Polipropilena adalah polimer yang banyak digunakan dalam berbagai aplikasi karena kombinasi sifatnya yang sangat baik. Sifat-sifatnya, seperti fisik, mekanik, dan optik, dapat ditingkatkan lebih lanjut dengan penggunaan zat nukleasi dan zat penjernih yang sesuai. Aditif ini membantu kristalisasi PP selama pemrosesan, sehingga meningkatkan sifat-sifat yang telah diperoleh.

Pahami cara menggunakan agen nukleasi dan agen penjernih, serta dapatkan kiat pemilihan untuk secara efektif meningkatkan laju produksi, memodifikasi struktur dan morfologi, serta mengurangi kekeruhan pada formulasi polipropilena Anda.

I. Peran Agen Nukleasi dan Klarifikasi dalam PP

Kristalinitas polimer semi-kristalin bertanggung jawab atas banyak karakteristiknya, seperti stabilitas dimensi, kejernihan, dan ketangguhan.

Untuk bagian dan proses tertentu, kristalinitas dikendalikan oleh struktur polimer, formulasi, dan kondisi pemrosesan yang menghasilkan keseimbangan spesifik antara penumpukan panas dan pendinginan. Akibatnya, kristalinitas seringkali heterogen, dengan riwayat panas yang berbeda untuk permukaan dan inti bagian atau barang tersebut.

Agen nukleasi dan penjernih mempercepat dan mengatur kristalisasi sehingga memungkinkan penyesuaian sifat akhir polimer semi-kristalin terhadap persyaratan fungsional.

•Dalam formulasi polipropilena, penambahan zat nukleasi (juga disebut nukleator) menghasilkan peningkatan kinerja & sifat pemrosesan, seperti:

• Kejernihan yang lebih baik dan pengurangan kabut

• Peningkatan kekuatan dan kekakuan

• Peningkatan Suhu Defleksi Panas (HDT)

• Mengurangi waktu siklus

• Mengurangi lengkungan dan penyusutan yang lebih seragam

• Mengurangi sensitivitas pigmen terhadap perubahan sifat dengan warna yang berbeda

•Peningkatan kemudahan pemrosesan pada aplikasi tertentu

Dengan demikian, nukleasi merupakan cara ampuh untuk meningkatkan sifat fisik, mekanik, dan optik polipropilena. Kejernihan, stabilitas dimensi, kelengkungan, penyusutan, CLTE, HDT, sifat mekanik, dan efek penghalang dapat ditingkatkan dengan pemilihan nukleator atau penjernih yang tepat.

II. Polipropilena dan Kristalinitasnya

Polipropilena adalah polimer kristalin komoditas yang banyak digunakan, dibuat dari polimerisasi monomer propena. Setelah polimerisasi, PP dapat membentuk tiga struktur rantai dasar (ataktik, isotaktik, sindiotaktik) tergantung pada posisi gugus metil. Kristalinitas polimer ditandai dengan:

•Bentuk dan ukuran kristalit

•Rasio kristalinitas, dan akhirnya

•Orientasi kristalit

Polipropilena isotaktik (iPP) adalah polimer semi-kristalin. Polimer ini memiliki karakteristik rasio biaya terhadap kinerja yang sangat baik, sehingga sangat menarik untuk berbagai aplikasi seperti otomotif, peralatan rumah tangga, perpipaan, pengemasan, dan lain sebagainya.

Indeks isotaktisitas iPP berhubungan langsung dengan derajat kristalinitas yang memiliki dampak besar pada kinerja polimer. Isotaktisitas meningkatkan kinetika kristalisasi, modulus lentur, kekerasan & transparansi, dan menurunkan ketahanan benturan & permeabilitas.

Tabel di bawah ini membandingkan sifat-sifat dua homopolimer polipropilena yang memiliki indeks isotaktisitas berbeda.

III. Kristalisasi Polipropilena
Tergantung pada kondisinya, Polipropilena Isotaktik dapat mengkristal menjadi empat fase berbeda yang dilambangkan sebagai α, β, γ, dan smektik mesomorfik. Fase α dan β adalah yang paling penting.

