Polipropilena este un polimer utilizat pe scară largă în diverse aplicații datorită combinației excelente de proprietăți. Proprietățile sale, precum cele fizice, mecanice și optice, pot fi îmbunătățite în continuare prin utilizarea adecvată a agenților de nucleare și a agenților de clarificare. Acești aditivi ajută la cristalizarea PP în timpul procesării, sporind astfel proprietățile deja dobândite.

Înțelegeți cum să utilizați agenții de nucleare și agenții de clarificare, precum și sfaturi de selecție pentru a crește eficient rata de producție, a modifica structura și morfologia și a reduce opacitatea în formulările de polipropilenă.

I. Rolul agenților de clarificare nucleari în PP

Cristalinitatea polimerilor semicristalini este responsabilă pentru multe dintre caracteristici, cum ar fi stabilitatea dimensională, claritatea și rezistența.

Pentru o piesă și un proces definit, cristalinitatea este controlată de structura polimerului, de formulă și de condițiile de procesare, care au ca rezultat un echilibru specific între acumularea de căldură și răcire. În consecință, cristalinitatea este adesea eterogenă, istoricul termic fiind diferit pentru învelișul și miezul pieselor sau produselor.

Agenții de nucleare și clarificatorii accelerează și reglează cristalizarea, permițând ajustarea proprietăților finale ale polimerilor semicristalini la cerințele funcționale.

În formulările de polipropilenă, adăugarea de agenți de nucleare (numiți și nucleatori) are ca rezultat o performanță și proprietăți de procesare îmbunătățite, cum ar fi:

· Claritate îmbunătățită și ceață redusă

· Rezistență și rigiditate îmbunătățite

· Temperatură îmbunătățită de deviere termică (HDT)

· Timp de ciclu redus

· Deformare redusă și contracție mai uniformă

· Sensibilitate redusă a pigmentilor la modificările proprietăților cu diferite culori

·Procesabilitate îmbunătățită în anumite aplicații

Prin urmare, nucleația este o modalitate puternică de a îmbunătăți proprietățile fizice, mecanice și optice ale polipropilenei. Claritatea, stabilitatea dimensională, deformarea, contracția, CLTE, HDT, proprietățile mecanice și efectul de barieră pot fi îmbunătățite prin alegerea atentă a agenților de nucleare sau clarificare.

II. Polipropilena și cristalinitatea acesteia

Polipropilena este un polimer cristalin, de bază, utilizat pe scară largă, obținut prin polimerizarea monomerului propenei. La polimerizare, PP poate forma trei structuri de lanț de bază (atactică, izotactică, sindiotactică), în funcție de poziția grupărilor metil. Cristalinitatea polimerului este caracterizată prin:

Formele și dimensiunile cristalitelor

·Raporturile de cristalinitate și, în final,

·Orientarea cristalitelor

Polipropilena izotactică (iPP) este un polimer semicristalin. Se caracterizează printr-un raport excelent cost-performanță, ceea ce o face foarte atractivă într-o gamă largă de aplicații, cum ar fi industria auto, electrocasnice, conducte, ambalaje etc.

Indicele de izotacticitate al iPP este direct legat de gradul de cristalinitate, ceea ce are un impact major asupra performanței polimerului. Izotacticitatea crește cinetica de cristalizare, modulul de încovoiere, duritatea și transparența și scade rezistența la impact și permeabilitatea.

Tabelul de mai jos compară proprietățile a doi homopolymeri de polipropilenă cu indici de izotacticitate diferiti.

III. Cristalizarea polipropilenei
În funcție de condiții, polipropilena izotactică poate cristaliza în patru faze diferite, notate α, β, γ și smectică mezomorfă. Fazele α și β sunt cele mai importante.

Faza α

1. Această fază este mai stabilă și mai cunoscută.

2. Aceste cristale aparțin sistemului cristalin monoclinic.

Faza β

1. Această fază este metastabilă, iar cristalele sale aparțin sistemului cristalin pseudo-hexagonal.

2. Faza β există în principal în polipropilena copolimerizată în bloc și poate fi generată prin adăugarea de agenți de nucleare specifici.

