravili strukturu a morfologii a snížili zákal ve vašich polypropylenových recepturách.

I. Úloha nukleačních čiřicích činidel v PP

Krystalinita semikrystalických polymerů je zodpovědná za mnoho vlastností, jako je rozměrová stabilita, čirost a houževnatost.

U definovaného dílu a procesu je krystalinita řízena strukturou polymeru, jeho složením a podmínkami zpracování, které vedou ke specifické rovnováze mezi akumulací tepla a ochlazováním. Krystalinita je proto často heterogenní, přičemž tepelná historie se liší pro povrch a jádro dílů nebo výrobků.

Nukleační činidla a čiřidla urychlují a ladí krystalizaci, což umožňuje upravit konečné vlastnosti semikrystalických polymerů podle funkčních požadavků.

· V polypropylenových formulacích vede přidání nukleačních činidel (nazývaných také nukleátory) ke zlepšení výkonu a zpracovatelských vlastností, jako například:

· Zlepšená čirost a snížený zákal

· Zlepšená pevnost a tuhost

· Zlepšená teplota tepelné deformace (HDT)

· Zkrácená doba cyklu

· Snížená deformace a rovnoměrnější smrštění

· Snížená citlivost pigmentů na změny vlastností při různých barvách

·Vylepšená zpracovatelnost v určitých aplikacích

Nukleace je tedy účinným způsobem, jak zlepšit fyzikální, mechanické a optické vlastnosti polypropylenu. Pečlivým výběrem nukleátorů nebo čiřidel lze zlepšit čirost, rozměrovou stabilitu, deformaci, smrštění, CLTE (koeficient tepelné roztavení), HDT (koeficient tepelné roztavení), mechanické vlastnosti a bariérový efekt.

II. Polypropylen a jeho krystalinita

Polypropylen je široce používaný krystalický, komerčně dostupný polymer vyrobený polymerací propenového monomeru. Po polymeraci může PP tvořit tři základní řetězcové struktury (ataktickou, izotaktickou, syndiotaktickou) v závislosti na poloze methylových skupin. Krystalinita polymeru je charakterizována:

· Tvary a velikosti krystalitů

· Poměry krystalinity a nakonec

·Orientace krystalitů

Izotaktický polypropylen (iPP) je semikrystalický polymer. Vyznačuje se vynikajícím poměrem ceny a výkonu, což ho činí velmi atraktivním v široké škále aplikací, jako je automobilový průmysl, spotřebiče, potrubí, obaly atd.

Index izotakticity iPP přímo souvisí se stupněm krystalinity, což má zásadní vliv na vlastnosti polymeru. Izotakticita zvyšuje kinetiku krystalizace, modul pružnosti v ohybu, tvrdost a průhlednost a snižuje rázovou houževnatost a propustnost.

Níže uvedená tabulka porovnává vlastnosti dvou homopolymerů polypropylenu s různým indexem izotakticity.

III. Krystalizace polypropylenu
V závislosti na podmínkách může izotaktický polypropylen krystalizovat do čtyř různých fází, označených α, β, γ a mezomorfní smektická fáze. Fáze α a β jsou nejdůležitější.

α fáze

1. Tato fáze je stabilnější a známější.

2. Tyto krystaly patří do monoklinického krystalového systému.

β fáze

1. Tato fáze je metastabilní a její krystaly patří do pseudohexagonální krystalové soustavy.

2. Fáze β se vyskytuje hlavně v blokově kopolymerovaném polypropylenu a lze ji vytvořit přidáním specifických nukleačních činidel.

3. Tuto krystalovou formu objevili Padden a Keith v roce 1953; lze ji podpořit krystalizací mezi 130 °C a 132 °C, orientací s vysokým smykem nebo přidáním specifických nukleačních činidel.

4. Přítomnost β fáze v homopolymerech polypropylenu obvykle zlepšuje tažnost hotového výrobku a tento účinek je nejvýznamnější, když obsah β fáze dosáhne 65 %.

γ fáze

1. Tato fáze je také metastabilní s triklinickými krystaly.

2. Tato krystalová forma je neobvyklá; vyskytuje se hlavně v polypropylenu s nízkou molekulovou hmotností a vzniká krystalizací za extrémně vysokého tlaku a extrémně nízkých rychlostí ochlazování.

Ⅳ. Nukleační proces v polypropylenu

Je dobře známo, že výchozím bodem krystalizace polymerů jsou malé zárodky (malé částice) přirozeně obsažené v tavenině podobných zbytcích katalyzátoru, nečistotách, prachu atd. Krystalickou morfologii je pak možné modifikovat a řídit přidáním „umělých“ zárodků zavedených do polymerní taveniny. Tato operace se nazývá nukleace.

Používají se nukleátory nebo nukleační činidla, která poskytují místa pro iniciaci krystalů.

Čiřiče jsou podskupinou nukleátorů, které poskytují menší krystality, jež rozptylují méně světla, a v důsledku toho zvyšují čirost při stejné tloušťce stěny součásti.

Úlohou těchto nukleačních činidel je zlepšit fyzikální a mechanické vlastnosti hotových dílů.

Ⅴ. Nukleátory a čiřiče: Bohatý výběr přísad

Částicové nukleační činidla

Nukleační činidla/nukleanty ve formě částic jsou obvykle sloučeniny s vysokou teplotou tání, které jsou dispergovány v polymerní tavenině pomocí kompaundace. Tyto částice fungují jako zřetelné „bodové zárodky“, na kterých může začít růst polymerních krystalů.

