პოლიპროპილენი ფართოდ გამოიყენება პოლიმერში, რომელიც გამოიყენება მრავალფეროვან დანიშნულებაში მისი შესანიშნავი თვისებების კომბინაციის გამო. მისი ფიზიკური, მექანიკური და ოპტიკური თვისებების გაუმჯობესება შესაძლებელია ბირთვის წარმოქმნის აგენტებისა და გამწმენდი აგენტების შესაბამისი გამოყენებით. ეს დანამატები ხელს უწყობს პოლიპროპილენის კრისტალიზაციას დამუშავების დროს, რითაც აძლიერებს უკვე შეძენილ თვისებებს.

გაიგეთ, თუ როგორ გამოიყენოთ ნუკლეაციის აგენტები და გამწმენდი აგენტები, ასევე მიიღეთ შერჩევის რჩევები წარმოების სიჩქარის ეფექტურად გაზრდის, სტრუქტურისა და მორფოლოგიის მოდიფიცირებისა და პოლიპროპილენის ფორმულირებებში დაბინდვის შესამცირებლად.

I. ბირთვული გამწმენდი აგენტების როლი PP-ში

ნახევრადკრისტალური პოლიმერების კრისტალურობა პასუხისმგებელია მრავალ მახასიათებელზე, როგორიცაა განზომილებიანი სტაბილურობა, გამჭვირვალობა და სიმტკიცე.

განსაზღვრული ნაწილისა და პროცესისთვის კრისტალურობა კონტროლდება პოლიმერის სტრუქტურით, ფორმულირებით და დამუშავების პირობებით, რაც იწვევს სითბოს დაგროვებისა და გაგრილების სპეციფიკურ ბალანსს. შესაბამისად, კრისტალურობა ხშირად ჰეტეროგენულია, სითბოს ისტორია განსხვავებულია ნაწილების ან საქონლის კანისა და ბირთვისთვის.

ბირთვის წარმომქმნელი აგენტები და გამწმენდები აჩქარებენ და არეგულირებენ კრისტალიზაციას, რაც საშუალებას იძლევა ნახევრადკრისტალური პოლიმერების საბოლოო თვისებები ფუნქციურ მოთხოვნებთან შესაბამისობაში მოიყვანონ.

· პოლიპროპილენის ფორმულირებებში, ნუკლეაციის აგენტების (ასევე ცნობილი როგორც ნუკლეატორები) დამატება იწვევს მუშაობისა და დამუშავების თვისებების გაუმჯობესებას, როგორიცაა:

· გაუმჯობესებული გამჭვირვალობა და შემცირებული დაბინდვა

· გაუმჯობესებული სიმტკიცე და სიმყარე

· გაუმჯობესებული სითბოს გადახრის ტემპერატურა (HDT)

· შემცირებული ციკლის დრო

· შემცირებული დეფორმაცია და უფრო ერთგვაროვანი შეკუმშვა

· შემცირებული პიგმენტური მგრძნობელობა სხვადასხვა ფერის თვისებების ცვლილებებთან დაკავშირებით

· გაუმჯობესებული დამუშავების უნარი გარკვეულ აპლიკაციებში

ამგვარად, ნუკლეაცია პოლიპროპილენის ფიზიკური, მექანიკური და ოპტიკური თვისებების გაუმჯობესების ძლიერი საშუალებაა. გამჭვირვალობა, განზომილებიანი სტაბილურობა, დეფორმაცია, შეკუმშვა, CLTE, HDT, მექანიკური თვისებები და ბარიერული ეფექტი შეიძლება გაუმჯობესდეს ნუკლეატორების ან გამწმენდების ფრთხილად შერჩევით.

II. პოლიპროპილენი და მისი კრისტალურობა

პოლიპროპილენი ფართოდ გამოყენებადი კრისტალური, სასაქონლო პოლიმერია, რომელიც მიიღება პროპენის მონომერის პოლიმერიზაციით. პოლიმერიზაციისას, PP-ს შეუძლია წარმოქმნას სამი ძირითადი ჯაჭვური სტრუქტურა (ატაქსიური, იზოტაქტიკური, სინდიოტაქტიკური), მეთილის ჯგუფების პოზიციის მიხედვით. პოლიმერის კრისტალურობა ხასიათდება:

· კრისტალების ფორმები და ზომები

·კრისტალურობის კოეფიციენტები და საბოლოოდ

· კრისტალიტების ორიენტაცია

იზოტაქტიკური პოლიპროპილენი (iPP) ნახევრადკრისტალური პოლიმერია. იგი ხასიათდება ფასისა და ხარისხის შესანიშნავი თანაფარდობით, რაც მას ძალიან მიმზიდველს ხდის ფართო სპექტრის გამოყენებისთვის, როგორიცაა საავტომობილო, საყოფაცხოვრებო ტექნიკა, მილსადენები, შეფუთვა და ა.შ.

iPP-ის იზოტაქტიკურობის ინდექსი პირდაპირ კავშირშია კრისტალურობის ხარისხთან, რაც მნიშვნელოვან გავლენას ახდენს პოლიმერის მახასიათებლებზე. იზოტაქტიკურობა ზრდის კრისტალიზაციის კინეტიკას, მოხრის მოდულს, სიმტკიცესა და გამჭვირვალობას და ამცირებს დარტყმისადმი მდგრადობასა და გამტარიანობას.

