पॉलीप्रोपाइलीन एक व्यापक रूप से उपयोग किया जाने वाला बहुलक है, जो अपने उत्कृष्ट गुणों के संयोजन के कारण विभिन्न अनुप्रयोगों में प्रयोग होता है। इसके भौतिक, यांत्रिक और प्रकाशीय गुणों को न्यूक्लियेटिंग एजेंट और क्लेरिफाइंग एजेंट के उपयुक्त उपयोग से और भी बढ़ाया जा सकता है। ये योजक प्रसंस्करण के दौरान पॉलीप्रोपाइलीन के क्रिस्टलीकरण में सहायता करते हैं, जिससे इसके पहले से प्राप्त गुणों में और भी वृद्धि होती है।

पॉलीप्रोपाइलीन फॉर्मूलेशन में उत्पादन दर को प्रभावी ढंग से बढ़ाने, संरचना और आकारिकी को संशोधित करने और धुंध को कम करने के लिए न्यूक्लियेटिंग एजेंट और क्लेरिफाइंग एजेंट का उपयोग करने के तरीके के साथ-साथ चयन संबंधी सुझाव प्राप्त करें।

I. पीपी में न्यूक्लियेटिंग क्लेरिफाइंग एजेंटों की भूमिका

अर्ध-क्रिस्टलीय पॉलिमर की क्रिस्टलीयता कई विशेषताओं के लिए जिम्मेदार होती है, जैसे कि आयामी स्थिरता, स्पष्टता और कठोरता।

किसी विशिष्ट भाग और प्रक्रिया के लिए, क्रिस्टलीयता बहुलक संरचना, निर्माण और प्रसंस्करण स्थितियों द्वारा नियंत्रित होती है, जिसके परिणामस्वरूप ऊष्मा संचय और शीतलन का एक विशिष्ट संतुलन बनता है। परिणामस्वरूप, क्रिस्टलीयता अक्सर विषम होती है, क्योंकि भागों या वस्तुओं की बाहरी और आंतरिक सतह के लिए ऊष्मा का इतिहास अलग-अलग होता है।

न्यूक्लियेटिंग एजेंट और क्लेरिफायर क्रिस्टलीकरण की प्रक्रिया को तेज और नियंत्रित करते हैं, जिससे अर्ध-क्रिस्टलीय पॉलिमर के अंतिम गुणों को कार्यात्मक आवश्यकताओं के अनुरूप समायोजित किया जा सकता है।

पॉलीप्रोपाइलीन फॉर्मूलेशन में, न्यूक्लियेटिंग एजेंट (जिन्हें न्यूक्लियेटर भी कहा जाता है) मिलाने से प्रदर्शन और प्रसंस्करण गुणों में सुधार होता है, जैसे कि:

• स्पष्टता में सुधार और धुंध में कमी

• बेहतर मजबूती और कठोरता

· बेहतर ऊष्मा विक्षेपण तापमान (एचडीटी)

चक्र समय में कमी

• विकृति में कमी और अधिक एकसमान संकुचन

• विभिन्न रंगों के साथ गुणों में होने वाले परिवर्तनों के संबंध में वर्णक संवेदनशीलता में कमी।

कुछ अनुप्रयोगों में प्रक्रिया करने की क्षमता में सुधार

इस प्रकार, न्यूक्लिएशन पॉलीप्रोपाइलीन के भौतिक, यांत्रिक और प्रकाशीय गुणों को बेहतर बनाने का एक शक्तिशाली तरीका है। न्यूक्लिएटर या क्लेरिफायर का सावधानीपूर्वक चयन करके स्पष्टता, आयामी स्थिरता, ताना-बाना, संकुचन, सीएलटीई, एचडीटी, यांत्रिक गुण और अवरोधक प्रभाव को बेहतर बनाया जा सकता है।

II. पॉलीप्रोपाइलीन और इसकी क्रिस्टलीयता

पॉलीप्रोपाइलीन एक व्यापक रूप से उपयोग किया जाने वाला क्रिस्टलीय, व्यावसायिक बहुलक है जो प्रोपीन मोनोमर के बहुलकीकरण से बनता है। बहुलकीकरण के बाद, PP मिथाइल समूहों की स्थिति के आधार पर तीन मूल श्रृंखला संरचनाएं (एटैक्टिक, आइसोटैक्टिक, सिंडियोटैक्टिक) बना सकता है। बहुलक की क्रिस्टलीयता निम्नलिखित विशेषताओं द्वारा निर्धारित की जाती है:

क्रिस्टलीय कणों के आकार और माप

क्रिस्टलीयता अनुपात, और अंततः

क्रिस्टलीय कणों का अभिविन्यास

आइसोटैक्टिक पॉलीप्रोपाइलीन (आईपीपी) एक अर्ध-क्रिस्टलीय बहुलक है। इसकी उत्कृष्ट लागत-प्रदर्शन अनुपात इसे ऑटोमोटिव, घरेलू उपकरण, पाइपिंग, पैकेजिंग आदि जैसे विभिन्न अनुप्रयोगों में बेहद आकर्षक बनाती है।

आईपीपी का आइसोटैक्टिसिटी सूचकांक क्रिस्टलीयता की डिग्री से सीधा जुड़ा होता है, जिसका बहुलक के प्रदर्शन पर गहरा प्रभाव पड़ता है। आइसोटैक्टिसिटी क्रिस्टलीकरण गतिकी, फ्लेक्सुरल मॉड्यूलस, कठोरता और पारदर्शिता को बढ़ाती है, जबकि प्रभाव प्रतिरोध और पारगम्यता को कम करती है।

नीचे दी गई तालिका दो पॉलीप्रोपाइलीन होमोपॉलिमर के गुणों की तुलना करती है जिनका आइसोटैक्टिसिटी इंडेक्स अलग-अलग है।

III. पॉलीप्रोपाइलीन का क्रिस्टलीकरण
परिस्थितियों के आधार पर, आइसोटैक्टिक पॉलीप्रोपाइलीन चार अलग-अलग अवस्थाओं में क्रिस्टलीकृत हो सकता है जिन्हें α, β, γ और मेसोमॉर्फिक स्मेक्टिक के रूप में दर्शाया जाता है। α और β अवस्थाएँ सबसे महत्वपूर्ण हैं।

α चरण

1. यह चरण अधिक स्थिर और सुप्रसिद्ध है।

2. ये क्रिस्टल मोनोक्लिनिक क्रिस्टल प्रणाली से संबंधित हैं।

β चरण

1. यह अवस्था मेटास्टेबल है, और इसके क्रिस्टल स्यूडो-हेक्सागोनल क्रिस्टल सिस्टम से संबंधित हैं।

2. β चरण मुख्य रूप से ब्लॉक कॉपोलिमराइज्ड पॉलीप्रोपाइलीन में मौजूद होता है और इसे विशिष्ट न्यूक्लियेटिंग एजेंटों को जोड़कर उत्पन्न किया जा सकता है।

3. इस क्रिस्टल रूप की खोज पैडेन और कीथ ने 1953 में की थी; इसे 130°C और 132°C के बीच क्रिस्टलीकरण, उच्च-कतरनी अभिविन्यास, या विशिष्ट नाभिकीय एजेंटों के अतिरिक्त द्वारा बढ़ावा दिया जा सकता है।

4. पॉलीप्रोपाइलीन होमोपॉलिमर में β चरण की उपस्थिति आमतौर पर तैयार उत्पाद की तन्यता में सुधार करती है, और यह प्रभाव सबसे महत्वपूर्ण तब होता है जब β चरण की मात्रा 65% तक पहुँच जाती है।

γ चरण

1. यह चरण भी मेटास्टेबल है, जिसमें ट्राइक्लिनिक क्रिस्टल होते हैं।

2. यह क्रिस्टलीय रूप असामान्य है; यह मुख्य रूप से कम आणविक भार वाले पॉलीप्रोपाइलीन में पाया जाता है और अत्यंत उच्च दबाव और अत्यंत कम शीतलन दरों के तहत क्रिस्टलीकरण द्वारा बनता है।

IV. पॉलीप्रोपाइलीन में न्यूक्लिएशन प्रक्रिया

यह सर्वविदित है कि पॉलिमर के क्रिस्टलीकरण का आरंभिक बिंदु पिघले हुए पदार्थ में स्वाभाविक रूप से मौजूद छोटे कण (जैसे उत्प्रेरक अवशेष, अशुद्धियाँ, धूल आदि) होते हैं। पॉलिमर के पिघले हुए पदार्थ में कृत्रिम कण मिलाकर क्रिस्टलीय संरचना को संशोधित और नियंत्रित किया जा सकता है। इस प्रक्रिया को न्यूक्लिएशन कहते हैं।

क्रिस्टल निर्माण की शुरुआत के लिए स्थान प्रदान करने वाले न्यूक्लियेटर या न्यूक्लियेशन एजेंटों का उपयोग किया जाता है।

