Polipropilen je široko korišten polimer koji se koristi u raznim primjenama zbog svoje izvrsne kombinacije svojstava. Njegova svojstva, poput fizikalnih, mehaničkih i optičkih, mogu se dodatno poboljšati odgovarajućom upotrebom nukleacijskih sredstava i sredstava za bistrenje. Ovi aditivi pomažu u kristalizaciji PP-a tijekom obrade, čime se poboljšavaju već stečena svojstva.

Shvatite kako koristiti nukleirajuća sredstva i sredstva za bistrenje, kao i savjete za odabir kako biste učinkovito povećali brzinu proizvodnje, modificirali strukturu i morfologiju te smanjili zamućenje u svojim formulacijama polipropilena.

I. Uloga nukleacijskih bistrih sredstava u PP

Kristaliničnost polukristalnih polimera odgovorna je za mnoge karakteristike, kao što su dimenzijska stabilnost, bistrina i žilavost.

Za definirani dio i proces, kristalnost je kontrolirana polimernom strukturom, formulacijom i uvjetima obrade koji rezultiraju specifičnom ravnotežom nakupljanja topline i hlađenja. Posljedično, kristalnost je često heterogena, a povijest zagrijavanja je različita za površinski sloj i jezgru dijelova ili robe.

Nukleacijska sredstva i sredstva za bistrenje ubrzavaju i podešavaju kristalizaciju, omogućujući prilagodbu konačnih svojstava polukristalnih polimera funkcionalnim zahtjevima.

·U polipropilenskim formulacijama, dodavanje nukleacijskih sredstava (također nazvanih nukleatori) rezultira poboljšanim performansama i svojstvima obrade, kao što su:

· Poboljšana jasnoća i smanjena zamagljenost

· Poboljšana čvrstoća i krutost

· Poboljšana temperatura toplinskog otklona (HDT)

· Skraćeno vrijeme ciklusa

· Smanjeno savijanje i ravnomjernije skupljanje

· Smanjena osjetljivost pigmenata na promjene svojstava s različitim bojama

·Poboljšana obradivost u određenim primjenama

Stoga je nukleacija snažan način poboljšanja fizičkih, mehaničkih i optičkih svojstava polipropilena. Pažljivim odabirom nukleatora ili sredstava za bistrenje mogu se poboljšati bistrina, dimenzijska stabilnost, savijanje, skupljanje, CLTE, HDT, mehanička svojstva i barijerni učinak.

II. Polipropilen i njegova kristalnost

Polipropilen je široko korišten kristalni, komercijalni polimer, dobiven polimerizacijom propenskog monomera. Nakon polimerizacije, PP može formirati tri osnovne lančane strukture (ataktičku, izotaktičku, sinditaktičku) ovisno o položaju metilnih skupina. Kristaliničnost polimera karakterizira:

· Oblici i veličine kristalita

·Omjeri kristalnosti i na kraju

·Orijentacija kristalita

Izotaktički polipropilen (iPP) je polukristalni polimer. Karakterizira ga izvrstan omjer cijene i performansi, što ga čini vrlo atraktivnim u širokom rasponu primjena poput automobilske industrije, kućanskih aparata, cjevovoda, pakiranja itd.

Indeks izotaktičnosti iPP-a izravno je povezan sa stupnjem kristalnosti, što ima veliki utjecaj na performanse polimera. Izotaktičnost povećava kinetiku kristalizacije, modul savijanja, tvrdoću i prozirnost, a smanjuje otpornost na udarce i propusnost.

Donja tablica uspoređuje svojstva dvaju homopolimera polipropilena s različitim indeksom izotaktičnosti.

III. Kristalizacija polipropilena
Ovisno o uvjetima, izotaktički polipropilen može kristalizirati u četiri različite faze označene kao α, β, γ i mezomorfni smektik. Faze α i β su najvažnije.

