Polüpropüleen on laialdaselt kasutatav polümeer, mida kasutatakse mitmesugustes rakendustes tänu oma suurepärasele omaduste kombinatsioonile. Selle omadusi, nagu füüsikalised, mehaanilised ja optilised omadused, saab veelgi parandada sobivate tuumastavate ja selitavate ainete abil. Need lisandid aitavad PP-l töötlemise ajal kristalliseeruda, parandades seeläbi juba omandatud omadusi.

Saage aru, kuidas kasutada tuumastavaid ja selitavaid aineid ning hankige valikunippe, et tõhusalt suurendada tootmiskiirust, muuta struktuuri ja morfoloogiat ning vähendada hägusust oma polüpropüleeni koostistes.

I. Tuuma moodustavate selitavate ainete roll PP-s

Poolkristalliliste polümeeride kristallilisus vastutab paljude omaduste, näiteks mõõtmete stabiilsuse, selguse ja sitkuse eest.

Kindlaksmääratud detaili ja protsessi puhul kontrollivad kristallilisust polümeeri struktuur, koostis ja töötlemistingimused, mille tulemuseks on soojuse kogunemise ja jahtumise tasakaal. Seetõttu on kristallilisus sageli heterogeenne, kusjuures detailide või toodete kesta ja südamiku soojuslugu on erinev.

Kristalliseerumist kiirendavad ja reguleerivad tuumastavad ained ja selitajad, võimaldades poolkristalliliste polümeeride lõppomadusi funktsionaalsete nõuetega kohandada.

·Polüpropüleeni koostistes parandavad tuumastavate ainete (nimetatakse ka tuumastajateks) lisamine jõudlust ja töötlemisomadusi, näiteks:

· Parem selgus ja vähenenud hägusus

· Parem tugevus ja jäikus

· Täiustatud soojuspaisumistemperatuur (HDT)

· Lühem tsükliaeg

· Vähem moonutusi ja ühtlasem kokkutõmbumine

· Vähenenud pigmendi tundlikkus erinevate värvidega seotud omaduste muutuste suhtes

· Parem töödeldavus teatud rakendustes

Seega on tuumastamine võimas viis polüpropüleeni füüsikaliste, mehaaniliste ja optiliste omaduste parandamiseks. Selgust, mõõtmete stabiilsust, deformatsiooni, kokkutõmbumist, CLTE-d, HDT-d, mehaanilisi omadusi ja barjääriefekti saab parandada tuumastajate või selitajate hoolika valikuga.

II. Polüpropüleen ja selle kristallilisus

Polüpropüleen on laialdaselt kasutatav kristalliline tarbepolümeer, mis on valmistatud propeeni monomeeri polümerisatsioonil. Polümerisatsiooni käigus võib PP moodustada kolm põhilist ahelastruktuuri (ataktiline, isotaktiline, sündiotaktiline), olenevalt metüülrühmade asukohast. Polümeeri kristallilisust iseloomustab:

· Kristalliitide kuju ja suurus

· Kristallilisuse suhted ja lõpuks

· Kristalliitide orientatsioon

Isotaktiline polüpropüleen (iPP) on poolkristalliline polümeer. Seda iseloomustab suurepärane hinna ja kvaliteedi suhe, mis muudab selle väga atraktiivseks laias valikus rakendustes, näiteks autotööstuses, kodumasinates, torudes, pakendites jne.

iPP isotaktilisuse indeks on otseselt seotud kristallilisuse astmega, millel on suur mõju polümeeri toimivusele. Isotaktilisus suurendab kristallisatsioonikineetikat, paindemoodulit, kõvadust ja läbipaistvust ning vähendab löögikindlust ja läbilaskvust.

Allolev tabel võrdleb kahe erineva isotaktilisuse indeksiga polüpropüleenhomopolümeeri omadusi.

III. Polüpropüleeni kristalliseerumine
Sõltuvalt tingimustest võib isotaktiline polüpropüleen kristalliseeruda neljaks erinevaks faasiks, mida tähistatakse α, β, γ ja mesomorfse smektilise faasina. Α- ja β-faasid on kõige olulisemad.

