Polypropylen er en meget anvendt polymer, der anvendes i forskellige anvendelser på grund af dens fremragende kombination af egenskaber. Dens egenskaber, såsom fysiske, mekaniske og optiske, kan yderligere forbedres ved passende brug af kimdannende stoffer og klaringsmidler. Disse tilsætningsstoffer hjælper med krystallisationen af ​​PP under forarbejdning og forbedrer dermed de allerede opnåede egenskaber.

Forstå, hvordan man bruger kimdannende og klaringsmidler, samt få udvælgelsetips til effektivt at øge produktionshastigheden, ændre struktur og morfologi og reducere uklarhed i dine polypropylenformuleringer.

I. Rollen af ​​kimdannende klaringsmidler i PP

Krystalliniteten af ​​semikrystallinske polymerer er ansvarlig for mange af egenskaberne, såsom dimensionsstabilitet, klarhed og sejhed.

For en defineret del og proces styres krystalliniteten af ​​polymerstrukturen, formuleringen og forarbejdningsbetingelserne, der resulterer i en specifik balance mellem varmeopbygning og afkøling. Følgelig er krystalliniteten ofte heterogen, idet varmeforløbet er forskelligt for overfladen og kernen af ​​delene eller varerne.

Kimdannende stoffer og klaringmidler fremskynder og justerer krystallisationen, hvilket gør det muligt at justere slutegenskaberne af semikrystallinske polymerer til de funktionelle krav.

·I polypropylenformuleringer resulterer tilsætning af kimdannende stoffer (også kaldet kimdannere) i forbedret ydeevne og forarbejdningsegenskaber, såsom:

· Forbedret klarhed og reduceret sløring

· Forbedret styrke og stivhed

· Forbedret varmeafbøjningstemperatur (HDT)

· Reduceret cyklustid

· Reduceret vridning og mere ensartet krympning

· Reduceret pigmentfølsomhed med hensyn til ændringer i egenskaber med forskellige farver

· Forbedret bearbejdningsevne i visse anvendelser

Således er kimdannelse en effektiv måde at forbedre polypropylens fysiske, mekaniske og optiske egenskaber. Klarhed, dimensionsstabilitet, vridning, krympning, CLTE, HDT, mekaniske egenskaber og barriereeffekt kan forbedres ved omhyggeligt valg af kimdannelsesmidler eller klaringsmidler.

II. Polypropylen og dens krystallinitet

Polypropylen er en udbredt krystallinsk handelspolymer fremstillet ved polymerisation af propenmonomer. Ved polymerisation kan PP danne tre grundlæggende kædestrukturer (ataktisk, isotaktisk, syndiotaktisk) afhængigt af methylgruppernes position. Polymerens krystallinitet er karakteriseret ved:

· Krystallitternes former og størrelser

·Krystallinitetsforholdene, og til sidst

· Orienteringen af ​​krystallitter

Isotaktisk polypropylen (iPP) er en semikrystallinsk polymer. Den er kendetegnet ved et fremragende forhold mellem pris og ydelse, hvilket gør den meget attraktiv i en bred vifte af anvendelser som f.eks. bilindustrien, apparater, rør, emballage osv.

Isotakticitetsindekset for iPP er direkte knyttet til krystallinitetsgraden, som har en stor indflydelse på polymerens ydeevne. Isotakticitet øger krystallisationskinetikken, bøjningsmodulet, hårdheden og gennemsigtigheden samt mindsker slagfasthed og permeabilitet.

Tabellen nedenfor sammenligner egenskaberne af to polypropylenhomopolymerer med forskellige isotakticitetsindekser.

III. Krystallisering af polypropylen
Afhængigt af forholdene kan isotaktisk polypropylen krystallisere i fire forskellige faser, der betegnes α, β, γ og mesomorf smektisk. α- og β-faserne er de vigtigste.

α-fase

1. Denne fase er mere stabil og velkendt.

2. Disse krystaller tilhører det monokliniske krystalsystem.

β-fase

1. Denne fase er metastabil, og dens krystaller tilhører det pseudo-hexagonale krystalsystem.

2. β-fasen findes hovedsageligt i blokcopolymeriseret polypropylen og kan genereres ved at tilsætte specifikke kimdannende stoffer.

3. Denne krystalform blev opdaget af Padden og Keith i 1953; den kan fremmes ved krystallisation mellem 130 °C og 132 °C, højforskydningsorientering eller tilsætning af specifikke kimdannende stoffer.

4. Tilstedeværelsen af ​​β-fasen i polypropylenhomopolymerer forbedrer normalt det færdige produkts duktilitet, og effekten er mest signifikant, når β-faseindholdet når 65 %.

γ-fase

1. Denne fase er også metastabil med trikliniske krystaller.

2. Denne krystalform er usædvanlig; den forekommer hovedsageligt i polypropylen med lav molekylvægt og dannes ved krystallisation under ekstremt højt tryk og ekstremt lave afkølingshastigheder.

Ⅳ. Nukleeringsproces i polypropylen

Det er velkendt, at udgangspunktet for krystallisation af polymerer er små kim (små partikler), der naturligt indgår i de smeltelignende katalysatorrester, urenheder, støv osv. Det er derefter muligt at modificere og kontrollere den krystallinske morfologi ved at tilsætte "kunstige" kim, der introduceres i polymersmelten. Denne operation kaldes kimdannelse.

Der anvendes kimdannere eller kimdannende midler, der tilvejebringer steder til initiering af krystaller.

Klargøringsmidler er en underfamilie af kimdannere, der giver mindre krystallitter, der spreder mindre lys og som følge heraf forbedrer klarheden for den samme vægtykkelse af en del.

