Polypropylén je široko používaný polymér používaný v rôznych aplikáciách vďaka svojej vynikajúcej kombinácii vlastností. Jeho vlastnosti, ako sú fyzikálne, mechanické a optické, je možné ďalej zlepšiť vhodným použitím nukleačných činidiel a číriacimi činidlami. Tieto prísady pomáhajú pri kryštalizácii PP počas spracovania, čím sa zlepšujú už získané vlastnosti.

Pochopte, ako používať nukleačné činidlá a číriace činidlá, a získajte tipy na výber, aby ste efektívne zvýšili rýchlosť výroby, upravili štruktúru a morfológiu a znížili zákal vo vašich polypropylénových receptúrach.

I. Úloha nukleačných číriacich činidiel v PP

Kryštalinita semikryštalických polymérov je zodpovedná za mnohé z ich vlastností, ako je rozmerová stabilita, čírosť a húževnatosť.

Pre definovaný diel a proces je kryštalinita riadená štruktúrou polyméru, zložením a podmienkami spracovania, ktoré vedú k špecifickej rovnováhe medzi hromadením tepla a chladením. V dôsledku toho je kryštalinita často heterogénna, pričom tepelná história je odlišná pre povrch a jadro dielov alebo výrobkov.

Nukleačné činidlá a číriace činidlá urýchľujú a ladia kryštalizáciu, čo umožňuje prispôsobiť konečné vlastnosti polokryštalických polymérov funkčným požiadavkám.

·V polypropylénových formuláciách vedie pridanie nukleačných činidiel (nazývaných aj nukleátory) k zlepšeniu výkonu a spracovateľských vlastností, ako napríklad:

· Zlepšená priehľadnosť a znížený zákal

· Zlepšená pevnosť a tuhosť

· Zlepšená teplota tepelnej deformácie (HDT)

· Skrátený čas cyklu

· Znížené deformovanie a rovnomernejšie zmršťovanie

· Znížená citlivosť pigmentov na zmeny vlastností pri rôznych farbách

·Zlepšená spracovateľnosť v určitých aplikáciách

Nukleácia je teda účinným spôsobom, ako zlepšiť fyzikálne, mechanické a optické vlastnosti polypropylénu. Čírosť, rozmerová stabilita, deformácia, zmršťovanie, CLTE, HDT, mechanické vlastnosti a bariérový efekt sa dajú zlepšiť starostlivým výberom nukleátorov alebo číridiel.

II. Polypropylén a jeho kryštalinita

Polypropylén je široko používaný kryštalický, komerčný polymér vyrobený polymerizáciou propénového monoméru. Po polymerizácii môže PP tvoriť tri základné reťazcové štruktúry (ataktickú, izotaktickú, syndiotaktickú) v závislosti od polohy metylových skupín. Kryštalinita polyméru je charakterizovaná:

· Tvary a veľkosti kryštalitov

· Pomery kryštalinity a nakoniec

·Orientácia kryštalitov

Izotaktický polypropylén (iPP) je semikryštalický polymér. Vyznačuje sa vynikajúcim pomerom ceny a výkonu, vďaka čomu je veľmi atraktívny v širokej škále aplikácií, ako je automobilový priemysel, spotrebiče, potrubia, obaly atď.

Index izotakticity iPP priamo súvisí so stupňom kryštalinity, čo má hlavný vplyv na vlastnosti polyméru. Izotakticita zvyšuje kinetiku kryštalizácie, modul pružnosti v ohybe, tvrdosť a priehľadnosť a znižuje odolnosť voči nárazu a priepustnosť.

V tabuľke nižšie sú porovnané vlastnosti dvoch homopolymérov polypropylénu s rôznym indexom izotakticity.

III. Kryštalizácia polypropylénu
V závislosti od podmienok môže izotaktický polypropylén kryštalizovať do štyroch rôznych fáz označených ako α, β, γ a mezomorfný smektik. Fázy α a β sú najdôležitejšie.