α-faas

1. See faas on stabiilsem ja paremini tuntud.

2. Need kristallid kuuluvad monokliinsesse kristallisüsteemi.

β-faas

1. See faas on metastabiilne ja selle kristallid kuuluvad pseudoheksagonaalsesse kristallisüsteemi.

2. β-faas esineb peamiselt plokk-kopolümeriseeritud polüpropüleenis ja seda saab tekitada spetsiifiliste tuumastavate ainete lisamisega.

3. Selle kristallivormi avastasid Padden ja Keith 1953. aastal; selle teket saab soodustada kristalliseerimisega temperatuurivahemikus 130–132 °C, suure nihkejõuga orienteerimisega või spetsiifiliste tuumastavate ainete lisamisega.

4. β-faasi olemasolu polüpropüleeni homopolümeerides parandab tavaliselt valmistoote venivust ja see mõju on kõige olulisem, kui β-faasi sisaldus ulatub 65%-ni.

γ-faas

1. See faas on samuti metastabiilne, trikliiniliste kristallidega.

2. See kristallivorm on haruldane; see esineb peamiselt madalmolekulaarses polüpropüleenis ja moodustub kristalliseerumise teel äärmiselt kõrge rõhu ja äärmiselt madala jahutuskiiruse all.

Ⅳ. Polüpropüleeni tuumastumisprotsess

On üldteada, et polümeeride kristalliseerumise alguspunktiks on väikesed mikroobid (osakesed), mis looduslikult sisalduvad sulataolistes katalüsaatorijääkides, lisandites, tolmus jne. Seejärel on võimalik kristallilist morfoloogiat muuta ja kontrollida, lisades polümeerisulamisse "kunstlikke" mikroobe. Seda toimingut nimetatakse tuumastumiseks.

Kristallide initsieerimiseks kohtade loomiseks kasutatakse tuumastajaid või tuumastavaid aineid.

Selitajad on nukleaatorite alamperekond, mis pakuvad väiksemaid kristalliite, mis hajutavad vähem valgust ja suurendavad seetõttu detaili sama seinapaksuse korral selgust.

Nende tuumastavate ainete roll on parandada valmisdetailide füüsikalisi ja mehaanilisi omadusi.

III. Tuumastajad ja selitajad: rikkalik lisandite valik

Tahkete osakeste tuumastavad ained

Osakeste kujul olevad tuumastavad ained/nukleandid on tavaliselt kõrge sulamistemperatuuriga ühendid, mis dispergeeritakse polümeerisulamisse segamise teel. Need osakesed toimivad eraldiseisvate punkttuumadena, millel saab alata polümeerkristallide kasv.

Tuumade kõrge kontsentratsioon viib kiirema kristalliseerumiseni (lühemad tsükliajad) ja kõrgema kristallilisuse tasemeni, mis parandab PP tugevust, jäikust ja HDT-d.

Kristalli agregaatide (sferuliitide) väike suurus vähendab valguse hajumist ja parandab selgust.

Tavaliselt kasutatavate osakeste tuumastavate ainete hulka kuuluvad soolad ja mineraalid, näiteks talk, naatriumbensoaat, fosfaatestrid ja muud orgaanilised soolad.

Talki ja naatriumbensoaati peetakse madala jõudlusega ja odavateks tuumastajateks, mis parandavad tugevust, jäikust, HDT-d ja tsükliaega tagasihoidlikult.

Kõrge jõudlusega ja kallid tuumastajad, näiteks fosfaatestrid ja bitsükloheptaansoolad, annavad paremad füüsikalised omadused ja suurendavad mõnevõrra selgust.

Lahustuvad tuumastavad ained

Lahustuvatel tuumastavatel ainetel, mida nimetatakse ka sulamistundlikeks aineteks, on tavaliselt madal sulamistemperatuur ja need lahustuvad sulas PP-s.

Kui polümeerisula vormis jahtub, kristalliseeruvad need tuumad kõigepealt välja, moodustades peenelt jaotunud võrgustiku, millel on äärmiselt suur pindala.

Temperatuuri jätkuva languse korral toimivad selle võrgustiku moodustavad fibrillid tuumadena, mis algatavad polümeeri kristalliseerumise.