क्लेरिफायर, न्यूक्लिएटर की एक उपश्रेणी है जो छोटे क्रिस्टलीय कण प्रदान करते हैं जो कम प्रकाश बिखेरते हैं और परिणामस्वरूप, किसी भाग की समान दीवार मोटाई के लिए स्पष्टता को बढ़ाते हैं।

इन न्यूक्लियेटिंग एजेंटों की भूमिका तैयार भागों के भौतिक और यांत्रिक गुणों में सुधार करना है।

V. न्यूक्लियेटर और क्लेरिफायर: योजकों का एक समृद्ध पैनल

कणिकीय नाभिकीयकरण एजेंट

कणमय नाभिकीय अभिकारक/नाभिकीय कारक आमतौर पर उच्च गलनांक वाले यौगिक होते हैं जिन्हें मिश्रण विधि द्वारा बहुलक के पिघले हुए पदार्थ में फैलाया जाता है। ये कण विशिष्ट 'बिंदु नाभिक' के रूप में कार्य करते हैं जिन पर बहुलक क्रिस्टल का विकास शुरू हो सकता है।

नाभिकों की उच्च सांद्रता से क्रिस्टलीकरण अधिक तेजी से होता है (चक्र का समय कम होता है), और क्रिस्टलीयता का स्तर उच्च होता है, जिससे पीपी की मजबूती, कठोरता और एचडीटी में सुधार होता है।

क्रिस्टल समूहों (स्फेरुलाइट्स) के छोटे आकार के कारण प्रकाश का प्रकीर्णन कम होता है और स्पष्टता में सुधार होता है।

सामान्यतः उपयोग किए जाने वाले कणिकीय नाभिकीय अभिकारकों में लवण और खनिज शामिल हैं, जैसे कि टैल्क, सोडियम बेंजोएट, फॉस्फेट एस्टर और अन्य कार्बनिक लवण।

टैल्क और सोडियम बेंजोएट को कम प्रदर्शन वाले, कम लागत वाले न्यूक्लियंट माना जाता है, और ये मजबूती, कठोरता, एचडीटी और चक्र समय में मामूली सुधार प्रदान करते हैं।

फॉस्फेट एस्टर और बाइसाइक्लोहेप्टेन लवण जैसे उच्च प्रदर्शन वाले, उच्च लागत वाले न्यूक्लियंट बेहतर भौतिक गुण प्रदान करते हैं और स्पष्टता में कुछ सुधार करते हैं।

घुलनशील नाभिकीय कारक

घुलनशील न्यूक्लियेटिंग एजेंट, जिन्हें 'मेल्ट-सेंसिटिव' भी कहा जाता है, आमतौर पर कम गलनांक वाले होते हैं और पिघले हुए पीपी में घुल जाते हैं।

जब सांचे में बहुलक पिघलकर ठंडा होता है, तो ये नाभिकीय कण सबसे पहले क्रिस्टलीकृत होकर अत्यंत उच्च सतह क्षेत्र वाला एक बारीक रूप से वितरित नेटवर्क बनाते हैं।

जैसे-जैसे तापमान गिरता जाता है, इस नेटवर्क में मौजूद रेशे बहुलक क्रिस्टलीकरण को शुरू करने के लिए नाभिक के रूप में कार्य करते हैं।

नाभिकों की अत्यधिक उच्च सांद्रता के कारण बहुत छोटे पीपी क्रिस्टल समूह बनते हैं, जो प्रकाश के सबसे कम प्रकीर्णन और सर्वोत्तम स्पष्टता प्रदान करते हैं।

सभी स्पष्टीकरणक पदार्थ नाभिकीय कारक होते हैं, लेकिन सभी नाभिकीय कारक अच्छे स्पष्टीकरणक पदार्थ नहीं होते हैं।

सोडियम बेंजोएट और टैल्क जैसे कुछ सामान्य न्यूक्लियंट, स्फेरुलाइट के आकार को इतनी मात्रा में कम नहीं करते कि कम धुंधलापन और उच्च स्पष्टता वाला ढाला हुआ भाग प्राप्त हो सके। सर्वोत्तम स्पष्टता आमतौर पर घुलनशील न्यूक्लियंट के उपयोग से प्राप्त होती है।

घुलनशील कार्बनिक यौगिक जो स्पष्टीकरणकर्ता के रूप में कार्य करते हैं उनमें सॉर्बिटोल, नोनोटोल और ट्राइसेमाइड शामिल हैं।

हालांकि इन न्यूक्लियंट्स का उपयोग मुख्य रूप से उच्च स्पष्टता और कम धुंध प्राप्त करने के लिए किया जाता है, लेकिन ये भौतिक गुणों में भी सुधार करते हैं और चक्र समय को कम करते हैं।