Vysoká koncentrace jader vede k rychlejší krystalizaci (kratší doby cyklu) a vyšší úrovni krystalinity, což zlepšuje pevnost, tuhost a HDT (pevnostní odolnost proti tavenině) PP.

Malá velikost krystalových agregátů (sferulitů) vede ke sníženému rozptylu světla a zlepšení jasnosti.

Mezi běžně používané částicové nukleační činidla patří soli a minerály, jako je mastek, benzoan sodný, fosfátové estery a další organické soli.

Mastek a benzoan sodný jsou považovány za nízkoúčinné a levné nukleanty, které poskytují mírné zlepšení pevnosti, tuhosti, pevnosti v tavení (HDT) a doby cyklu.

Vysoce výkonné a drahé nukleanty, jako jsou fosfátové estery a bicykloheptanové soli, poskytují lepší fyzikální vlastnosti a určité zlepšení čirosti.

Rozpustné nukleační činidla

Rozpustné nukleační činidla, která se také označují jako „citlivá na taveninu“, mají obvykle nízké teploty tání a rozpouštějí se v roztaveném PP.

Jak polymerní tavenina chladne ve formě, tyto nukleanty nejprve krystalizují a vytvářejí jemně rozptýlenou síť s extrémně vysokým povrchem.

Jak teplota dále klesá, fibrily tvořící tuto síť fungují jako jádra pro zahájení krystalizace polymeru.

Extrémně vysoká koncentrace jader vede k velmi malým agregátům krystalů PP, které poskytují nejnižší úroveň rozptylu světla a nejlepší čistotu.

Všechny čisticí prostředky jsou nukleanty, ale ne všechny nukleanty jsou dobré čisticí prostředky.

Některé běžné nukleační látky, jako je benzoan sodný a mastek, nezmenšují velikost sférolitů dostatečně, aby se dosáhlo nízkého zákalu a vysoké čirosti výlisku. Nejlepší čirosti se obvykle dosáhne při použití rozpustných nukleačních látek.

Mezi rozpustné organické sloučeniny, které působí jako čiřidla, patří sorbitoly, nonotoly a trisamidy.

Ačkoli se tyto nukleanty používají hlavně k dosažení vysoké čirosti a nízkého zákalu, zlepšují také fyzikální vlastnosti a zkracují dobu cyklu.

Tvar částic a poměr stran

Nukleární částice s jehličkovitými tvary (jako ADK STAB NA-11) mohou vést k různým hodnotám smrštění ve směru stroje a v příčném směru. Tato anizotropie smrštění může vést k deformaci v hotovém dílu. Nukleární částice s rovinnou geometrií mohou poskytnout rovnoměrnější smrštění v obou směrech, což vede k menší deformaci.

Velikost částic a distribuce velikosti částic

Menší velikost částic vede k lepší nukleaci, ale menší částice se také obtížněji dispergují. Některé nukleantní částice, jako je benzoan sodný, mají tendenci se znovu shlukovat.

Použitý lapač kyselin

Některé lapače kyselin, jako jsou soli mastných kyselin (např. stearát vápenatý), mohou působit antagonisticky vůči určitým nukleantům, jako jsou fosfátové estery a benzoan sodný. S těmito nukleanty by se měl používat dihydrotalcit.

Nikdy nepoužívejte stearát vápenatý s benzoátem sodným, protože stearát vápenatý zcela znemožní nukleaci benzoátu sodného.

Stupeň disperze a přítomnost nedispergovaných aglomerátů

Benzoan sodný často tvoří aglomeráty a je obtížné jej správně dispergovat.

Teplota taveniny

Sorbitoly vyžadují pro dosažení nejlepší čirosti vyšší teploty tavení, protože se musí v tavenině polymeru zcela rozpustit.

Synergie a antagonismy mezi nukleanty a dalšími aditivy

Lapače kyselin mohou být synergické nebo antagonistické. Soli mastných kyselin nepříznivě ovlivňují modul pružnosti polypropylenu s nukleovaným fosfátovým esterem.

Vyberte to správnéNukleantya laboratorní filtry pro PP

Před výběrem vhodného nukleačního nebo čiřicího činidla pro vaši aplikaci PP si určete, o jaké vylepšení vlastností máte největší zájem:

a.Pokud je důležitý nízký zákal a vysoká čirost, zvolte jeden z rozpustných čisticích prostředků.

b. Pro nižší požadavky na srozumitelnostfosfátové esterylze použít.

c. Pokud je vysoký modul pružnosti nejdůležitější, zvolte jeden z fosfátových esterů.

d. Pokud je nejdůležitější nízká cena, zvolte benzoan sodný.

e. Pokud je nejdůležitější nízká deformace a nízká citlivost na pigment, zvolte bicykloheptanovou sůl.

Je také nezbytné rozhodnout, jak bude nukleant zabudován do PP pryskyřice. Vždy proveďte vhodné testy, abyste se ujistili, že bylo dosaženo dobré disperze a nukleace.

Proveďte DSC na nukleované PP pryskyřici. Zkrácení doby cyklu obecně koreluje se zvýšením teploty krystalizace (Tc). Otestujte vlastnosti lisovaného vzorku.

Pokud se chcete informovat o produktech souvisejících s nukleačními činidly, neváhejtekontaktujte náskdykoli.