α faza

1. Ova faza je stabilnija i poznatija.

2. Ovi kristali pripadaju monoklinskom kristalnom sustavu.

β faza

1. Ova faza je metastabilna, a njezini kristali pripadaju pseudoheksagonalnom kristalnom sustavu.

2. Β faza uglavnom postoji u blok kopolimeriziranom polipropilenu i može se generirati dodavanjem specifičnih nukleacijskih sredstava.

3. Ovaj kristalni oblik otkrili su Padden i Keith 1953. godine; može se potaknuti kristalizacijom između 130°C i 132°C, orijentacijom pri visokim smičnim silama ili dodatkom specifičnih nukleacijskih sredstava.

4. Prisutnost β faze u homopolimerima polipropilena obično poboljšava duktilnost gotovog proizvoda, a učinak je najznačajniji kada sadržaj β faze dosegne 65%.

γ faza

1. Ova faza je također metastabilna, s triklinskim kristalima.

2. Ovaj kristalni oblik je neuobičajen; uglavnom se pojavljuje u polipropilenu niske molekularne težine i nastaje kristalizacijom pod izuzetno visokim tlakom i izuzetno niskim brzinama hlađenja.

Ⅳ. Proces nukleacije u polipropilenu

Dobro je poznato da je početna točka kristalizacije polimera male klice (male čestice) prirodno uključene u ostatke katalizatora nalik talini, nečistoće, prašinu itd. Tada je moguće modificirati i kontrolirati kristalnu morfologiju dodavanjem „umjetnih“ klica uvedenih u polimernu talinu. Ova operacija naziva se nukleacija.

Nukleatori ili nukleacijski agensi se koriste kako bi se osigurala mjesta za inicijaciju kristala.

Sredstva za bistrenje su podfamilija nukleatora koji pružaju manje kristalite koji raspršuju manje svjetlosti i, kao rezultat toga, poboljšavaju bistrinu za istu debljinu stijenke dijela.

Uloga ovih nukleacijskih sredstava je poboljšanje fizikalnih i mehaničkih svojstava gotovih dijelova.

Ⅴ. Nukleatori i bistriči: Bogat izbor aditiva

Nukleacijski agensi za čestice

Čestični nukleacijski agensi/nukleanti su obično spojevi visokog tališta koji se dispergiraju u polimernoj talini putem miješanja. Ove čestice djeluju kao zasebne 'točkaste jezgre' na kojima može započeti rast polimernih kristala.

Visoka koncentracija jezgara dovodi do brže kristalizacije (kraće vrijeme ciklusa) i više razine kristalnosti, što poboljšava čvrstoću, krutost i HDT (tvrdoću i toplinsku otpornost) PP-a.

Mala veličina kristalnih agregata (sferulita) dovodi do smanjenog raspršenja svjetlosti i poboljšane jasnoće.

Uobičajeno korišteni čestični nukleacijski agensi uključuju soli i minerale, poput talka, natrijevog benzoata, fosfatnih estera i drugih organskih soli.

Talk i natrijev benzoat smatraju se nukleansima niskih performansi i niske cijene te pružaju umjereno poboljšanje čvrstoće, krutosti, HDT-a i vremena ciklusa.

Visokoučinkoviti, skupi nukleanti, poput fosfatnih estera i bicikloheptanovih soli, daju bolja fizikalna svojstva i određeno poboljšanje bistrine.

Topivi nukleacijski agensi

Topivi nukleacijski agensi, koji se nazivaju i 'osjetljivi na taljenje', obično imaju niske točke taljenja i otapaju se u rastaljenom PP-u.

Kako se polimerna talina hladi u kalupu, ovi nukleanti prvo kristaliziraju tvoreći fino raspoređenu mrežu s izuzetno velikom površinom.

Kako temperatura nastavlja padati, fibrile koje čine ovu mrežu funkcioniraju kao jezgre za pokretanje kristalizacije polimera.