ქვემოთ მოცემულ ცხრილში შედარებულია ორი პოლიპროპილენის ჰომოპოლიმერის თვისებები, რომლებსაც აქვთ განსხვავებული იზოტაქტიკური ინდექსი.

III. პოლიპროპილენის კრისტალიზაცია
პირობებიდან გამომდინარე, იზოტაქტიკური პოლიპროპილენი შეიძლება კრისტალიზებული იყოს ოთხ სხვადასხვა ფაზად, რომლებიც აღინიშნება α, β, γ და მეზომორფული სმექტური ფაზებით. α და β ფაზები ყველაზე მნიშვნელოვანია.

α ფაზა

1. ეს ფაზა უფრო სტაბილური და კარგად ცნობილი.

2. ეს კრისტალები მონოკლინიკურ კრისტალურ სისტემას მიეკუთვნება.

β ფაზა

1. ეს ფაზა მეტასტაბილურია და მისი კრისტალები ფსევდოჰექსაგონალურ კრისტალურ სისტემას მიეკუთვნება.

2. β ფაზა ძირითადად არსებობს ბლოკ-კოპოლიმერიზებულ პოლიპროპილენში და მისი წარმოქმნა შესაძლებელია სპეციფიკური ნუკლეაციის აგენტების დამატებით.

3. ეს კრისტალური ფორმა აღმოაჩინეს პადენმა და კითმა 1953 წელს; მისი განვითარება შესაძლებელია 130°C-დან 132°C-მდე ტემპერატურაზე კრისტალიზაციის, მაღალი ძვრის ორიენტაციის ან სპეციფიკური ბირთვული აგენტების დამატებით.

4. β ფაზის არსებობა პოლიპროპილენის ჰომოპოლიმერებში, როგორც წესი, აუმჯობესებს მზა პროდუქტის დრეკადობას და ეფექტი ყველაზე მნიშვნელოვანია, როდესაც β ფაზის შემცველობა 65%-ს აღწევს.

γ ფაზა

1. ეს ფაზა ასევე მეტასტაბილურია, ტრიკლინიკური კრისტალებით.

2. ეს კრისტალური ფორმა იშვიათია; ის ძირითადად დაბალი მოლეკულური წონის პოლიპროპილენში გვხვდება და წარმოიქმნება კრისტალიზაციის შედეგად უკიდურესად მაღალი წნევისა და უკიდურესად დაბალი გაგრილების სიჩქარის ქვეშ.

Ⅳ. ბირთვის წარმოქმნის პროცესი პოლიპროპილენში

კარგად არის ცნობილი, რომ პოლიმერების კრისტალიზაციის საწყისი წერტილი არის პატარა ჩანასახები (პატარა ნაწილაკები), რომლებიც ბუნებრივად შედის დნობის მსგავს კატალიზატორულ ნარჩენებში, მინარევებში, მტვერში და ა.შ. შემდეგ შესაძლებელია კრისტალური მორფოლოგიის მოდიფიცირება და კონტროლი პოლიმერის დნობაში შეყვანილი „ხელოვნური“ ჩანასახების დამატებით. ამ ოპერაციას ნუკლეაცია ეწოდება.

გამოიყენება ნუკლეატორები ან ბირთვის წარმოქმნის აგენტები, რომლებიც კრისტალების ინიციაციის ადგილებს უზრუნველყოფენ.

გამწმენდები წარმოადგენენ ნუკლეატორების ქვეოჯახს, რომლებიც უზრუნველყოფენ უფრო მცირე კრისტალიტებს, რომლებიც ნაკლებ სინათლეს გაფანტავენ და, შედეგად, აძლიერებენ გამჭვირვალობას ნაწილის იგივე კედლის სისქის შემთხვევაში.

ამ ბირთვული აგენტების როლი დასრულებული ნაწილების ფიზიკური და მექანიკური თვისებების გაუმჯობესებაა.

