Polypropylen er en mye brukt polymer som brukes i en rekke bruksområder på grunn av sin utmerkede kombinasjon av egenskaper. Egenskapene, som fysiske, mekaniske og optiske, kan ytterligere forbedres ved passende bruk av kimdannende midler og klaringsmidler. Disse tilsetningsstoffene hjelper til med krystalliseringen av PP under bearbeiding, og forbedrer dermed de allerede oppnådde egenskapene.

Forstå hvordan du bruker kimdannende og klaringsmidler, samt få utvalgstips for å effektivt øke produksjonshastigheten, endre struktur og morfologi, og redusere dis i polypropylenformuleringer.

I. Rollen til kimdannende klaringsmidler i PP

Krystalliniteten til semikrystallinske polymerer er ansvarlig for mange av egenskapene, som dimensjonsstabilitet, klarhet og seighet.

For en definert del og prosess styres krystalliniteten av polymerstrukturen, formuleringen og prosesseringsbetingelsene som resulterer i en spesifikk balanse mellom varmeoppbygging og avkjøling. Følgelig er krystalliniteten ofte heterogen, og varmehistorien er forskjellig for huden og kjernen til delene eller varene.

Kjernedannende midler og klaringsmidler fremskynder og finjusterer krystalliseringen, slik at sluttegenskapene til semikrystallinske polymerer kan justeres til de funksjonelle kravene.

·I polypropylenformuleringer fører tilsetning av kimdannende stoffer (også kalt kimdannere) til forbedret ytelse og prosesseringsegenskaper, for eksempel:

· Forbedret klarhet og redusert dis

· Forbedret styrke og stivhet

· Forbedret varmeavbøyningstemperatur (HDT)

· Redusert syklustid

· Redusert vridning og jevnere krymping

· Redusert pigmentfølsomhet med hensyn til endringer i egenskapene med forskjellige farger

· Forbedret prosesseringsevne i visse applikasjoner

Dermed er kimdannelse en effektiv måte å forbedre de fysiske, mekaniske og optiske egenskapene til polypropylen. Klarhet, dimensjonsstabilitet, vridning, krymping, CLTE, HDT, mekaniske egenskaper og barriereeffekt kan forbedres ved nøye valg av kimdannere eller klaringsmidler.

II. Polypropylen og dens krystallinitet

Polypropylen er en mye brukt krystallinsk handelspolymer laget av polymerisasjonen av propenmonomer. Ved polymerisasjon kan PP danne tre grunnleggende kjedestrukturer (ataktisk, isotaktisk, syndiotaktisk) avhengig av metylgruppenes posisjon. Polymerens krystallinitet er karakterisert ved:

· Formene og størrelsene på krystallittene

·Krystallinitetsforholdene, og til slutt

· Orienteringen av krystallitter

Isotaktisk polypropylen (iPP) er en semikrystallinsk polymer. Den kjennetegnes av et utmerket forhold mellom kostnad og ytelse, noe som gjør den svært attraktiv i en rekke bruksområder som bilindustrien, apparater, rør, emballasje osv.

Isotaktisitetsindeksen til iPP er direkte knyttet til krystallinitetsgraden, som har stor innvirkning på polymerens ytelse. Isotaktisitet øker krystallisasjonskinetikken, bøyemodulen, hardheten og gjennomsiktigheten, og reduserer slagfastheten og permeabiliteten.

Tabellen nedenfor sammenligner egenskapene til to polypropylenhomopolymerer med ulik isotaktisitetsindeks.

III. Krystallisering av polypropylen
Avhengig av forholdene kan isotaktisk polypropylen krystallisere i fire forskjellige faser betegnet α, β, γ og mesomorf smektisk. α- og β-fasene er de viktigste.

α-fase

1. Denne fasen er mer stabil og velkjent.

2. Disse krystallene tilhører det monokliniske krystallsystemet.

β-fase

1. Denne fasen er metastabil, og krystallene tilhører det pseudo-heksagonale krystallsystemet.

2. β-fasen finnes hovedsakelig i blokk-kopolymerisert polypropylen og kan genereres ved å tilsette spesifikke kimdannende stoffer.

3. Denne krystallformen ble oppdaget av Padden og Keith i 1953; den kan fremmes ved krystallisering mellom 130 °C og 132 °C, høyskjærorientering eller tilsetning av spesifikke kimdannende midler.

4. Tilstedeværelsen av β-fasen i polypropylenhomopolymerer forbedrer vanligvis duktiliteten til det ferdige produktet, og effekten er mest signifikant når β-faseinnholdet når 65 %.

γ-fase

1. Denne fasen er også metastabil, med trikliniske krystaller.

2. Denne krystallformen er uvanlig; den forekommer hovedsakelig i polypropylen med lav molekylvekt og dannes ved krystallisering under ekstremt høyt trykk og ekstremt lave avkjølingshastigheter.

Ⅳ. Nukleeringsprosess i polypropylen

Det er velkjent at startpunktet for krystallisering av polymerer er små kim (små partikler) som naturlig inkluderes i smeltelignende katalysatorrester, urenheter, støv osv. Det er deretter mulig å modifisere og kontrollere krystallinsk morfologi ved å tilsette "kunstige" kim som introduseres i polymersmelten. Denne operasjonen kalles kimdannelse.

Kjernedannere eller kimdannende midler benyttes som gir steder for initiering av krystaller.

Klargjøringsmidler er en underfamilie av kimdannere som gir mindre krystallitter som sprer mindre lys og som et resultat forbedrer klarheten for samme veggtykkelse som en del.

