Полипропилен — широко используемый полимер, применяемый в самых разных областях благодаря превосходному сочетанию свойств. Его физические, механические и оптические свойства могут быть дополнительно улучшены за счет соответствующего использования нуклеирующих и осветляющих агентов. Эти добавки способствуют кристаллизации полипропилена в процессе обработки, тем самым улучшая уже имеющиеся свойства.

Узнайте, как использовать нуклеирующие и осветляющие агенты, а также получите советы по их выбору для эффективного повышения скорости производства, изменения структуры и морфологии, а также уменьшения мутности в ваших полипропиленовых составах.

I. Роль нуклеирующих осветляющих агентов в полипропилене

Кристалличность полукристаллических полимеров обуславливает многие их характеристики, такие как стабильность размеров, прозрачность и прочность.

Для конкретной детали и процесса кристалличность контролируется структурой полимера, составом и условиями обработки, которые обеспечивают определенный баланс между накоплением тепла и охлаждением. Следовательно, кристалличность часто бывает неоднородной, поскольку тепловая история различается для внешней и внутренней частей деталей или изделий.

Зародышеобразующие агенты и осветлители ускоряют и регулируют кристаллизацию, позволяя адаптировать конечные свойства полукристаллических полимеров к функциональным требованиям.

• В полипропиленовых составах добавление нуклеирующих агентов (также называемых нуклеаторами) приводит к улучшению эксплуатационных и технологических свойств, таких как:

• Улучшенная четкость и уменьшенная дымка

• Улучшенная прочность и жесткость

• Улучшенная температура тепловой деформации (HDT)

• Сокращение времени цикла

• Снижение деформации и более равномерная усадка.

• Сниженная чувствительность пигментов к изменению их свойств при изменении цвета.

• Улучшенная технологичность в некоторых областях применения

Таким образом, нуклеация является эффективным способом улучшения физических, механических и оптических свойств полипропилена. Прозрачность, стабильность размеров, деформация, усадка, КТР, ВДТ, механические свойства и барьерный эффект могут быть улучшены за счет тщательного выбора нуклеаторов или осветлителей.

II. Полипропилен и его кристалличность

Полипропилен — широко используемый кристаллический, товарный полимер, получаемый путем полимеризации пропенового мономера. При полимеризации ПП может образовывать три основные цепные структуры (атактическая, изотактическая, синдиотактическая) в зависимости от положения метильных групп. Кристалличность полимера характеризуется следующими свойствами:

• Форма и размеры кристаллитов

• Соотношение степени кристалличности и, в конечном итоге,

• Ориентация кристаллитов

Изотактический полипропилен (iPP) — это полукристаллический полимер. Он характеризуется превосходным соотношением цены и качества, что делает его очень привлекательным для широкого спектра применений, таких как автомобильная промышленность, бытовая техника, трубопроводы, упаковка и т. д.

Индекс изотактичности iPP напрямую связан со степенью кристалличности, которая оказывает существенное влияние на характеристики полимера. Изотактичность увеличивает кинетику кристаллизации, модуль упругости при изгибе, твердость и прозрачность, а также снижает ударопрочность и проницаемость.

В таблице ниже сравниваются свойства двух гомополимеров полипропилена, имеющих разные индексы изотактичности.

III. Кристаллизация полипропилена
В зависимости от условий изотактический полипропилен может кристаллизоваться в четыре различные фазы, обозначаемые как α, β, γ и мезоморфную смектику. Фазы α и β являются наиболее важными.

α-фаза

1. Эта фаза более стабильна и хорошо изучена.

2. Эти кристаллы относятся к моноклинной кристаллической системе.

β-фаза

1. Эта фаза является метастабильной, и её кристаллы принадлежат к псевдогексагональной кристаллической системе.

2. β-фаза в основном присутствует в блок-сополимеризованном полипропилене и может быть образована путем добавления специфических нуклеирующих агентов.

3. Эта кристаллическая форма была открыта Падденом и Китом в 1953 году; ее образование может быть стимулировано кристаллизацией при температуре от 130°C до 132°C, ориентацией при высоком сдвиговом напряжении или добавлением специфических нуклеирующих агентов.

4. Присутствие β-фазы в гомополимерах полипропилена обычно улучшает пластичность готового продукта, и этот эффект наиболее значителен, когда содержание β-фазы достигает 65%.

γ-фаза

1. Эта фаза также является метастабильной, с триклинными кристаллами.

2. Эта кристаллическая форма встречается редко; она в основном наблюдается в низкомолекулярном полипропилене и образуется в результате кристаллизации при чрезвычайно высоком давлении и чрезвычайно низких скоростях охлаждения.

IV. Процесс нуклеации в полипропилене

Общеизвестно, что отправной точкой кристаллизации полимеров являются мелкие зародыши (маленькие частицы), естественным образом присутствующие в расплаве, такие как остатки катализатора, примеси, пыль и т. д. Затем становится возможным модифицировать и контролировать кристаллическую морфологию путем добавления «искусственных» зародышей, вводимых в расплав полимера. Эта операция называется нуклеацией.

В качестве нуклеаторов или агентов, инициирующих образование кристаллов, используются вещества, обеспечивающие места для их зарождения.

Осветлители представляют собой подсемейство нуклеаторов, которые обеспечивают образование более мелких кристаллитов, рассеивающих меньше света и, как следствие, повышающих прозрачность при той же толщине стенки детали.

Роль этих нуклеирующих агентов заключается в улучшении физических и механических свойств готовых деталей.

