O polipropileno é un polímero amplamente utilizado en diversas aplicacións debido á súa excelente combinación de propiedades. As súas propiedades, como as físicas, mecánicas e ópticas, pódense mellorar aínda máis co uso axeitado de axentes nucleantes e axentes clarificantes. Estes aditivos axudan na cristalización do PP durante o procesamento, mellorando así as propiedades xa adquiridas.

Comprende como usar axentes nucleantes e axentes clarificantes, así como consellos de selección para aumentar eficazmente a taxa de produción, modificar a estrutura e a morfoloxía e reducir a turbidez nas túas formulacións de polipropileno.

I. Papel dos axentes clarificantes de nucleación no PP

A cristalinidade dos polímeros semicristalinos é responsable de moitas das súas características, como a estabilidade dimensional, a claridade e a tenacidade.

Para unha peza e un proceso definidos, a cristalinidade está controlada pola estrutura do polímero, a formulación e as condicións de procesamento, o que resulta nun equilibrio específico entre acumulación de calor e arrefriamento. En consecuencia, a cristalinidade adoita ser heteroxénea, sendo o historial térmico diferente para a pel e o núcleo das pezas ou produtos.

Os axentes nucleantes e clarificantes aceleran e axustan a cristalización, o que permite axustar as propiedades finais dos polímeros semicristalinos aos requisitos funcionais.

·Nas formulacións de polipropileno, a adición de axentes nucleantes (tamén chamados nucleadores) resulta nun mellor rendemento e propiedades de procesamento, como:

· Mellora da claridade e redución da néboa

· Mellora da forza e da rixidez

· Temperatura de deflexión térmica mellorada (HDT)

· Tempo de ciclo reducido

· Deformación reducida e retracción máis uniforme

· Sensibilidade reducida dos pigmentos aos cambios de propiedades con diferentes cores

·Mellora da procesabilidade en determinadas aplicacións

Polo tanto, a nucleación é unha poderosa maneira de mellorar as propiedades físicas, mecánicas e ópticas do polipropileno. A claridade, a estabilidade dimensional, a deformación, a contracción, o CLTE, a HDT, as propiedades mecánicas e o efecto barreira pódense mellorar mediante a escolla coidadosa de nucleadores ou clarificadores.

II. Polipropileno e a súa cristalinidade

O polipropileno é un polímero cristalino de uso común amplamente utilizado, fabricado a partir da polimerización do monómero de propeno. Tras a polimerización, o PP pode formar tres estruturas de cadea básicas (atática, isotática, sindiotática) dependendo da posición dos grupos metilo. A cristalinidade do polímero caracterízase por:

·As formas e tamaños dos cristalitos

·As proporcións de cristalinidade e, finalmente,

·A orientación dos cristalitos

O polipropileno isotáctico (iPP) é un polímero semicristalino. Caracterízase por unha excelente relación custo-rendemento, o que o fai moi atractivo nunha ampla gama de aplicacións como a automoción, os electrodomésticos, as tubaxes, os envases, etc.

O índice de isotacticidade do iPP está directamente ligado ao grao de cristalinidade, o que ten un grande impacto no rendemento do polímero. A isotacticidade aumenta a cinética de cristalización, o módulo de flexión, a dureza e a transparencia, e diminúe a resistencia ao impacto e a permeabilidade.

A táboa seguinte compara as propiedades de dous homopolímeros de polipropileno que teñen un índice de isotacticidade diferente.

III. Cristalización do polipropileno
Dependendo das condicións, o polipropileno isotáctico pode cristalizar en catro fases diferentes, denominadas α, β, γ e esméctica mesomórfica. As fases α e β son as máis importantes.

Fase α

1. Esta fase é máis estable e coñecida.

2. Estes cristais pertencen ao sistema cristalino monoclínico.

Fase β

1. Esta fase é metaestable e os seus cristais pertencen ao sistema cristalino pseudohexagonal.

2. A fase β existe principalmente no polipropileno copolimerizado en bloque e pódese xerar engadindo axentes nucleantes específicos.

3. Esta forma cristalina foi descuberta por Padden e Keith en 1953; pode promoverse mediante a cristalización entre 130 °C e 132 °C, a orientación de alto cizallamento ou a adición de axentes nucleantes específicos.

4. A presenza da fase β nos homopolímeros de polipropileno adoita mellorar a ductilidade do produto acabado, e o efecto é máis significativo cando o contido da fase β alcanza o 65 %.

Fase γ

1. Esta fase tamén é metaestable, con cristais triclínicos.

2. Esta forma cristalina é pouco común; aparece principalmente no polipropileno de baixo peso molecular e fórmase por cristalización a presión extremadamente alta e velocidades de arrefriamento extremadamente baixas.

Ⅳ. Proceso de nucleación en polipropileno

É ben sabido que o punto de partida da cristalización dos polímeros son pequenos xermes (partículas pequenas) incluídos de forma natural nos residuos de catalizador en estado fundido, impurezas, po, etc. Despois é posible modificar e controlar a morfoloxía cristalina mediante a adición de xermes "artificiais" introducidos no polímero fundido. Esta operación chámase nucleación.

Empréganse nucleadores ou axentes de nucleación que proporcionan sitios para a iniciación de cristais.

Os clarificadores son unha subfamilia de nucleadores que proporcionan cristalitos máis pequenos que dispersan menos luz e, como resultado, melloran a claridade para o mesmo grosor de parede dunha peza.

A función destes axentes nucleantes é mellorar as propiedades físicas e mecánicas das pezas acabadas.