Iznimno visoka koncentracija jezgara dovodi do vrlo malih agregata PP kristala, koji daju najnižu razinu raspršenja svjetlosti i najbolju jasnoću.

Svi bistrila su nukleanti, ali nisu svi nukleanti dobri bistrila.

Neki uobičajeni nukleanti, poput natrijevog benzoata i talka, ne smanjuju veličinu sferulita dovoljno da bi se dobio oblikovani dio s niskom zamućenošću i visokom prozirnošću. Najbolja prozirnost se općenito postiže kada se koriste topljivi nukleanti.

Topivi organski spojevi koji djeluju kao sredstva za bistrenje uključuju sorbitole, nonotole i trisamide.

Iako se ovi nukleanti uglavnom koriste za postizanje visoke bistrine i niske zamućenosti, oni također poboljšavaju fizička svojstva i smanjuju vrijeme ciklusa.

Oblik čestica i omjer stranica

Nuklearne čestice igličastog oblika (poput ADK STAB NA-11) mogu dovesti do različitih vrijednosti skupljanja u smjeru stroja i poprečnom smjeru. Ova anizotropija skupljanja može dovesti do savijanja u konačnom dijelu. Nuklearne čestice s ravnom geometrijom mogu dati ujednačenije skupljanje u oba smjera što dovodi do manjeg savijanja.

Veličina čestica i raspodjela veličine čestica

Manja veličina čestica dovodi do poboljšane nukleacije, ali manje čestice mogu biti i teže za disperziju. Neke nukleantne čestice, poput natrijevog benzoata, sklone su ponovnoj aglomeraciji.

Korišteni hvatač kiseline

Neki hvatači kiselina, poput soli masnih kiselina (npr. kalcijev stearat), mogu biti antagonistički prema određenim nukleansima, poput fosfatnih estera i natrijevog benzoata. Dihidrotalcit treba koristiti s tim nukleansima.

Nikada ne koristite kalcijev stearat s natrijevim benzoatom jer će kalcijev stearat potpuno poništiti nukleaciju natrijevog benzoata.

Stupanj disperzije i prisutnost nedisperznih aglomerata

Natrijev benzoat često stvara aglomerate i teško ga je pravilno dispergirati.

Temperatura taljenja

Sorbitoli zahtijevaju više temperature taljenja kako bi postigli najbolju bistrinu, budući da se moraju potpuno otopiti u polimernoj talini.

Sinergije i antagonizmi između nukleansa i drugih aditiva

Vezači kiselina mogu biti sinergistički ili antagonistički. Soli masnih kiselina negativno utječu na modul PP-a s nuklearnim fosfatnim esterom.

Odaberite pravoNukleantii bistriče za PP

Prije odabira prikladnog nukleacijskog ili bistrećeg sredstva za vašu PP primjenu, odredite koje vas poboljšanje svojstava najviše zanima:

a.Ako su vam važni niska zamućenost i visoka bistrina, odaberite jedno od topljivih sredstava za bistrenje.

b. Za niže zahtjeve jasnoće,fosfatni esterimože se koristiti.

c. Ako je visoki modul od najveće važnosti, tada odaberite jedan od fosfatnih estera.

d. Ako je niska cijena najvažnija, odaberite natrijev benzoat.

Ako su niska deformacija i niska osjetljivost na pigmente najvažniji, tada odaberite bicikloheptansku sol.

Također je neophodno odlučiti kako će se nukleant ugraditi u PP smolu. Uvijek provedite odgovarajuća ispitivanja kako biste osigurali da su postignute dobra disperzija i nukleacija.

Provedite DSC na nukleiranoj PP smoli. Poboljšanja u vremenu ciklusa općenito su u korelaciji s povećanjem temperature kristalizacije (Tc). Ispitajte svojstva oblikovanog uzorka.

Ako se želite raspitati o proizvodima vezanim uz nukleacijske agense, slobodno nam se obratitekontaktirajte nasu bilo koje vrijeme.