Polipropylen jest szeroko stosowanym polimerem w różnorodnych zastosowaniach ze względu na doskonałe połączenie właściwości. Jego właściwości fizyczne, mechaniczne i optyczne można dodatkowo poprawić poprzez odpowiednie zastosowanie środków zarodkujących i klarujących. Dodatki te wspomagają krystalizację PP podczas przetwarzania, wzmacniając w ten sposób uzyskane już właściwości.

Dowiedz się, jak stosować środki nukleujące i środki klarujące, a także uzyskaj wskazówki dotyczące wyboru środków, które pozwolą skutecznie zwiększyć wydajność produkcji, zmodyfikować strukturę i morfologię oraz zmniejszyć zmętnienie w formulacjach polipropylenowych.

I. Rola nukleujących środków klarujących w PP

Krystaliczność polimerów półkrystalicznych odpowiada za wiele ich właściwości, takich jak stabilność wymiarowa, przejrzystość i wytrzymałość.

W przypadku określonej części i procesu, krystaliczność jest kontrolowana przez strukturę polimeru, formulację oraz warunki przetwarzania, które zapewniają określoną równowagę między nagrzewaniem a chłodzeniem. W konsekwencji krystaliczność jest często niejednorodna, a historia nagrzewania jest różna dla powłoki i rdzenia części lub wyrobów.

Środki nukleujące i klarujące przyspieszają i regulują krystalizację, umożliwiając dostosowanie końcowych właściwości polimerów półkrystalicznych do wymagań funkcjonalnych.

·W formulacjach polipropylenowych dodanie środków nukleujących (zwanych również nukleatorami) skutkuje poprawą wydajności i właściwości przetwórczych, takich jak:

· Lepsza przejrzystość i mniejsze zamglenie

· Poprawiona wytrzymałość i sztywność

· Poprawiona temperatura ugięcia pod obciążeniem (HDT)

· Skrócony czas cyklu

· Zmniejszone odkształcenia i bardziej równomierny skurcz

· Zmniejszona wrażliwość pigmentu na zmiany właściwości w przypadku różnych kolorów

·Poprawiona przetwarzalność w niektórych zastosowaniach

Zatem nukleacja jest skutecznym sposobem na poprawę właściwości fizycznych, mechanicznych i optycznych polipropylenu. Przejrzystość, stabilność wymiarowa, odkształcenia, skurcz, CLTE, HDT, właściwości mechaniczne i efekt barierowy można poprawić poprzez staranny dobór nukleatorów lub klarowników.

II. Polipropylen i jego krystaliczność

Polipropylen to powszechnie stosowany, krystaliczny polimer komercyjny, wytwarzany w procesie polimeryzacji monomeru propenu. W procesie polimeryzacji PP może tworzyć trzy podstawowe struktury łańcuchowe (ataktyczną, izotaktyczną i syndiotaktyczną) w zależności od położenia grup metylowych. Krystaliczność polimeru charakteryzuje się:

·Kształty i rozmiary kryształów

·Współczynniki krystaliczności i ostatecznie

·Orientacja krystalitów

Polipropylen izotaktyczny (iPP) to polimer półkrystaliczny. Charakteryzuje się doskonałym stosunkiem ceny do wydajności, co czyni go bardzo atrakcyjnym w szerokim zakresie zastosowań, takich jak motoryzacja, AGD, rurociągi, opakowania itp.

Wskaźnik izotaktyczności iPP jest bezpośrednio powiązany ze stopniem krystaliczności, który ma istotny wpływ na właściwości polimeru. Izotaktyczność zwiększa kinetykę krystalizacji, moduł sprężystości przy zginaniu, twardość i przezroczystość, a zmniejsza udarność i przepuszczalność.

Poniższa tabela porównuje właściwości dwóch homopolimerów polipropylenu o różnym wskaźniku izotaktyczności.

III. Krystalizacja polipropylenu
W zależności od warunków, polipropylen izotaktyczny może krystalizować w czterech różnych fazach: α, β, γ oraz mezomorficznej smektycznej. Fazy α i β są najważniejsze.