α fáza

1. Táto fáza je stabilnejšia a známejšia.

2. Tieto kryštály patria do monoklinickej kryštálovej sústavy.

β fáza

1. Táto fáza je metastabilná a jej kryštály patria do pseudohexagonálnej kryštálovej sústavy.

2. Fáza β existuje hlavne v blokovo kopolymerizovanom polypropyléne a môže byť vytvorená pridaním špecifických nukleačných činidiel.

3. Túto kryštalickú formu objavili Padden a Keith v roku 1953; možno ju podporiť kryštalizáciou medzi 130 °C a 132 °C, orientáciou pri vysokom strihovom namáhaní alebo pridaním špecifických nukleačných činidiel.

4. Prítomnosť β fázy v polypropylénových homopolyméroch zvyčajne zlepšuje ťažnosť hotového výrobku a účinok je najvýznamnejší, keď obsah β fázy dosiahne 65 %.

γ fáza

1. Táto fáza je tiež metastabilná s triklinickými kryštálmi.

2. Táto kryštalická forma je neobvyklá; vyskytuje sa hlavne v polypropyléne s nízkou molekulovou hmotnosťou a vzniká kryštalizáciou za extrémne vysokého tlaku a extrémne nízkych rýchlostí ochladzovania.

Ⅳ. Nukleačný proces v polypropyléne

Je všeobecne známe, že počiatočným bodom kryštalizácie polymérov sú malé zárodky (malé častice) prirodzene obsiahnuté v tavenine podobných zvyškoch katalyzátora, nečistotách, prachu atď. Kryštalickú morfológiu je potom možné modifikovať a kontrolovať pridaním „umelých“ zárodkov zavedených do taveniny polyméru. Táto operácia sa nazýva nukleácia.

Používajú sa nukleátory alebo nukleačné činidlá, ktoré poskytujú miesta pre iniciáciu kryštálov.

Čistiace činidlá sú podrodinou nukleátorov, ktoré poskytujú menšie kryštality, ktoré rozptyľujú menej svetla a v dôsledku toho zvyšujú čírosť pri rovnakej hrúbke steny dielu.

Úlohou týchto nukleačných činidiel je zlepšiť fyzikálne a mechanické vlastnosti hotových dielov.

Ⅴ. Nukleátory a číriace činidlá: Bohatý panel prísad

Časticové nukleačné činidlá

Časticové nukleačné činidlá/nukleanty sú typicky zlúčeniny s vysokou teplotou topenia, ktoré sú dispergované v polymérnej tavenine prostredníctvom zmiešavania. Tieto častice pôsobia ako zreteľné „bodové jadrá“, na ktorých môže začať rast polymérnych kryštálov.

Vysoká koncentrácia jadier vedie k rýchlejšej kryštalizácii (kratšie časy cyklov) a vyšším úrovniam kryštalinity, čo zlepšuje pevnosť, tuhosť a HDT (pevnostnú vrstvu polypropylénu).

Malá veľkosť kryštálových agregátov (sferolitov) vedie k zníženému rozptylu svetla a zlepšenej jasnosti.

Medzi bežne používané časticové nukleačné činidlá patria soli a minerály, ako je mastenec, benzoan sodný, fosfátové estery a iné organické soli.

Mastenec a benzoan sodný sa považujú za nízkoúčinné, lacné nukleanty a poskytujú mierne zlepšenie pevnosti, tuhosti, HDT a času cyklu.

Vysokoúčinné a drahé nukleanty, ako sú fosfátové estery a bicykloheptánové soli, poskytujú lepšie fyzikálne vlastnosti a určité zlepšenie čírosti.

Rozpustné nukleačné činidlá

Rozpustné nukleačné činidlá, ktoré sa tiež označujú ako „citlivé na taveninu“, majú zvyčajne nízke teploty topenia a rozpúšťajú sa v roztavenom PP.

Keď sa polymérna tavenina ochladzuje vo forme, tieto nukleanty najskôr kryštalizujú a vytvárajú jemne rozptýlenú sieť s extrémne vysokým povrchom.

Ako teplota ďalej klesá, fibrily tvoriace túto sieť fungujú ako jadrá na iniciovanie kryštalizácie polyméru.

Extrémne vysoká koncentrácia jadier vedie k veľmi malým agregátom kryštálov PP, ktoré poskytujú najnižšiu úroveň rozptylu svetla a najlepšiu jasnosť.

