ポリプロピレンは、その優れた特性の組み合わせにより、様々な用途で広く使用されているポリマーです。物理的、機械的、光学的特性などの特性は、核剤や透明化剤を適切に使用することでさらに向上します。これらの添加剤は、加工中のPPの結晶化を促進し、既に得られている特性をさらに向上させます。

核剤と清澄剤の使用方法を理解し、ポリプロピレン配合物の生産率を効果的に向上させ、構造と形態を修正し、曇りを減らすための選択のヒントを入手します。

I. PPにおける核形成透​​明化剤の役割

半結晶性ポリマーの結晶化度は、寸法安定性、透明性、強靭性など、多くの特性に影響を及ぼします。

特定の部品およびプロセスにおいて、結晶化度はポリマー構造、配合、そして発熱と冷却の特定のバランスをもたらす加工条件によって制御されます。その結果、結晶化度は不均一になることが多く、部品または製品の表層と中心部の熱履歴が異なります。

核剤と清澄剤は結晶化を加速し調整し、半結晶性ポリマーの最終特性を機能要件に合わせて調整できるようにします。

·ポリプロピレン配合物に核剤（核剤とも呼ばれる）を添加すると、次のような性能と加工特性が向上します。

· 透明度の向上と曇りの減少

· 強度と剛性の向上

· 熱たわみ温度（HDT）の向上

· サイクルタイムの短縮

· 反りが減少し、収縮がより均一になる

· 異なる色による特性変化に関する顔料感度の低下

·特定の用途における加工性の向上

このように、核生成はポリプロピレンの物理的、機械的、光学的特性を向上させる強力な手段です。核生成剤や清澄剤を慎重に選択することで、透明性、寸法安定性、反り、収縮、CLTE（線膨張係数）、HDT（熱膨張係数）、機械的特性、バリア効果を向上させることができます。

II. ポリプロピレンとその結晶性

ポリプロピレンは、プロピレンモノマーの重合から作られる、広く使用されている結晶性の汎用ポリマーです。重合すると、PPはメチル基の位置に応じて、3つの基本的な鎖構造（アタクチック、アイソタクチック、シンジオタクチック）を形成します。ポリマーの結晶性は、以下の特徴によって特徴付けられます。

·結晶子の形状と大きさ

·結晶化度比、そして最終的には

·結晶子の配向

アイソタクチックポリプロピレン（iPP）は半結晶性ポリマーです。優れたコストパフォーマンスを特徴とし、自動車、家電製品、配管、包装など、幅広い用途で非常に魅力的な材料です。

iPPのアイソタクチック性指数は、ポリマーの性能に大きな影響を与える結晶化度と直接関連しています。アイソタクチック性は、結晶化速度、曲げ弾性率、硬度、透明性を高め、耐衝撃性と透過性を低下させます。

以下の表は、異なるアイソタクチック指数を持つ 2 つのポリプロピレンホモポリマーの特性を比較したものです。

III. ポリプロピレンの結晶化
アイソタクチックポリプロピレンは、条件に応じて、α相、β相、γ相、およびメソモルフィックスメクティック相と呼ばれる4つの異なる相に結晶化します。最も重要なのはα相とβ相です。

α相

1. このフェーズはより安定しており、よく知られています。

2. これらの結晶は単斜晶系に属します。

β相

1. この相は準安定であり、その結晶は擬六方晶系に属します。

2. β相は主にブロック共重合ポリプロピレンに存在し、特定の核剤を添加することで生成できます。

3. この結晶形態は 1953 年に Padden と Keith によって発見されました。130°C ～ 132°C で結晶化させるか、高せん断配向を行うか、特定の核剤を添加することで結晶化を促進できます。

4. ポリプロピレンホモポリマーにβ相が存在すると、通常、完成品の延性が向上し、β相含有量が65％に達すると効果が最も顕著になります。

γ相

1. この相も準安定であり、三斜晶系結晶を伴います。

2. この結晶形態は珍しく、主に低分子量ポリプロピレンに見られ、非常に高い圧力と非常に低い冷却速度での結晶化によって形成されます。

Ⅳ. ポリプロピレンの核形成プロセス

ポリマーの結晶化の起点は、溶融状態の触媒残渣、不純物、塵埃などに自然に含まれる小さな核（微粒子）であることはよく知られています。そのため、ポリマー溶融物に「人工」核を添加することで、結晶形態を変化させ、制御することが可能になります。この操作は核生成と呼ばれます。