Faza α

1. Ta faza jest bardziej stabilna i dobrze znana.

2. Kryształy te należą do układu krystalograficznego jednoskośnego.

Faza β

1. Faza ta jest metastabilna, a jej kryształy należą do pseudoheksagonalnego układu krystalicznego.

2. Faza β występuje głównie w blokowo kopolimeryzowanym polipropylenie i można ją wytworzyć przez dodanie specyficznych środków zarodkujących.

3. Tę formę krystaliczną odkryli Padden i Keith w 1953 roku. Można ją uzyskać poprzez krystalizację w temperaturze od 130°C do 132°C, orientację o dużym ścinaniu lub dodanie specyficznych środków zarodkujących.

4. Obecność fazy β w homopolimerach polipropylenu zwykle poprawia ciągliwość gotowego produktu, a efekt jest najbardziej znaczący, gdy zawartość fazy β osiągnie 65%.

Faza γ

1. Ta faza jest również metastabilna i ma kryształy trójskośne.

2. Ta forma krystaliczna jest rzadka; występuje głównie w polipropylenie o małej masie cząsteczkowej i powstaje w wyniku krystalizacji pod ekstremalnie wysokim ciśnieniem i ekstremalnie niską szybkością chłodzenia.

I. Proces nukleacji w polipropylenie

Powszechnie wiadomo, że punktem wyjścia krystalizacji polimerów są małe zarodki (drobne cząsteczki) naturalnie zawarte w pozostałościach katalizatora, zanieczyszczeniach, pyle itp. przypominających stop. Następnie możliwe jest modyfikowanie i kontrolowanie morfologii krystalicznej poprzez dodanie „sztucznych” zarodków wprowadzonych do stopu polimeru. Operacja ta nazywa się nukleacją.

Nukleatory lub czynniki zarodkujące służą do tworzenia miejsc inicjacji kryształów.

Klarowniki stanowią podrodzinę nukleatorów, które wytwarzają mniejsze kryształy rozpraszające mniej światła, dzięki czemu zapewniają większą przejrzystość przy tej samej grubości ścianki elementu.

Rolą tych środków nukleujących jest poprawa właściwości fizycznych i mechanicznych gotowych elementów.

Ⅴ. Nukleatory i środki klarujące: bogaty zestaw dodatków

Środki nukleujące cząsteczkowe

Cząstkowe środki zarodkujące/nukleanty to zazwyczaj związki o wysokiej temperaturze topnienia, które są rozpraszane w stopie polimeru poprzez mieszanie. Cząsteczki te działają jak odrębne „punktowe zarodki”, na których może rozpocząć się wzrost kryształów polimeru.

Wysokie stężenie zarodków skutkuje szybszą krystalizacją (krótsze cykle) i wyższym poziomem krystaliczności, co poprawia wytrzymałość, sztywność i HDT PP.

Niewielkie rozmiary skupisk krystalicznych (sferolitów) powodują mniejsze rozpraszanie światła i lepszą przejrzystość.

Do powszechnie stosowanych środków zarodkujących należą sole i minerały, takie jak talk, benzoesan sodu, estry fosforanowe i inne sole organiczne.

Talk i benzoesan sodu uważane są za nisko wydajne i tanie środki nukleacyjne, które zapewniają niewielką poprawę wytrzymałości, sztywności, HDT i czasu cyklu.

Wysoko wydajne i drogie środki zarodkujące, takie jak estry fosforanowe i sole bicykloheptanowe, zapewniają lepsze właściwości fizyczne i pewną poprawę przejrzystości.

Rozpuszczalne środki nukleujące

Rozpuszczalne środki nukleujące, zwane również „wrażliwymi na topnienie”, mają zazwyczaj niską temperaturę topnienia i rozpuszczają się w stopionym PP.

W miarę stygnięcia stopionego polimeru w formie, zarodki krystalizacji najpierw ulegają krystalizacji, tworząc drobno rozproszoną sieć o wyjątkowo dużej powierzchni.

W miarę obniżania się temperatury fibryle tworzące tę sieć zaczynają działać jak jądra, inicjując krystalizację polimeru.

Ekstremalnie wysokie stężenie jąder prowadzi do powstawania bardzo małych skupisk kryształów PP, co zapewnia najniższy poziom rozpraszania światła i najlepszą przejrzystość.

Wszystkie środki klarujące są zarodkami krystalizacji, ale nie wszystkie zarodki krystalizacji są dobrymi środkami klarującymi.