Všetky číriace činidlá sú nukleanty, ale nie všetky nukleanty sú dobré číriace činidlá.

Niektoré bežné nukleačné činidlá, ako napríklad benzoan sodný a mastenec, neznižujú veľkosť sférolitov dostatočne na to, aby sa dosiahol nízky zákal a vysoká čírosť výlisku. Najlepšia čírosť sa vo všeobecnosti dosiahne pri použití rozpustných nukleačných činidiel.

Medzi rozpustné organické zlúčeniny, ktoré pôsobia ako číriace činidlá, patria sorbitoly, nonotoly a trisamidy.

Hoci sa tieto nukleanty používajú hlavne na dosiahnutie vysokej čírosti a nízkeho zákalu, zlepšujú aj fyzikálne vlastnosti a skracujú čas cyklu.

Tvar častíc a pomer strán

Častice nukleantov s ihličkovitými tvarmi (ako ADK STAB NA-11) môžu viesť k rôznym hodnotám zmršťovania v smere stroja a priečnom smere. Táto anizotropia zmršťovania môže viesť k deformácii v konečnom diele. Častice nukleantov s rovinnou geometriou môžu poskytnúť rovnomernejšie zmršťovanie v oboch smeroch, čo vedie k menšej deformácii.

Veľkosť častíc a distribúcia veľkosti častíc

Menšia veľkosť častíc vedie k lepšej nukleácii, ale menšie častice sa tiež ťažšie dispergujú. Niektoré častice nukleantov, ako napríklad benzoan sodný, majú tendenciu sa opätovne zhlukovať.

Použitý lapač kyselín

Niektoré lapače kyselín, ako sú soli mastných kyselín (napr. stearát vápenatý), môžu pôsobiť antagonisticky voči určitým nukleantom, ako sú fosfátové estery a benzoan sodný. S týmito nukleantmi by sa mal používať dihydrotalcit.

Nikdy nepoužívajte stearát vápenatý s benzoátom sodným, pretože stearát vápenatý úplne neutralizuje nukleáciu benzoátu sodného.

Stupeň disperzie a prítomnosť nedispergovaných aglomerátov

Benzoan sodný často tvorí aglomeráty a je ťažké ho správne dispergovať.

Teplota topenia

Sorbitoly vyžadujú vyššie teploty topenia, aby dosiahli najlepšiu čírosť, pretože sa musia úplne rozpustiť v tavenine polyméru.

Synergie a antagonizmy medzi nukleantmi a inými prísadami

Lapače kyselín môžu byť synergické alebo antagonistické. Soli mastných kyselín nepriaznivo ovplyvňujú modul PP s nukleovaným fosfátovým esterom.

Vyberte si to správneNukleantya číriace filtre pre PP

Pred výberom vhodného nukleačného alebo číriaceho činidla pre vašu aplikáciu PP si určite, o ktoré zlepšenie vlastností máte najväčší záujem:

a.Ak je dôležitý nízky zákal a vysoká čírosť, vyberte si jeden z rozpustných číriacich prostriedkov.

b.Pre nižšie požiadavky na jasnosťfosfátové esterymožno použiť.

c. Ak je vysoký modul najdôležitejší, vyberte jeden z fosfátových esterov.

d. Ak sú najdôležitejšie nízke náklady, zvoľte benzoan sodný.

Ak je najdôležitejšia nízka deformácia a nízka citlivosť na pigmenty, potom zvoľte bicykloheptánovú soľ.

Je tiež nevyhnutné rozhodnúť sa, ako bude nukleant zapracovaný do PP živice. Vždy vykonajte vhodné testy, aby ste sa uistili, že sa dosiahla dobrá disperzia a nukleácia.

Spustite DSC na nukleovanej PP živici. Zlepšenie času cyklu vo všeobecnosti koreluje so zvýšením teploty kryštalizácie (Tc). Otestujte vlastnosti lisovanej vzorky.

Ak sa chcete informovať o produktoch súvisiacich s nukleačnými činidlami, neváhajtekontaktujte náskedykoľvek.