結晶の開始のための場所を提供する核形成剤または核剤が使用されます。

清澄剤は核剤のサブファミリーであり、光の散乱が少ないより小さな結晶子を提供し、結果として部品の同じ壁厚の清澄性を高めます。

これらの核剤の役割は、完成した部品の物理的および機械的特性を向上させることです。

Ⅴ. 核剤と清澄剤：豊富な添加剤

粒子核剤

粒子状の核剤／核剤は、典型的には高融点化合物であり、配合によってポリマー溶融物中に分散されます。これらの粒子は、ポリマーの結晶成長を開始させる明確な「点核」として機能します。

核の濃度が高いと結晶化が速くなり（サイクル時間が短くなる）、結晶化度も高くなり、PP の強度、剛性、HDT が向上します。

結晶集合体（球晶）のサイズが小さいため、光の散乱が減少し、透明度が向上します。

一般的に使用される粒子核剤には、タルク、安息香酸ナトリウム、リン酸エステル、その他の有機塩などの塩やミネラルが含まれます。

タルクと安息香酸ナトリウムは、性能が低く、低コストの核剤であると考えられており、強度、剛性、HDT、およびサイクルタイムを適度に改善します。

リン酸エステルやビシクロヘプタン塩などの高性能で高価な核剤を使用すると、物理的特性が向上し、透明度がいくらか向上します。

可溶性核剤

可溶性核剤は「溶融感受性」とも呼ばれ、通常は融点が低く、溶融した PP に溶解します。

ポリマー溶融物が金型内で冷却されると、まずこれらの核物質が結晶化し、非常に大きな表面積を持つ細かく分散したネットワークを形成します。

温度が下がり続けると、このネットワークを構成するフィブリルが核として機能し、ポリマーの結晶化を開始します。

核の濃度が非常に高いため、PP 結晶集合体が非常に小さくなり、光の散乱レベルが最低になり、透明度が最高になります。

すべての清澄剤は核剤ですが、すべての核剤が優れた清澄剤であるとは限りません。

安息香酸ナトリウムやタルクなどの一般的な核剤では、球晶の大きさを十分に小さくすることができず、低いヘイズと高い透明度の成形品を得ることができません。一般的に、可溶性核剤を使用することで、最高の透明度が得られます。

清澄化剤として作用する可溶性有機化合物には、ソルビトール、ノノトール、トリスアミドなどがあります。

これらの核剤は主に高い透明度と低いヘイズを実現するために使用されますが、物理的特性も向上させ、サイクル時間を短縮します。

粒子の形状とアスペクト比

針状の核粒子（ADK STAB NA-11など）は、機械方向と横方向で収縮率が異なることがあります。この収縮異方性により、最終製品の反りが生じる可能性があります。一方、平面形状の核粒子は、両方向の収縮がより均一になり、反りが少なくなります。

粒子サイズと粒子サイズ分布

粒子径が小さいほど核形成は改善されますが、粒子が小さいほど分散が困難になる場合があります。安息香酸ナトリウムなどの一部の核形成粒子は再凝集する傾向があります。

酸除去剤を使用

脂肪酸塩（例：ステアリン酸カルシウム）などの一部の酸捕捉剤は、リン酸エステルや安息香酸ナトリウムなどの特定の核剤に対して拮抗作用を示すことがあります。これらの核剤にはジヒドロタルサイトを併用する必要があります。

ステアリン酸カルシウムは安息香酸ナトリウムの核形成を完全に無効にするため、ステアリン酸カルシウムを安息香酸ナトリウムと一緒に使用しないでください。

分散度と未分散凝集体の存在

安息香酸ナトリウムは凝集体を形成することが多く、適切に分散させることが困難です。

溶融温度

ソルビトールはポリマー溶融物に完全に溶解する必要があるため、最高の透明度を得るにはより高い溶融温度が必要です。

核剤と他の添加剤の相乗効果と拮抗作用

酸捕捉剤は相乗効果または拮抗効果を発揮する可能性がある。脂肪酸塩はリン酸エステル核PPの弾性率に悪影響を及ぼす。

正しいものを選択する核剤PP用清澄剤

PP アプリケーションに適した核剤または清澄剤を選択する前に、どの特性改善に最も関心があるかを判断します。

a. 低い曇り度と高い透明度が重要な場合は、可溶性清澄剤のいずれかを選択します。

b. 透明性の要件が低い場合、リン酸エステル使用できます。

c.高弾性率が最も重要である場合は、リン酸エステルのいずれかを選択します。

d.低コストが最も重要な場合は、安息香酸ナトリウムを選択します。

e. 反りが少なく、顔料に対する感度が低いことが最も重要な場合は、ビシクロヘプタン塩を選択します。

核剤をPP樹脂にどのように組み込むかを決定することも不可欠です。適切な分散と核形成が確実に達成されるよう、必ず適切な試験を実施してください。

核形成PP樹脂のDSC測定を実施します。サイクルタイムの改善は、一般的に結晶化温度（Tc）の上昇と相関します。成形試料の特性を試験します。

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