Niektóre powszechnie stosowane zarodki krystalizacji, takie jak benzoesan sodu i talk, nie redukują rozmiaru sferolitu w stopniu wystarczającym, aby uzyskać niską mętność i wysoką przejrzystość formowanego elementu. Najlepszą przejrzystość uzyskuje się zazwyczaj przy użyciu rozpuszczalnych zarodków krystalizacji.

Rozpuszczalne związki organiczne, które działają jako środki klarujące, obejmują sorbitole, nonotole i trisamidy.

Chociaż te nukleanty służą głównie do uzyskania wysokiej przejrzystości i niskiego zmętnienia, poprawiają one również właściwości fizyczne i skracają czas cyklu.

Kształt i proporcje cząstek

Cząsteczki Nucleantu o igłowatym kształcie (takie jak ADK STAB NA-11) mogą prowadzić do różnic w skurczu w maszynie i w kierunkach poprzecznych. Ta anizotropia skurczu może prowadzić do deformacji gotowego elementu. Cząsteczki Nucleantu o płaskiej geometrii zapewniają bardziej równomierny skurcz w obu kierunkach, co prowadzi do zmniejszenia deformacji.

Wielkość cząstek i rozkład wielkości cząstek

Mniejszy rozmiar cząstek prowadzi do lepszego zarodkowania, ale mniejsze cząstki mogą być również trudniejsze do rozproszenia. Niektóre cząstki zarodkujące, takie jak benzoesan sodu, mają tendencję do ponownej aglomeracji.

Używany wymiatacz kwasu

Niektóre wychwytywacze kwasów, takie jak sole kwasów tłuszczowych (np. stearynian wapnia), mogą działać antagonistycznie w stosunku do niektórych nukleantów, takich jak estry fosforanowe i benzoesan sodu. Z tymi nukleantami należy stosować dihydrotalcyt.

Nigdy nie należy stosować stearynianu wapnia z benzoesanem sodu, ponieważ stearynian wapnia całkowicie zablokuje tworzenie się nukleacji benzoesanu sodu.

Stopień dyspersji i obecność nierozproszonych aglomeratów

Benzoesan sodu często tworzy aglomeraty i trudno go odpowiednio rozproszyć.

Temperatura topnienia

Sorbitole wymagają wyższych temperatur topnienia, aby uzyskać najlepszą klarowność, ponieważ muszą całkowicie rozpuścić się w stopionym polimerze.

Synergie i antagonizmy między nukleantami i innymi dodatkami

Zmiatacze kwasów mogą działać synergistycznie lub antagonistycznie. Sole kwasów tłuszczowych niekorzystnie wpływają na moduł sprężystości PP z zarodkami estrów fosforanowych.

Wybierz prawoNukleantyi środki klarujące do PP

Przed wyborem odpowiedniego środka nukleującego lub klarującego do zastosowania w PP należy ustalić, jaka poprawa właściwości jest dla Ciebie najbardziej interesująca:

a. Jeśli zależy Ci na niskim zmętnieniu i wysokiej przejrzystości, wybierz jeden z rozpuszczalnych środków klarujących.

b. W przypadku wymagań dotyczących mniejszej przejrzystościestry fosforanowemoże być używany.

c. Jeżeli najważniejszy jest wysoki moduł, należy wybrać jeden z estrów fosforanowych.

d. Jeśli najważniejszy jest niski koszt, wybierz benzoesan sodu.

e. Jeśli najważniejsze jest niskie odkształcenie i niska wrażliwość na pigment, należy wybrać sól bicykloheptanową.

Konieczne jest również podjęcie decyzji, w jaki sposób nukleant zostanie włączony do żywicy PP. Zawsze należy przeprowadzać odpowiednie testy, aby upewnić się, że uzyskano dobrą dyspersję i nukleację.

Przeprowadź DSC na zarodkowanej żywicy PP. Poprawa czasu cyklu generalnie koreluje ze wzrostem temperatury krystalizacji (Tc). Przetestuj właściwości uformowanej próbki.

Jeśli chcesz zapytać o produkty związane z czynnikami nukleującymi, skontaktuj się z nami.Skontaktuj się z namikiedykolwiek.