Disse kimdannende stoffers rolle er at forbedre de fysiske og mekaniske egenskaber af de færdige dele.

Ⅴ. Kimdannelsesmidler og klaringsmidler: Et rigt udvalg af tilsætningsstoffer

Partikelformige kimdannende stoffer

Partikulære kimdannere/kimdannere er typisk højtsmeltende forbindelser, der dispergeres i polymersmelten via compounding. Disse partikler fungerer som forskellige 'punktkerner', hvorpå polymerkrystalvækst kan begynde.

Den høje koncentration af kerner fører til hurtigere krystallisation (kortere cyklustider) og højere niveauer af krystallinitet, hvilket forbedrer PP'ens styrke, stivhed og HDT.

Krystalaggregaternes (sfærulitternes) lille størrelse fører til reduceret lysspredning og forbedret klarhed.

De almindeligt anvendte partikelformige kimdannende midler omfatter salte og mineraler, såsom talkum, natriumbenzoat, fosfatestere og andre organiske salte.

Talkum og natriumbenzoat anses for at være lavtydende, billige nukleanter og giver en beskeden forbedring i styrke, stivhed, HDT og cyklustid.

De højtydende, dyre nukleanter, såsom fosfatestere og bicycloheptansalte, giver bedre fysiske egenskaber og en vis forbedring af klarheden.

Opløselige kimdannende midler

Opløselige kimdannende stoffer, der også kaldes 'smeltefølsomme', har typisk lave smeltepunkter og opløses i den smeltede PP.

Når polymersmelten afkøles i formen, krystalliserer disse kimdannende stoffer først og danner et fint fordelt netværk med et ekstremt stort overfladeareal.

Efterhånden som temperaturen fortsætter med at falde, fungerer fibrillerne, der udgør dette netværk, som kerner, der initierer polymerkrystallisationen.

Den ekstremt høje koncentration af kerner fører til meget små PP-krystalaggregater, som giver det laveste niveau af lysspredning og den bedste klarhed.

Alle klaringmidler er nukleanter, men ikke alle nukleanter er gode klaringmidler.

Nogle almindelige nukleanter, såsom natriumbenzoat og talkum, reducerer ikke sfærulitternes størrelse tilstrækkeligt til at give en støbt del med lav dis og høj klarhed. Den bedste klarhed opnås generelt, når der anvendes opløselige nukleanter.

Opløselige organiske forbindelser, der fungerer som klaringsmidler, omfatter sorbitoler, nonotoler og trisamider.

Selvom disse nukleanter primært bruges til at opnå høj klarhed og lav dis, forbedrer de også de fysiske egenskaber og reducerer cyklustiden.

Partikelform og billedformat

Nukleantpartikler med nålelignende former (som ADK STAB NA-11) kan føre til forskellige krympningsværdier i maskin- og tværretningen. Denne krympningsanisotropi kan føre til vridning i den færdige del. Nukleantpartikler med en plan geometri kan give en mere ensartet krympning i de to retninger, hvilket fører til mindre vridning.

Partikelstørrelse og partikelstørrelsesfordeling

Mindre partikelstørrelse fører til forbedret kimdannelse, men mindre partikler kan også være vanskeligere at dispergere. Nogle kimdannende partikler, såsom natriumbenzoat, har en tendens til at agglomerere igen.

Brugt syrefjerner

Nogle syrefjernere, såsom fedtsyresalte (f.eks. calciumstearat), kan være antagonistiske over for visse nukleanter, såsom fosfatestere og natriumbenzoat. Dihydrotalcit bør anvendes sammen med disse nukleanter.

Brug aldrig calciumstearat sammen med natriumbenzoat, da calciumstearatet fuldstændigt vil ophæve dannelsen af ​​natriumbenzoatet.

Dispersionsgrad og tilstedeværelse af udispergerede agglomerater

Natriumbenzoat danner ofte agglomerater og er vanskelig at dispergere ordentligt.

Smeltetemperatur

Sorbitoler kræver højere smeltetemperaturer for at give den bedste klarhed, da de skal opløses fuldstændigt i polymersmelten.

Synergier og antagonismer mellem nukleanter og andre tilsætningsstoffer

Syrefjernere kan være synergistiske eller antagonistiske. Fedtsyresalte påvirker modulet af fosfatester-nukleeret PP negativt.

Vælg den rigtigeNukleanterog klaringsmidler til PP

Før du vælger det passende kimdannende eller klarende middel til din PP-anvendelse, skal du bestemme, hvilken egenskabsforbedring du er mest interesseret i:

a. Hvis lav dis og høj klarhed er vigtigt, så vælg en af ​​de opløselige klaringsmidler.

b. For lavere krav til klarhed,fosfatesterekan bruges.

c. Hvis høj modulus er af største betydning, skal du vælge en af ​​fosfatesterne.

d. Hvis lave omkostninger er af største betydning, så vælg natriumbenzoat.

e. Hvis lav vridning og lav pigmentfølsomhed er af største betydning, så vælg bicycloheptansaltet.

Det er også bydende nødvendigt at beslutte, hvordan kimdannelsesmidlet skal inkorporeres i PP-harpiksen. Udfør altid passende tests for at sikre, at god dispersion og kimdannelse er opnået.

Kør DSC på den kimdannede PP-harpiks. Forbedringer i cyklustid korrelerer generelt med stigninger i krystallisationstemperaturen (Tc). Testegenskaber af støbt prøve.

Hvis du ønsker at forhøre dig om produkter relateret til kimdannende stoffer, er du velkommen til atkontakt osnår som helst.