Fase α

1. Fase ini lebih stabil dan lebih dikenal.

2. Kristal-kristal ini termasuk dalam sistem kristal monoklinik.

Fase β

1. Fase ini bersifat metastabil, dan kristalnya termasuk dalam sistem kristal pseudo-heksagonal.

2. Fase β terutama terdapat pada polipropilena kopolimerisasi blok dan dapat dihasilkan dengan menambahkan agen nukleasi spesifik.

3. Bentuk kristal ini ditemukan oleh Padden dan Keith pada tahun 1953; pembentukannya dapat dipromosikan melalui kristalisasi antara 130°C dan 132°C, orientasi geser tinggi, atau penambahan agen nukleasi spesifik.

4. Kehadiran fase β dalam homopolimer polipropilena biasanya meningkatkan daktilitas produk jadi, dan efeknya paling signifikan ketika kandungan fase β mencapai 65%.

Fase γ

1. Fase ini juga metastabil, dengan kristal triklinik.

2. Bentuk kristal ini tidak umum; bentuk ini terutama muncul pada polipropilena dengan berat molekul rendah dan terbentuk melalui kristalisasi di bawah tekanan yang sangat tinggi dan laju pendinginan yang sangat rendah.

IV. Proses Nukleasi pada Polipropilena

Sudah diketahui secara luas bahwa titik awal kristalisasi polimer adalah kuman kecil (partikel kecil) yang secara alami terkandung dalam lelehan, seperti residu katalis, pengotor, debu, dan lain-lain. Kemudian, dimungkinkan untuk memodifikasi dan mengontrol morfologi kristal dengan menambahkan kuman "buatan" yang dimasukkan ke dalam lelehan polimer. Operasi ini disebut nukleasi.

Nukleator atau agen nukleasi digunakan untuk menyediakan tempat bagi inisiasi pembentukan kristal.

Klarifikasi adalah subfamili nukleator yang menghasilkan kristalit yang lebih kecil sehingga menyebarkan lebih sedikit cahaya dan, sebagai hasilnya, meningkatkan kejernihan untuk ketebalan dinding yang sama pada suatu bagian.

Peran agen nukleasi ini adalah untuk meningkatkan sifat fisik dan mekanik dari bagian-bagian yang telah jadi.

V. Nukleator dan Klarifikasi: Beragam Pilihan Aditif

Agen Nukleasi Partikulat

Agen nukleasi partikulat/nuklean biasanya merupakan senyawa dengan titik leleh tinggi yang didispersikan dalam lelehan polimer melalui pencampuran. Partikel-partikel ini bertindak sebagai 'inti titik' yang berbeda di mana pertumbuhan kristal polimer dapat dimulai.

Konsentrasi inti yang tinggi menyebabkan kristalisasi yang lebih cepat (waktu siklus lebih pendek), dan tingkat kristalinitas yang lebih tinggi, yang meningkatkan kekuatan, kekakuan, dan HDT dari PP.

Ukuran agregat kristal (sferulit) yang kecil menyebabkan pengurangan hamburan cahaya dan peningkatan kejernihan.

Agen nukleasi partikulat yang umum digunakan meliputi garam dan mineral, seperti talk, natrium benzoat, ester fosfat, dan garam organik lainnya.

Talk dan natrium benzoat dianggap sebagai nukleator berkinerja rendah dan berbiaya rendah, serta memberikan peningkatan yang sederhana dalam hal kekuatan, kekakuan, HDT, dan waktu siklus.

Nukleator berkinerja tinggi dan berbiaya tinggi, seperti ester fosfat dan garam bisikloheptana, memberikan sifat fisik yang lebih baik dan beberapa peningkatan dalam kejernihan.

Agen Nukleasi Terlarut

Agen nukleasi terlarut, yang juga disebut sebagai 'sensitif terhadap lelehan', biasanya memiliki titik leleh rendah dan larut dalam PP cair.

Saat lelehan polimer mendingin di dalam cetakan, nukleator ini mengkristal terlebih dahulu membentuk jaringan yang terdistribusi halus dengan luas permukaan yang sangat tinggi.

Saat suhu terus menurun, fibril yang membentuk jaringan ini berfungsi sebagai inti untuk memulai kristalisasi polimer.

Konsentrasi inti yang sangat tinggi menyebabkan terbentuknya agregat kristal PP yang sangat kecil, yang memberikan tingkat hamburan cahaya terendah dan kejernihan terbaik.