Ⅴ. ნუკლეატორები და გამწმენდები: დანამატების მდიდარი პანელი

ნაწილაკების ბირთვული აგენტები

ნაწილაკოვანი ნუკლეაციის აგენტები/ნუკლეანტები, როგორც წესი, მაღალი დნობის ნაერთებია, რომლებიც პოლიმერის დნობაში იშლება შერევის გზით. ეს ნაწილაკები მოქმედებენ როგორც ცალკეული „წერტილოვანი ბირთვები“, რომლებზეც შეიძლება დაიწყოს პოლიმერული კრისტალების ზრდა.

ბირთვების მაღალი კონცენტრაცია იწვევს უფრო სწრაფ კრისტალიზაციას (ციკლის დროის შემცირება) და კრისტალურობის უფრო მაღალ დონეს, რაც აუმჯობესებს PP-ის სიმტკიცეს, სიმყარეს და HDT-ს.

კრისტალური აგრეგატების (სფერულიტების) მცირე ზომა იწვევს სინათლის გაფანტვის შემცირებას და გამჭვირვალობის გაუმჯობესებას.

ხშირად გამოყენებული ნაწილაკოვანი ბირთვის წარმომქმნელი აგენტებია მარილები და მინერალები, როგორიცაა ტალკი, ნატრიუმის ბენზოატი, ფოსფატის ეთერები და სხვა ორგანული მარილები.

ტალკი და ნატრიუმის ბენზოატი დაბალი ხარისხის, დაბალფასიან ბირთვულ ნივთიერებებად ითვლება და უზრუნველყოფენ სიმტკიცის, სიმყარის, HDT-ის და ციკლის დროის ზომიერ გაუმჯობესებას.

მაღალი ეფექტურობის, მაღალი ღირებულების მქონე ნუკლეანტები, როგორიცაა ფოსფატის ეთერები და ბიციკლოჰეპტანის მარილები, უკეთეს ფიზიკურ თვისებებს და გარკვეულწილად აუმჯობესებს გამჭვირვალობას.

ხსნადი ბირთვული აგენტები

ხსნად ბირთვის წარმომქმნელ აგენტებს, რომლებსაც ასევე „დნობისადმი მგრძნობიარეებს“ უწოდებენ, როგორც წესი, აქვთ დაბალი დნობის წერტილები და იხსნებიან გამდნარ პოლიპროპილენში.

როდესაც პოლიმერის დნობა ფორმაში გაცივდება, ეს ბირთვები ჯერ კრისტალიზდება და წარმოქმნის ძალიან მაღალი ზედაპირის ფართობით წვრილად განაწილებულ ბადეს.

ტემპერატურის ვარდნის პარალელურად, ამ ქსელის შემადგენელი ფიბრილები ბირთვების ფუნქციას ასრულებენ, რაც პოლიმერის კრისტალიზაციის დაწყებას უწყობს ხელს.

ბირთვების უკიდურესად მაღალი კონცენტრაცია იწვევს ძალიან მცირე PP კრისტალური აგრეგატების წარმოქმნას, რომლებიც უზრუნველყოფენ სინათლის გაფანტვის ყველაზე დაბალ დონეს და საუკეთესო გამჭვირვალობას.

ყველა გამწმენდი საშუალება ნუკლეანტს წარმოადგენს, მაგრამ ყველა ნუკლეანტს კარგი გამწმენდი საშუალება არ აქვს.

ზოგიერთი გავრცელებული ნუკლეანტი, როგორიცაა ნატრიუმის ბენზოატი და ტალკი, არ ამცირებს სფეროლიტის ზომას საკმარისი რაოდენობით, რათა უზრუნველყოს დაბალი დაბინდვა და მაღალი გამჭვირვალობა. საუკეთესო გამჭვირვალობა, როგორც წესი, მიიღწევა ხსნადი ნუკლეანტების გამოყენებისას.

ხსნადი ორგანული ნაერთები, რომლებიც გამწმენდის ფუნქციას ასრულებენ, მოიცავს სორბიტოლებს, ნონოტოლებს და ტრისამიდებს.

მიუხედავად იმისა, რომ ეს ბირთვული ნივთიერებები ძირითადად გამოიყენება მაღალი გამჭვირვალობისა და დაბალი დაბინდვის მისაღწევად, ისინი ასევე აუმჯობესებენ ფიზიკურ თვისებებს და ამცირებენ ციკლის დროს.

ნაწილაკების ფორმა და ასპექტის თანაფარდობა

ნემსის ფორმის ბირთვული ნაწილაკები (მაგალითად, ADK STAB NA-11) შეიძლება გამოიწვიონ შეკუმშვის სხვადასხვა მნიშვნელობები მანქანასა და განივი მიმართულებით. ამ შეკუმშვის ანიზოტროპიამ შეიძლება გამოიწვიოს დეფორმაცია საბოლოო ნაწილში. ბირთვული ნაწილაკები, რომლებსაც აქვთ სიბრტყელის გეომეტრია, შეიძლება უზრუნველყონ უფრო ერთგვაროვანი შეკუმშვა ორივე მიმართულებით, რაც იწვევს დეფორმაციის შემცირებას.