Ⅴ. Nucleadores e clarificadores: un rico panel de aditivos

Axentes nucleantes particulados

Os axentes/nucleantes nucleantes particulados son normalmente compostos de alto punto de fusión que se dispersan na masa fundida do polímero mediante a súa mestura. Estas partículas actúan como "núcleos puntuais" distintos nos que pode comezar o crecemento cristalino do polímero.

A alta concentración de núcleos leva a unha cristalización máis rápida (tempos de ciclo máis curtos) e a niveis máis altos de cristalinidade, o que mellora a resistencia, a rixidez e a HDT do PP.

O pequeno tamaño dos agregados cristalinos (esferulitas) reduce a dispersión da luz e mellora a claridade.

Os axentes nucleantes particulados que se usan habitualmente inclúen sales e minerais, como o talco, o benzoato de sodio, os ésteres de fosfato e outros sales orgánicos.

O talco e o benzoato de sodio considéranse nucleantes de baixo rendemento e baixo custo, e proporcionan unha mellora modesta na resistencia, rixidez, HDT e tempo de ciclo.

Os nucleantes de alto rendemento e alto custo, como os ésteres de fosfato e os sales de bicicloheptano, proporcionan mellores propiedades físicas e certa mellora na claridade.

Axentes nucleantes solubles

Os axentes nucleantes solubles, tamén denominados "sensibles á fusión", adoitan ter puntos de fusión baixos e disólvense no PP fundido.

A medida que o polímero fundido arrefría no molde, estes nucleantes cristalizan primeiro formando unha rede finamente distribuída cunha área superficial extremadamente alta.

A medida que a temperatura continúa a baixar, as fibrilas que compoñen esta rede funcionan como núcleos para iniciar a cristalización do polímero.

A concentración extremadamente alta de núcleos dá lugar a agregados cristalinos de PP moi pequenos, que proporcionan o menor nivel de dispersión da luz e a mellor claridade.

Todos os clarificadores son nucleantes, pero non todos os nucleantes son bos clarificadores.

Algúns nucleantes comúns, como o benzoato de sodio e o talco, non reducen o tamaño da esferulita nunha cantidade suficiente para dar lugar a unha peza moldeada de baixa turbidez e alta claridade. A mellor claridade xeralmente conséguese cando se usan nucleantes solubles.

Os compostos orgánicos solubles que actúan como clarificantes inclúen sorbitoles, nonotoles e trisamidas.

Aínda que estes nucleantes se usan principalmente para conseguir unha alta claridade e unha baixa turbidez, tamén melloran as propiedades físicas e reducen o tempo de ciclo.

Forma das partículas e relación de aspecto

As partículas nucleantes con formas de agulla (como ADK STAB NA-11) poden provocar diferentes valores de retracción nas direccións da máquina e transversais. Esta anisotropía de retracción pode provocar deformacións na peza final. As partículas nucleantes cunha xeometría plana poden producir unha retracción máis uniforme nas dúas direccións, o que leva a unha menor deformación.

Tamaño das partículas e distribución do tamaño das partículas

Un tamaño de partícula máis pequeno leva a unha mellor nucleación, pero as partículas máis pequenas tamén poden ser máis difíciles de dispersar. Algunhas partículas nucleantes, como o benzoato de sodio, tenden a reaglomerarse.

Eliminador de ácido usado

Algúns eliminadores de ácidos, como os sales de ácidos graxos (por exemplo, o estearato de calcio), poden ser antagonistas de certos nucleantes, como os ésteres de fosfato e o benzoato de sodio. A dihidrotalcita debe usarse con estes nucleantes.

Nunca empregue estearato de calcio con benzoato de sodio, xa que o estearato de calcio negará completamente a nucleación do benzoato de sodio.

Grao de dispersión e presenza de aglomerados non dispersos

O benzoato de sodio adoita formar aglomerados e é difícil de dispersar axeitadamente.

Temperatura de fusión

Os sorbitois requiren temperaturas de fusión máis altas para obter a mellor claridade, xa que deben disolverse completamente na masa fundida do polímero.

Sinerxías e antagonismos entre nucleantes e outros aditivos

Os eliminadores de ácidos poden ser sinérxicos ou antagónicos. Os sales de ácidos graxos afectan negativamente o módulo do PP nucleado con ésteres de fosfato.

Selecciona a dereitaNucleantese clarificantes para PP

Antes de seleccionar o axente nucleante ou clarificante axeitado para a súa aplicación de PP, determine cal é a mellora das propiedades que máis lle interesa:

a. Se é importante unha turbidez baixa e unha claridade alta, escolla un dos clarificantes solubles.

b. Para requisitos de claridade máis baixos, oésteres de fosfatopódese usar.

c. Se o módulo alto é da maior importancia, escóllese un dos ésteres de fosfato.

d. Se o baixo custo é o máis importante, escolla o benzoato de sodio.

e. Se o máis importante é unha baixa deformación e unha baixa sensibilidade aos pigmentos, escolla o sal de bicicloheptano.

Tamén é fundamental decidir como se incorporará o nucleante á resina de PP. Realice sempre as probas axeitadas para garantir que se conseguiu unha boa dispersión e nucleación.

Executar DSC na resina PP nucleada. As melloras no tempo de ciclo xeralmente correlaciónanse cos aumentos na temperatura de cristalización (Tc). Probar as propiedades da mostra moldeada.

Se queres consultar sobre produtos relacionados cos axentes nucleantes, non dubides en contactar connosco.Contacta connoscoen calquera momento.