3. Această formă cristalină a fost descoperită de Padden și Keith în 1953; poate fi promovată prin cristalizare între 130°C și 132°C, orientare la forfecare ridicată sau adăugarea de agenți de nucleare specifici.

4. Prezența fazei β în homopolimerii de polipropilenă îmbunătățește de obicei ductilitatea produsului finit, iar efectul este cel mai semnificativ atunci când conținutul de fază β atinge 65%.

Faza γ

1. Această fază este, de asemenea, metastabilă, cu cristale triclinice.

2. Această formă cristalină este mai puțin frecventă; apare în principal în polipropilena cu greutate moleculară mică și se formează prin cristalizare sub presiune extrem de mare și rate de răcire extrem de scăzute.

Ⅳ. Procesul de nucleație în polipropilenă

Este bine cunoscut faptul că punctul de pornire al cristalizării polimerilor îl reprezintă germenii mici (particule mici) incluși în mod natural în reziduurile de catalizator de tip topitură, impurități, praf etc. Este apoi posibilă modificarea și controlul morfologiei cristaline prin adăugarea de germeni „artificiali” introduși în topitura de polimer. Această operațiune se numește nucleație.

Se utilizează nucleatori sau agenți de nucleare care oferă locuri pentru inițierea cristalelor.

Clarificatorii sunt o subfamilie de nucleatori care furnizează cristalite mai mici ce împrăștie mai puțină lumină și, prin urmare, sporesc claritatea pentru aceeași grosime a peretelui unei piese.

Rolul acestor agenți de nucleare este de a îmbunătăți proprietățile fizice și mecanice ale pieselor finite.

Ⅴ. Nucleatori și clarificatori: o gamă bogată de aditivi

Agenți de nucleare sub formă de particule

Agenții/nucleanții de nucleare sub formă de particule sunt de obicei compuși cu punct de topire ridicat, dispersați în topitura de polimer prin compoundare. Aceste particule acționează ca „nuclee punctuale” distincte pe care poate începe creșterea cristalelor polimerice.

Concentrația mare de nuclee duce la o cristalizare mai rapidă (timp de ciclu mai scurt) și la niveluri mai ridicate de cristalinitate, ceea ce îmbunătățește rezistența, rigiditatea și HDT-ul PP.

Dimensiunea mică a agregatelor cristaline (sferuliților) duce la reducerea împrăștierii luminii și la o claritate îmbunătățită.

Agenții de nucleare sub formă de particule utilizați în mod obișnuit includ săruri și minerale, cum ar fi talcul, benzoatul de sodiu, esterii fosfatici și alte săruri organice.

Talcul și benzoatul de sodiu sunt considerate a fi nucleanți cu performanță scăzută și costuri reduse și oferă o îmbunătățire modestă a rezistenței, rigidității, HDT și timpului de ciclu.

Nucleanții de înaltă performanță și cost ridicat, cum ar fi esterii fosfatici și sărurile bicicloheptan, oferă proprietăți fizice mai bune și o oarecare îmbunătățire a clarității.

Agenți de nucleare solubili

Agenții de nucleare solubili, numiți și „sensibili la topire”, au de obicei puncte de topire scăzute și se dizolvă în PP topit.

Pe măsură ce topitura de polimer se răcește în matriță, acești nucleanți cristalizează mai întâi, formând o rețea fin distribuită, cu o suprafață extrem de mare.

Pe măsură ce temperatura continuă să scadă, fibrilele care alcătuiesc această rețea funcționează ca nuclee pentru a iniția cristalizarea polimerului.

Concentrația extrem de mare de nuclee duce la agregate cristaline de PP foarte mici, care oferă cel mai scăzut nivel de împrăștiere a luminii și cea mai bună claritate.

Toți clarificatorii sunt nucleanți, dar nu toți nucleanții sunt clarificatori buni.

