פוליפרופילן הוא פולימר בשימוש נרחב ביישומים מגוונים הודות לשילוב תכונותיו המצוין. ניתן לשפר עוד יותר את תכונותיו, כגון תכונות פיזיקליות, מכניות ואופטיות, באמצעות שימוש מתאים בחומרי התגרענות וחומרי הבהרה. תוספים אלה מסייעים בגיבוש פוליפרופילן במהלך העיבוד, ובכך משפרים את התכונות שכבר נרכשו.

להבין כיצד להשתמש בחומרי נוקלאציה וחומרי הבהרה, וכן לקבל טיפים לבחירה להגדלת קצב הייצור ביעילות, שינוי מבנה ומורפולוגיה והפחתת ערפול בתכשירי הפוליפרופילן שלכם.

א. תפקידם של חומרי הבהרה נוקלאטינג ב-PP

גבישיותם של פולימרים חצי-גבישיים אחראית למאפיינים רבים, כגון יציבות ממדית, שקיפות וקשיחות.

עבור חלק ותהליך מוגדרים, הגבישיות נשלטת על ידי מבנה הפולימר, הפורמולציה ותנאי העיבוד, המביאים לאיזון ספציפי של הצטברות חום וקירור. כתוצאה מכך, הגבישיות היא לרוב הטרוגנית, כאשר היסטוריית החום שונה עבור הקליפה והליבה של החלקים או הסחורות.

חומרים יוצרי גרעין ומבהירים מאיצים ומכוונים את תהליך ההתגבשות, ומאפשרים להתאים את התכונות הסופיות של פולימרים חצי-גבישיים לדרישות הפונקציונליות.

בפורמולות פוליפרופילן, הוספת חומרים נוקלאטיביים (הנקראים גם נוקלאטורים) מביאה לשיפור הביצועים ותכונות העיבוד, כגון:

· בהירות משופרת והפחתת ערפל

· חוזק וקשיחות משופרים

· טמפרטורת סטיית חום משופרת (HDT)

· זמן מחזור מופחת

· עיוות מופחת והתכווצות אחידה יותר

· רגישות מופחתת לפיגמנט בנוגע לשינויים בתכונות עם צבעים שונים

· שיפור יכולת העיבוד ביישומים מסוימים

לכן, נוקלאציה היא דרך רבת עוצמה לשיפור התכונות הפיזיקליות, המכניות והאופטיות של פוליפרופילן. ניתן לשפר את הניקיון, היציבות הממדית, עיוות, הצטמקות, CLTE, HDT, תכונות מכניות ואפקט המחסום על ידי בחירה מדוקדקת של נוקלאטורים או מבהירים.

II. פוליפרופילן וקריסטליניותו

פוליפרופילן הוא פולימר גבישי נפוץ, המופק מפולימריזציה של מונומר פרופן. לאחר הפולימריזציה, PP יכול ליצור שלושה מבני שרשרת בסיסיים (אטקטיים, איזוטקטיים, סינדיוטקטיים) בהתאם למיקום קבוצות המתיל. גבישיות הפולימר מאופיינת על ידי:

·צורות וגדלים של הגבישים

·יחסי הגבישיות, ובסופו של דבר

· האוריינטציה של גבישים

פוליפרופילן איזוטקטי (iPP) הוא פולימר חצי-גבישי. הוא מאופיין ביחס עלות-ביצועים מצוין, מה שהופך אותו לאטרקטיבי מאוד במגוון רחב של יישומים כמו רכב, מכשירי חשמל, צנרת, אריזות וכו'.

מדד האיזוטקטיות של iPP קשור ישירות למידת הקריסטליניות, אשר משפיעה רבות על ביצועי הפולימר. האיזוטקטיות מגבירה את קינטיקה של התגבשות, מודול הכיפוף, הקשיות והשקיפות, ומקטינה את עמידות הפגיעה והחדירות.

הטבלה שלהלן משווה את התכונות של שני הומופולימרים מפוליפרופילן בעלי מדד איזוטקטיקות שונה.

ג. התגבשות של פוליפרופילן
בהתאם לתנאים, פוליפרופילן איזוטקטי יכול להתגבש לארבע פאזות שונות המסומנות α, β, γ וסמקטית מזומורפית. פאזות α ו-β הן החשובות ביותר.

α פאזה

1. שלב זה יציב וידוע יותר.

2. גבישים אלה שייכים למערכת הגבישים המונוקלינית.

שלב β

1. פאזה זו היא מטא-סטבילית, והגבישים שלה שייכים למערכת הגבישים הפסאודו-משושה.