कण का आकार और पहलू अनुपात

सुई जैसी आकृति वाले न्यूक्लियर कण (जैसे ADK STAB NA-11) मशीनिंग और अनुप्रस्थ दिशाओं में अलग-अलग संकुचन मान उत्पन्न कर सकते हैं। संकुचन की यह विषमता अंतिम भाग में विकृति का कारण बन सकती है। समतल ज्यामिति वाले न्यूक्लियर कण दोनों दिशाओं में अधिक एकसमान संकुचन प्रदान करते हैं, जिससे विकृति कम होती है।

कण का आकार और कण आकार वितरण

छोटे कण आकार से न्यूक्लिएशन बेहतर होता है, लेकिन छोटे कणों को फैलाना भी अधिक कठिन हो सकता है। सोडियम बेंजोएट जैसे कुछ न्यूक्लियंट कण पुनः एकत्रित होने की प्रवृत्ति रखते हैं।

एसिड स्कैवेंजर का उपयोग किया गया

कुछ अम्ल अपघटक, जैसे वसा अम्ल लवण (उदाहरण के लिए कैल्शियम स्टीयरेट), कुछ नाभिकीय अभिकारकों, जैसे फॉस्फेट एस्टर और सोडियम बेंजोएट के प्रति प्रतिकूल प्रभाव डाल सकते हैं। इन नाभिकीय अभिकारकों के साथ डाइहाइड्रोटैल्साइट का प्रयोग किया जाना चाहिए।

कैल्शियम स्टीयरेट का प्रयोग सोडियम बेंजोएट के साथ कभी न करें क्योंकि कैल्शियम स्टीयरेट सोडियम बेंजोएट के न्यूक्लिएशन को पूरी तरह से नकार देगा।

फैलाव की मात्रा और अविभाजित समूहों की उपस्थिति

सोडियम बेंजोएट अक्सर गुच्छे बना लेता है और इसे ठीक से फैलाना मुश्किल होता है।

पिघलने का तापमान

सर्वोत्तम स्पष्टता प्राप्त करने के लिए सॉर्बिटोल को उच्च गलनांक तापमान की आवश्यकता होती है, क्योंकि उन्हें बहुलक गलनांक में पूरी तरह से घुलना चाहिए।

नाभिकीय पदार्थों और अन्य योजकों के बीच सहक्रिया और विरोध

एसिड स्कैवेंजर्स सहक्रियात्मक या प्रतिपक्षी हो सकते हैं। फैटी एसिड लवण फॉस्फेट एस्टर न्यूक्लिएटेड पीपी के मापांक को प्रतिकूल रूप से प्रभावित करते हैं।

सही का चयन करेंनाभिकीयऔर पीपी के लिए स्पष्टीकरण

अपने पीपी अनुप्रयोग के लिए उपयुक्त न्यूक्लियेटिंग या स्पष्टीकरण एजेंट का चयन करने से पहले, यह निर्धारित करें कि आप किस गुण सुधार में सबसे अधिक रुचि रखते हैं:

ए. यदि कम धुंध और उच्च स्पष्टता महत्वपूर्ण है, तो घुलनशील स्पष्टीकरणकर्ताओं में से किसी एक को चुनें।

b. कम स्पष्टता आवश्यकताओं के लिए,फॉस्फेट एस्टरइस्तेमाल किया जा सकता है।

c. यदि उच्च मापांक सबसे अधिक महत्वपूर्ण है, तो फॉस्फेट एस्टर में से किसी एक को चुनें।

d. यदि कम लागत सबसे महत्वपूर्ण है, तो सोडियम बेंजोएट चुनें।

ई. यदि कम विकृति और कम वर्णक संवेदनशीलता सबसे महत्वपूर्ण है, तो बाइसाइक्लोहेप्टेन नमक चुनें।

यह तय करना भी अत्यंत महत्वपूर्ण है कि न्यूक्लियंट को पीपी रेज़िन में कैसे शामिल किया जाएगा। हमेशा उचित परीक्षण करें ताकि यह सुनिश्चित हो सके कि अच्छा फैलाव और न्यूक्लिएशन हो चुका है।

न्यूक्लियेटेड पीपी रेज़िन पर डीएससी परीक्षण करें। चक्र समय में सुधार आमतौर पर क्रिस्टलीकरण तापमान (टीसी) में वृद्धि के साथ सहसंबंधित होता है। ढाले गए नमूने के गुणों का परीक्षण करें।

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