Semua zat penjernih adalah zat nukleasi, tetapi tidak semua zat nukleasi merupakan zat penjernih yang baik.

Beberapa nukleator umum, seperti natrium benzoat dan talk, tidak mengurangi ukuran sferulit dalam jumlah yang cukup untuk menghasilkan bagian cetakan dengan kekeruhan rendah dan kejernihan tinggi. Kejernihan terbaik umumnya dicapai ketika nukleator yang larut digunakan.

Senyawa organik terlarut yang bertindak sebagai penjernih meliputi sorbitol, nonotol, dan trisamida.

Meskipun nukleator ini terutama digunakan untuk mencapai kejernihan tinggi dan kekeruhan rendah, nukleator ini juga meningkatkan sifat fisik dan mengurangi waktu siklus.

Bentuk Partikel dan Rasio Aspek

Partikel nukleasi dengan bentuk seperti jarum (seperti ADK STAB NA-11) dapat menyebabkan nilai penyusutan yang berbeda pada arah mesin dan arah melintang. Anisotropi penyusutan ini dapat menyebabkan lengkungan pada bagian akhir. Partikel nukleasi dengan geometri planar dapat memberikan penyusutan yang lebih seragam pada kedua arah sehingga mengurangi lengkungan.

Ukuran Partikel & Distribusi Ukuran Partikel

Ukuran partikel yang lebih kecil menghasilkan nukleasi yang lebih baik, tetapi partikel yang lebih kecil juga bisa lebih sulit untuk didispersikan. Beberapa partikel nukleator, seperti natrium benzoat, cenderung menggumpal kembali.

Penangkap Asam Digunakan

Beberapa penangkap asam, seperti garam asam lemak (misalnya kalsium stearat) dapat bersifat antagonis terhadap nukleator tertentu, seperti ester fosfat dan natrium benzoat. Dihidrotalsit harus digunakan dengan nukleator ini.

Jangan pernah menggunakan kalsium stearat bersama natrium benzoat karena kalsium stearat akan sepenuhnya meniadakan nukleasi natrium benzoat.

Tingkat Dispersi & Kehadiran Aglomerat yang Tidak Terdispersi

Natrium benzoat sering membentuk gumpalan dan sulit untuk didispersikan dengan baik.

Suhu Leleh

Sorbitol membutuhkan suhu leleh yang lebih tinggi untuk memberikan kejernihan terbaik, karena sorbitol harus larut sepenuhnya dalam lelehan polimer.

Sinergi dan Antagonisme Antara Nuklean dan Aditif Lainnya

Penangkap asam dapat bersifat sinergis atau antagonis. Garam asam lemak berdampak buruk pada modulus PP yang dinukleasi ester fosfat.

Pilih yang TepatNukleandan Penjernih untuk PP

Sebelum memilih agen nukleasi atau penjernih yang sesuai untuk aplikasi PP Anda, tentukan peningkatan sifat mana yang paling Anda minati:

a. Jika tingkat kekeruhan rendah dan kejernihan tinggi adalah hal penting, maka pilihlah salah satu penjernih yang larut dalam air.

b. Untuk persyaratan kejelasan yang lebih rendah, makaester fosfatdapat digunakan.

c. Jika modulus tinggi merupakan hal yang paling penting, maka pilihlah salah satu ester fosfat.

d. Jika biaya rendah adalah hal yang paling penting, maka pilihlah natrium benzoat.

e. Jika distorsi rendah dan sensitivitas pigmen rendah adalah hal yang paling penting, maka pilihlah garam bisikloheptana.

Penting juga untuk memutuskan bagaimana nukleator akan dimasukkan ke dalam resin PP. Selalu lakukan pengujian yang sesuai untuk memastikan bahwa dispersi dan nukleasi yang baik telah tercapai.

Lakukan DSC pada resin PP yang telah mengalami nukleasi. Peningkatan waktu siklus umumnya berkorelasi dengan peningkatan suhu kristalisasi (Tc). Uji sifat-sifat spesimen yang dicetak.

Jika Anda ingin menanyakan tentang produk yang berkaitan dengan agen nukleasi, jangan ragu untuk menghubungi kami.Hubungi kamikapan saja.