2. פאזת β קיימת בעיקר בפוליפרופילן קופולימרי בלוק וניתן לייצר אותה על ידי הוספת חומרי נוקלאציה ספציפיים.

3. צורת גביש זו התגלתה על ידי פאדן וקית' בשנת 1953; ניתן לקדם אותה על ידי התגבשות בין 130°C ל-132°C, אוריינטציה עם גזירה גבוהה, או הוספת חומרי התגרענות ספציפיים.

4. נוכחות פאזת β בהומופולימרים של פוליפרופילן משפרת בדרך כלל את משיכות המוצר המוגמר, וההשפעה משמעותית ביותר כאשר תכולת פאזת β מגיעה ל-65%.

שלב γ

1. גם פאזה זו היא מטא-סטבילה, עם גבישים טריקליניים.

2. צורת גביש זו אינה שכיחה; היא מופיעה בעיקר בפוליפרופילן בעל משקל מולקולרי נמוך ונוצרת על ידי התגבשות תחת לחץ גבוה במיוחד וקצבי קירור נמוכים ביותר.

Ⅳ. תהליך התגרענות בפוליפרופילן

ידוע היטב כי נקודת ההתחלה של התגבשות פולימרים היא חיידקים קטנים (חלקיקים זעירים) הכלולים באופן טבעי בשאריות הזרז דמויי ההיתוך, זיהומים, אבק וכו'. לאחר מכן ניתן לשנות ולשלוט במורפולוגיה הגבישית על ידי הוספת חיידקים "מלאכותיים" המוכנסים להיתוך הפולימר. פעולה זו נקראת התגרענות.

נוקלאטורים או חומרים יוצרי נוקלאציה משמשים המספקים אתרים להתחלת גבישים.

מבהירים הם תת-משפחה של נוקלאטורים המספקים גבישים קטנים יותר המפזרים פחות אור, וכתוצאה מכך, משפרים את הניקיון עבור אותו עובי דופן של חלק.

תפקידם של חומרי הגרעין הללו הוא לשפר את התכונות הפיזיקליות והמכניות של החלקים המוגמרים.

Ⅴ. נוקלאטורים ומבהירים: פאנל עשיר של תוספים

חומרי גרעין חלקיקים

חומרים נוקלאיטיים/נוקלאינטים חלקיקים הם בדרך כלל תרכובות בעלות התכה גבוהה אשר מפוזרות בתוך הפולימר המותך באמצעות תרכובות. חלקיקים אלה פועלים כ"גרעינים נקודתיים" נפרדים שעליהם יכולה להתחיל צמיחת גבישי פולימר.

הריכוז הגבוה של גרעינים מוביל להתגבשות מהירה יותר (זמני מחזור קצרים יותר) ולרמות גבוהות יותר של גבישיות, מה שמשפר את החוזק, הנוקשות וה-HDT של ה-PP.

הגודל הקטן של אגרגטי הגביש (ספרוליטים) מוביל לפיזור אור מופחת ולבהירות משופרת.

חומרי הגרעין החלקיקיים הנפוצים כוללים מלחים ומינרלים, כגון טלק, נתרן בנזואט, אסטרים פוספטיים ומלחים אורגניים אחרים.

טלק ונתרן בנזואט נחשבים לנוקלאנטים בעלי ביצועים נמוכים ובעלות נמוכה, ומספקים שיפור צנוע בחוזק, נוקשות, HDT וזמן מחזור.

הנוקלאנטים בעלי הביצועים הגבוהים והיקרים, כגון אסטרים של פוספט ומלחי ביציקלוהפטאן, נותנים תכונות פיזיקליות טובות יותר ושיפור מסוים בצלילות.

סוכני נוקלציה מסיסים

לחומרים מסיסים ליצירת גרעין, המכונים גם "רגישים להמסה", יש בדרך כלל נקודות התכה נמוכות והם מתמוססים ב-PP מותך.

כאשר הפולימר המותך מתקרר בתבנית, נוקלאנטים אלה מתגבשים תחילה ויוצרים רשת מפוזרת היטב בעלת שטח פנים גדול במיוחד.

ככל שהטמפרטורה ממשיכה לרדת, הסיבים המרכיבים רשת זו מתפקדים כגרעינים כדי ליזום את התגבשות הפולימר.

הריכוז הגבוה במיוחד של גרעינים מוביל לצבירי גביש PP קטנים מאוד, המעניקים את רמת פיזור האור הנמוכה ביותר ואת הבהירות הטובה ביותר.