ნაწილაკების ზომა და ნაწილაკების ზომის განაწილება

ნაწილაკების მცირე ზომა აუმჯობესებს ბირთვის წარმოქმნას, თუმცა უფრო მცირე ზომის ნაწილაკების გაფანტვაც შეიძლება უფრო რთული იყოს. ზოგიერთი ბირთვის შემცველი ნაწილაკი, მაგალითად ნატრიუმის ბენზოატი, მიდრეკილია ხელახლა აგლომერაციისკენ.

გამოყენებული მჟავას შემგროვებელი

ზოგიერთი მჟავას შემწოვი, როგორიცაა ცხიმოვანი მჟავების მარილები (მაგ. კალციუმის სტეარატი), შეიძლება ანტაგონისტური იყოს გარკვეული ნუკლეანტების მიმართ, როგორიცაა ფოსფატის ეთერები და ნატრიუმის ბენზოატი. ამ ნუკლეანტებთან ერთად უნდა იქნას გამოყენებული დიჰიდროტალციტი.

არასოდეს გამოიყენოთ კალციუმის სტეარატი ნატრიუმის ბენზოატთან ერთად, რადგან კალციუმის სტეარატი მთლიანად გააუქმებს ნატრიუმის ბენზოატის ბირთვის წარმოქმნას.

დისპერსიის ხარისხი და არადისპერსიული აგლომერატების არსებობა

ნატრიუმის ბენზოატი ხშირად წარმოქმნის აგლომერატებს და მისი სწორად გაფანტვა რთულია.

დნობის ტემპერატურა

სორბიტოლებს საუკეთესო გამჭვირვალობის მისაღწევად უფრო მაღალი დნობის ტემპერატურა სჭირდებათ, რადგან ისინი სრულად უნდა გაიხსნას პოლიმერის დნობაში.

სინერგია და ანტაგონიზმები ნუკლეანტებსა და სხვა დანამატებს შორის

მჟავას შემგროვებლები შეიძლება იყვნენ სინერგიული ან ანტაგონისტური. ცხიმოვანი მჟავების მარილები უარყოფითად მოქმედებს ფოსფატური ეთერის ბირთვიანი PP-ის მოდულზე.

აირჩიეთ მარჯვენაბირთვებიდა გამწმენდები PP-სთვის

თქვენი პოლიპროპილენის გამოყენებისთვის შესაფერისი ნუკლეაციის ან გამწმენდი აგენტის შერჩევამდე, განსაზღვრეთ, რომელი თვისების გაუმჯობესებით ხართ ყველაზე მეტად დაინტერესებული:

ა. თუ მნიშვნელოვანია დაბალი დაბინდვა და მაღალი გამჭვირვალობა, მაშინ აირჩიეთ ერთ-ერთი ხსნადი გამწმენდი საშუალება.

ბ. უფრო დაბალი სიცხადის მოთხოვნებისთვის,ფოსფატის ეთერებიშეიძლება გამოყენებულ იქნას.

გ. თუ მაღალი მოდული ყველაზე მნიშვნელოვანია, მაშინ აირჩიეთ ფოსფატის ეთერებიდან ერთ-ერთი.

დ. თუ დაბალი ფასი ყველაზე მნიშვნელოვანია, მაშინ აირჩიეთ ნატრიუმის ბენზოატი.

ე. თუ უმნიშვნელოვანესია დაბალი დეფორმაცია და პიგმენტის მიმართ დაბალი მგრძნობელობა, მაშინ აირჩიეთ ბიციკლოჰეპტანის მარილი.

ასევე აუცილებელია გადაწყდეს, თუ როგორ იქნება ბირთვული ნივთიერება ინტეგრირებული PP ფისში. ყოველთვის ჩაატარეთ შესაბამისი ტესტები, რათა დარწმუნდეთ, რომ მიღწეულია კარგი დისპერსია და ბირთვის წარმოქმნა.

ბირთვიან PP ფისზე ჩაატარეთ DSC. ციკლის დროის გაუმჯობესება, როგორც წესი, კორელაციაშია კრისტალიზაციის ტემპერატურის (Tc) ზრდასთან. შეამოწმეთ ჩამოსხმული ნიმუშის თვისებები.

თუ გსურთ, ნუკლეაციის აგენტებთან დაკავშირებული პროდუქტების შესახებ ინფორმაცია მიიღოთ, გთხოვთ, თავისუფლად მოგვწეროთდაგვიკავშირდითნებისმიერ დროს.