Äärmiselt kõrge tuumade kontsentratsioon viib väga väikeste PP-kristallide agregaatide tekkeni, mis annavad madalaima valguse hajumise taseme ja parima selguse.

Kõik selitajad on nukleandid, kuid mitte kõik nukleandid pole head selitajad.

Mõned levinud nukleandid, näiteks naatriumbensoaat ja talk, ei vähenda sferuliidi suurust piisavalt, et saavutada vormitud detaili madal hägusus ja kõrge läbipaistvus. Parim selgus saavutatakse üldiselt lahustuvate nukleantide kasutamisel.

Lahustuvate orgaaniliste ühendite hulka, mis toimivad selitajatena, kuuluvad sorbitoolid, nonotoolid ja trisamiidid.

Kuigi neid nukleante kasutatakse peamiselt suure selguse ja madala hägususe saavutamiseks, parandavad need ka füüsikalisi omadusi ja lühendavad tsükliaega.

Osakeste kuju ja kuvasuhe

Nõelakujulised tuumaosakesed (nagu ADK STAB NA-11) võivad põhjustada erinevaid kahanemisväärtusi masina- ja põikisuunas. See kahanemise anisotroopia võib viia lõpptoote deformatsioonini. Tasase geomeetriaga tuumaosakesed võivad põhjustada ühtlasemat kahanemist mõlemas suunas, mis vähendab deformatsiooni.

Osakeste suurus ja osakeste suuruse jaotus

Väiksem osakeste suurus viib parema tuumastumiseni, kuid väiksemaid osakesi võib olla ka raskem dispergeerida. Mõned tuumastavad osakesed, näiteks naatriumbensoaat, kipuvad uuesti aglomereeruma.

Kasutatud happepüüdja

Mõned happepüüdjad, näiteks rasvhapete soolad (nt kaltsiumstearaat), võivad olla teatud nukleantide, näiteks fosfaatestrite ja naatriumbensoaadi, suhtes antagonistlikud. Nende nukleantidega tuleks kasutada dihüdrotaltsiiti.

Ärge kunagi kasutage kaltsiumstearaati koos naatriumbensoaadiga, kuna kaltsiumstearaat tühistab täielikult naatriumbensoaadi tuumastumise.

Dispersiooniaste ja dispergeerimata aglomeraatide olemasolu

Naatriumbensoaat moodustab sageli aglomeraate ja seda on raske korralikult dispergeerida.

Sulamistemperatuur

Sorbitoolid vajavad parima selguse saavutamiseks kõrgemaid sulamistemperatuure, kuna need peavad polümeerisulamis täielikult lahustuma.

Tuumade ja muude lisandite sünergiad ja antagonismid

Happepüüdjad võivad olla sünergistlikud või antagonistlikud. Rasvhapete soolad mõjutavad negatiivselt fosfaatestriga tuumastatud PP moodulit.

Valige õigeTuumadja PP selitajad

Enne PP-rakenduse jaoks sobiva tuumastava või selitava aine valimist tehke kindlaks, millise omaduse parandamisest olete kõige rohkem huvitatud:

a. Kui oluline on madal hägusus ja kõrge selgus, siis vali üks lahustuvatest selitajatest.

b.Madalamate selgusnõuete korralfosfaatestridsaab kasutada.

c. Kui kõrge moodul on kõige olulisem, siis vali üks fosfaatestritest.

d.Kui madalad kulud on kõige olulisemad, siis valige naatriumbensoaat.

e. Kui kõige olulisemad on väike moonutus ja madal pigmenditundlikkus, siis valige bitsükloheptaansool.

Samuti on ülioluline otsustada, kuidas nukleant PP-vaigu sisse lisatakse. Tehke alati asjakohased katsed, et tagada hea dispersioon ja nukleatsioon.

Tehke DSC nukleeeritud PP-vaigul. Tsükliaja paranemine korreleerub üldiselt kristallisatsioonitemperatuuri (Tc) tõusuga. Vormitud proovi testimisomadused.

Kui soovite päringuid teha tuumastavate ainetega seotud toodete kohta, võtke julgelt ühendustvõtke meiega ühendustigal ajal.