Unii agenți de nucleare obișnuiți, cum ar fi benzoatul de sodiu și talcul, nu reduc dimensiunea sferulitelor suficient pentru a obține o piesă turnată cu opacitate redusă și claritate ridicată. Cea mai bună claritate se obține, în general, atunci când se utilizează agenți de nucleare solubili.

Compușii organici solubili care acționează ca agenți de clarificare includ sorbitoli, nonotoluri și trisamide.

Deși acești agenți de nucleare sunt utilizați în principal pentru a obține o claritate ridicată și o opacitate redusă, ei îmbunătățesc și proprietățile fizice și reduc timpul de ciclu.

Forma particulelor și raportul de aspect

Particulele nucleante cu forme aciforme (cum ar fi ADK STAB NA-11) pot duce la valori diferite ale contracției în direcțiile mașinii și transversale. Această anizotropie a contracției poate duce la deformare în piesa finală. Particulele nucleante cu o geometrie plană pot produce o contracție mai uniformă în cele două direcții, ceea ce duce la o deformare mai mică.

Dimensiunea particulelor și distribuția dimensiunii particulelor

Dimensiunea mai mică a particulelor duce la o nucleație îmbunătățită, dar particulele mai mici pot fi, de asemenea, mai dificil de dispersat. Unele particule nucleante, cum ar fi benzoatul de sodiu, tind să se reaglomereze.

Absorbant de acid utilizat

Unii agenți de eliminare a acizilor, cum ar fi sărurile acizilor grași (de exemplu, stearatul de calciu), pot fi antagoniști față de anumiți nucleanți, cum ar fi esterii fosfatici și benzoatul de sodiu. Dihidrotalcitul trebuie utilizat cu acești nucleanți.

Nu utilizați niciodată stearat de calciu cu benzoat de sodiu, deoarece stearatul de calciu va anula complet nucleația benzoatului de sodiu.

Gradul de dispersie și prezența aglomeratelor nedispersate

Benzoatul de sodiu formează adesea aglomerate și este dificil de dispersat corespunzător.

Temperatura de topire

Sorbitolii necesită temperaturi de topire mai ridicate pentru a oferi cea mai bună claritate, deoarece trebuie să se dizolve complet în topitura de polimer.

Sinergii și antagonisme între nucleanți și alți aditivi

Captatorii de acid pot fi sinergici sau antagonici. Sărurile de acizi grași afectează negativ modulul de elasticitate al PP nucleat din esteri fosfatici.

Selectați dreaptaNucleanțiși clarificatori pentru PP

Înainte de a selecta agentul de nucleare sau clarificare potrivit pentru aplicația dumneavoastră PP, stabiliți ce îmbunătățire a proprietăților vă interesează cel mai mult:

a. Dacă este importantă o opacitate redusă și o claritate ridicată, atunci alegeți unul dintre agenții de clarificare solubili.

b. Pentru cerințe de claritate mai reduse,esteri de fosfatpoate fi folosit.

c. Dacă modulul ridicat este de cea mai mare importanță, atunci alegeți unul dintre esterii fosfatici.

d. Dacă costul redus este cel mai important, atunci alegeți benzoatul de sodiu.

e. Dacă deformarea redusă și sensibilitatea scăzută la pigment sunt cele mai importante, atunci alegeți sarea de bicicloheptan.

De asemenea, este imperativ să se decidă cum va fi încorporat agentul de nucleare în rășina PP. Efectuați întotdeauna teste adecvate pentru a vă asigura că s-a obținut o dispersie și o nucleație bune.

Efectuați DSC pe rășina PP nucleată. Îmbunătățirile timpului de ciclu se corelează în general cu creșterile temperaturii de cristalizare (Tc). Testați proprietățile specimenului turnat.

Dacă doriți să solicitați informații despre produse legate de agenții de nucleare, vă rugăm să nu ezitați să ne contactați.contactaţi-neîn orice moment.