V. Нуклеаторы и осветлители: широкий спектр добавок.

Частицы, образующие зародыши

В качестве зародышеобразующих агентов/нуклеантов обычно используются высокоплавкие соединения, диспергированные в расплаве полимера путем компаундирования. Эти частицы действуют как отдельные «точечные зародыши», на которых может начаться рост кристаллов полимера.

Высокая концентрация зародышей кристаллизации приводит к более быстрой кристаллизации (сокращению времени цикла) и более высокому уровню кристалличности, что улучшает прочность, жесткость и температуру тепловой деформации полипропилена.

Небольшой размер кристаллических агрегатов (сферолитов) приводит к уменьшению рассеяния света и улучшению прозрачности.

В качестве обычно используемых частиц-нуклеирующих агентов применяются соли и минералы, такие как тальк, бензоат натрия, фосфатные эфиры и другие органические соли.

Тальк и бензоат натрия считаются низкоэффективными и недорогими зародышевыми агентами, обеспечивающими лишь незначительное улучшение прочности, жесткости, температуры стеклования и времени цикла.

Высокоэффективные и дорогостоящие нуклеирующие агенты, такие как фосфатные эфиры и соли бициклогептана, обеспечивают лучшие физические свойства и некоторое улучшение прозрачности.

Растворимые нуклеирующие агенты

Растворимые нуклеирующие агенты, которые также называют «чувствительными к плавлению», обычно имеют низкую температуру плавления и растворяются в расплавленном полипропилене.

По мере охлаждения расплава полимера в форме эти центры зарождения кристаллов первыми кристаллизуются, образуя мелкодисперсную сетчатую структуру с чрезвычайно большой площадью поверхности.

По мере дальнейшего понижения температуры фибриллы, составляющие эту сеть, функционируют как ядра, инициирующие кристаллизацию полимера.

Чрезвычайно высокая концентрация ядер приводит к образованию очень мелких кристаллических агрегатов полипропилена, что обеспечивает минимальный уровень рассеяния света и наилучшую прозрачность.

Все осветлители являются центрами зарождения кристаллов, но не все центры зарождения кристаллов являются хорошими осветлителями.

Некоторые распространенные центры зарождения кристаллов, такие как бензоат натрия и тальк, не уменьшают размер сферолитов в достаточной степени для получения детали с низкой мутностью и высокой прозрачностью. Наилучшая прозрачность обычно достигается при использовании растворимых центров зарождения кристаллов.

К растворимым органическим соединениям, выступающим в качестве осветлителей, относятся сорбиты, нонотолы и тризамиды.

Хотя эти нуклеирующие агенты в основном используются для достижения высокой прозрачности и низкой мутности, они также улучшают физические свойства и сокращают время цикла.

Форма частиц и соотношение сторон

Частицы-ядерщики игольчатой ​​формы (например, ADK STAB NA-11) могут приводить к различным значениям усадки в направлении обработки и в поперечном направлении. Эта анизотропия усадки может привести к деформации готовой детали. Частицы-ядерщики с плоской геометрией обеспечивают более равномерную усадку в обоих направлениях, что приводит к меньшей деформации.

Размер частиц и распределение частиц по размерам

Меньший размер частиц приводит к улучшению нуклеации, но более мелкие частицы также могут быть труднее диспергировать. Некоторые частицы-нуклеаторы, такие как бензоат натрия, склонны к повторной агломерации.

Использован поглотитель кислоты

Некоторые поглотители кислот, такие как соли жирных кислот (например, стеарат кальция), могут проявлять антагонистическое действие по отношению к определенным нуклеантам, таким как фосфатные эфиры и бензоат натрия. Дигидротальцит следует использовать с этими нуклеантами.

Никогда не используйте стеарат кальция вместе с бензоатом натрия, поскольку стеарат кальция полностью подавит нуклеацию бензоата натрия.

Степень дисперсии и наличие недисперсных агломератов

Бензоат натрия часто образует агломераты и с трудом поддается правильному диспергированию.

Температура плавления

Для достижения наилучшей прозрачности сорбитолам требуются более высокие температуры плавления, поскольку они должны полностью раствориться в расплаве полимера.

Синергия и антагонизм между нуклеантами и другими добавками.

Кислотные поглотители могут оказывать синергическое или антагонистическое действие. Соли жирных кислот отрицательно влияют на модуль упругости полипропилена, образованного нуклеацией фосфатных эфиров.

Выберите правую сторонуНуклеантыи осветлители для полипропилена.

Прежде чем выбирать подходящий нуклеирующий или осветляющий агент для применения в полипропилене, определите, какое именно улучшение свойств вас больше всего интересует:

а. Если важны низкая мутность и высокая прозрачность, выберите один из растворимых осветлителей.

б. При более низких требованиях к четкости изображения,фосфатные эфирыможно использовать.

c. Если высокий модуль упругости имеет первостепенное значение, выберите один из фосфатных эфиров.

d. Если низкая стоимость имеет первостепенное значение, выбирайте бензоат натрия.

e. Если для вас наиболее важны низкая деформация и низкая чувствительность к пигментам, то выбирайте бициклогептановую соль.

Также крайне важно определить способ включения зародышеобразователя в полипропиленовую смолу. Всегда проводите соответствующие испытания, чтобы убедиться в достижении хорошей дисперсии и образования зародышей.

Проведите ДСК-анализ нуклеированной полипропиленовой смолы. Улучшение времени цикла, как правило, коррелирует с повышением температуры кристаллизации (Tc). Проверьте свойства отформованного образца.

Если вас интересует информация о продуктах, связанных с нуклеирующими агентами, пожалуйста, обращайтесь.связаться с намив любое время.