Rollen til disse kimdannende stoffene er å forbedre de fysiske og mekaniske egenskapene til ferdige deler.

Ⅴ. Kjernedannere og klaringsmidler: Et rikt utvalg av tilsetningsstoffer

Partikkelformede kimdannende midler

Partikulære kimdannende stoffer/kimdannere er vanligvis høytsmeltende forbindelser som dispergeres i polymersmelten via blanding. Disse partiklene fungerer som distinkte «punktkjerner» hvor polymerkrystallvekst kan begynne.

Den høye konsentrasjonen av kjerner fører til raskere krystallisering (kortere syklustider) og høyere nivåer av krystallinitet, noe som forbedrer styrken, stivheten og HDT-en til PP.

Den lille størrelsen på krystallaggregatene (sfærulitter) fører til redusert lysspredning og forbedret klarhet.

De vanlige brukte partikkelformede kimdannende midlene inkluderer salter og mineraler, som talkum, natriumbenzoat, fosfatestere og andre organiske salter.

Talkum og natriumbenzoat anses å være lavtytende, rimelige nukleanter, og gir en beskjeden forbedring i styrke, stivhet, HDT og syklustid.

De høytytende, dyre nukleantene, som fosfatestere og bicykloheptansaltene, gir bedre fysiske egenskaper og noe forbedring i klarhet.

Løselige kimdannende midler

Løselige kimdannende stoffer, som også omtales som «smeltefølsomme», har vanligvis lave smeltepunkter og løses opp i den smeltede PP-en.

Når polymersmelten avkjøles i formen, krystalliserer disse nukleantene seg først og danner et fint fordelt nettverk med ekstremt høyt overflateareal.

Etter hvert som temperaturen fortsetter å synke, fungerer fibrillene som utgjør dette nettverket som kjerner for å starte polymerkrystalliseringen.

Den ekstremt høye konsentrasjonen av kjerner fører til svært små PP-krystallaggregater, som gir det laveste nivået av lysspredning og den beste klarheten.

Alle klaringsmidler er nukleanter, men ikke alle nukleanter er gode klaringsmidler.

Noen vanlige nukleanter, som natriumbenzoat og talkum, reduserer ikke sfærulittstørrelsen tilstrekkelig til å gi en støpt del med lav dis og høy klarhet. Den beste klarheten oppnås vanligvis når løselige nukleanter brukes.

Løselige organiske forbindelser som fungerer som klaringsmidler inkluderer sorbitoler, nonotoler og trisamider.

Selv om disse nukleantene hovedsakelig brukes for å oppnå høy klarhet og lav dis, forbedrer de også de fysiske egenskapene og reduserer syklustiden.

Partikkelform og sideforhold

Kjernepartikler med nålelignende former (som ADK STAB NA-11) kan føre til forskjellige krympingsverdier i maskin- og tverrretningen. Denne krympeanisotropien kan føre til vridning i den ferdige delen. Kjernepartikler med en plan geometri kan gi mer jevn krymping i de to retningene, noe som fører til mindre vridning.

Partikkelstørrelse og partikkelstørrelsesfordeling

Mindre partikkelstørrelse fører til forbedret kimdannelse, men mindre partikler kan også være vanskeligere å dispergere. Noen kimdannende partikler, som natriumbenzoat, har en tendens til å agglomerere på nytt.

Syrefjerner brukt

Noen syrefjernere, som fettsyresalter (f.eks. kalsiumstearat), kan være antagonistiske mot visse nukleanter, som fosfatestere og natriumbenzoat. Dihydrotalcitt bør brukes sammen med disse nukleantene.

Bruk aldri kalsiumstearat sammen med natriumbenzoat, siden kalsiumstearatet vil fullstendig oppheve dannelsen av natriumbenzoatet.

Dispersjonsgrad og tilstedeværelse av udispergerte agglomerater

Natriumbenzoat danner ofte agglomerater og er vanskelig å dispergere ordentlig.

Smeltetemperatur

Sorbitoler krever høyere smeltetemperaturer for å gi best mulig klarhet, siden de må oppløses fullstendig i polymersmelten.

Synergier og antagonismer mellom nukleanter og andre tilsetningsstoffer

Syrefjernere kan være synergistiske eller antagonistiske. Fettsyresalter påvirker modulen til fosfatester-kjerneholdig PP negativt.

Velg riktigNukleanterog klaringsmidler for PP

Før du velger det passende kimdannende eller klargjørende middelet for PP-applikasjonen din, bør du bestemme hvilken egenskapsforbedring du er mest interessert i:

a. Hvis lav dis og høy klarhet er viktig, velg en av de løselige klaringsmidlene.

b. For lavere krav til klarhet,fosfatesterekan brukes.

c. Hvis høy modul er av største betydning, velg en av fosfatesterne.

d. Hvis lav kostnad er viktigst, velg natriumbenzoat.

e. Hvis lav vridning og lav pigmentfølsomhet er av største betydning, velg bicykloheptansaltet.

Det er også viktig å bestemme hvordan kimdannelsesmidlet skal innlemmes i PP-harpiksen. Utfør alltid passende tester for å sikre at god dispersjon og kimdannelse er oppnådd.

Kjør DSC på den kimdannede PP-harpiksen. Forbedringer i syklustid korrelerer vanligvis med økning i krystalliseringstemperaturen (Tc). Testegenskaper til støpt prøve.

Hvis du ønsker å spørre om produkter relatert til kimdannende stoffer, er du velkommen til åkontakt ossnår som helst.