כל המבהירים הם נוקלאנטים, אך לא כל הנוקלאנטים הם מבהירים טובים.

חלק מהנוקלאנטים הנפוצים, כגון נתרן בנזואט וטלק, אינם מפחיתים את גודל הספרוליטים במידה מספקת כדי ליצור חלק יצוק בעל ערפול נמוך ושקיפות גבוהה. השקיפות הטובה ביותר מושגת בדרך כלל כאשר משתמשים בנוקלאנטים מסיסים.

תרכובות אורגניות מסיסות הפועלות כמבהירות כוללות סורביטולים, נונוטולים וטריסאמידים.

למרות שנוקלאנטים אלה משמשים בעיקר להשגת ניקיון גבוה וערפול נמוך, הם גם משפרים תכונות פיזיקליות ומקצרים את זמן המחזור.

צורת החלקיקים ויחס הממדים

חלקיקי גרעין בעלי צורות דמויות מחט (כמו ADK STAB NA-11) יכולים להוביל לערכי הצטמקות שונים במכונה ובכיוונים רוחביים. אניזוטרופיה זו של הצטמקות יכולה להוביל לעיוות בחלק הסופי. חלקיקי גרעין בעלי גיאומטריה מישורית יכולים לתת הצטמקות אחידה יותר בשני הכיוונים, מה שמוביל לפחות עיוות.

גודל חלקיקים והתפלגות גודל חלקיקים

גודל חלקיקים קטן יותר מוביל לשיפור ההתגרענות, אך חלקיקים קטנים יותר יכולים להיות גם קשים יותר לפיזור. חלק מהחלקיקים היוצרים גרעין, כמו נתרן בנזואט, נוטים להצטבר מחדש.

חומר ניקוי חומצה בשימוש

חלק מחומרי הניקוז החומצתיים, כגון מלחי חומצות שומן (למשל סידן סטארט), יכולים להיות אנטגוניסטיים כלפי נוקלאנטים מסוימים, כגון אסטרים פוספטיים ונתרן בנזואט. יש להשתמש בדיהידרוטלקיט יחד עם נוקלאנטים אלה.

לעולם אין להשתמש בסידן סטארט עם נתרן בנזואט מכיוון שסידן סטארט יבטל לחלוטין את התגרענות הנתרן בנזואט.

מידת הפיזור ונוכחות של אגרגטים לא מפוזרים

נתרן בנזואט יוצר לעיתים קרובות אגרגטים וקשה לפזר אותו כראוי.

טמפרטורת ההיתוך

סורביטולים דורשים טמפרטורות התכה גבוהות יותר כדי לתת את הצלילות הטובה ביותר, מכיוון שעליהם להתמוסס לחלוטין בתוך הפולימר המותך.

סינרגיות ואנטגוניזם בין נוקלאנטים ותוספים אחרים

נוגדי חומצה יכולים להיות סינרגטיים או אנטגוניסטיים. מלחי חומצות שומן משפיעים לרעה על מודולוס ה-PP המכיל אסטר פוספט גרעינית.

בחר את הימנינוקלאנטיםומבהירים עבור PP

לפני בחירת חומר הגרעין או ההבהרה המתאים ליישום ה-PP שלכם, קבעו באיזה שיפור מאפיינים אתם מעוניינים ביותר:

א. אם חשובים ערפל נמוך ושקיפות גבוהה, בחרו באחד ממנקרי הניקוז המסיסים.

ב. עבור דרישות בהירות נמוכות יותר, ה-אסטרים פוספטייםניתן להשתמש.

ג. אם מודול גבוה הוא בעל החשיבות הגדולה ביותר, אז בחר באחד מאסטרי הפוספט.

ד. אם עלות נמוכה היא החשובה ביותר, אז בחר בנזואט נתרן.

ה. אם עיוות נמוך ורגישות נמוכה לפיגמנט הם בעלי החשיבות הגבוהה ביותר, בחרו במלח ביציקלוהפטן.

כמו כן, חיוני להחליט כיצד ישולב החומר הגרעיני בשרף ה-PP. יש לבצע תמיד בדיקות מתאימות כדי להבטיח פיזור והתגרענות טובים.

הרצת DSC על שרף PP גרעיני. שיפורים בזמן המחזור בדרך כלל מתואמים עם עלייה בטמפרטורת הגיבוש (Tc). בדיקת תכונות של דגימה מעוצבת.

אם ברצונכם לברר לגבי מוצרים הקשורים לחומרי התגרענות, אל תהססו לפנות אלינוצרו קשרבכל עת.