Polipropilen je zaradi svoje odlične kombinacije lastnosti pogosto uporabljen polimer v različnih aplikacijah. Njegove lastnosti, kot so fizikalne, mehanske in optične, je mogoče dodatno izboljšati z ustrezno uporabo nukleacijskih sredstev in bistrilnih sredstev. Ti dodatki pomagajo pri kristalizaciji PP med predelavo in s tem izboljšajo že pridobljene lastnosti.

Razumeti morate, kako uporabljati nukleacijske in bistreče snovi ter pridobiti nasvete za izbiro, s katerimi boste učinkovito povečali proizvodno hitrost, spremenili strukturo in morfologijo ter zmanjšali motnost v svojih polipropilenskih formulacijah.

I. Vloga nukleacijskih čistilnih sredstev v PP

Kristaličnost polkristalnih polimerov je odgovorna za številne lastnosti, kot so dimenzijska stabilnost, prozornost in žilavost.

Pri določenem delu in postopku kristaliničnost nadzirajo struktura polimera, formulacija in pogoji obdelave, ki povzročijo specifično ravnovesje med kopičenjem toplote in hlajenjem. Posledično je kristaliničnost pogosto heterogena, pri čemer se toplotna zgodovina razlikuje za površinsko plast in jedro delov ali izdelkov.

Nukleacijska sredstva in čistila pospešijo in uravnavajo kristalizacijo, kar omogoča prilagoditev končnih lastnosti polkristaliničnih polimerov funkcionalnim zahtevam.

· V polipropilenskih formulacijah dodajanje nukleacijskih sredstev (imenovanih tudi nukleatorji) izboljša delovanje in predelovalne lastnosti, kot so:

· Izboljšana jasnost in zmanjšana meglica

· Izboljšana trdnost in togost

· Izboljšana temperatura toplotne deformacije (HDT)

· Skrajšan čas cikla

· Zmanjšano upogibanje in bolj enakomerno krčenje

· Zmanjšana občutljivost pigmentov glede sprememb lastnosti z različnimi barvami

· Izboljšana predelava v določenih aplikacijah

Nukleacija je torej učinkovit način za izboljšanje fizikalnih, mehanskih in optičnih lastnosti polipropilena. S skrbno izbiro nukleatorjev ali čistilnikov je mogoče izboljšati bistrost, dimenzijsko stabilnost, upogibanje, krčenje, CLTE, HDT, mehanske lastnosti in učinek pregrade.

II. Polipropilen in njegova kristalnost

Polipropilen je široko uporabljen kristaliničen polimer, ki se uporablja za industrijo in je narejen s polimerizacijo propenskega monomera. Po polimerizaciji lahko PP tvori tri osnovne verižne strukture (ataktično, izotaktično in sindiotaktično), odvisno od položaja metilnih skupin. Kristaliničnost polimera je značilna po:

· Oblike in velikosti kristalitov

· Razmerja kristaliničnosti in sčasoma

· Orientacija kristalitov

Izotaktični polipropilen (iPP) je polkristalni polimer. Odlikuje ga odlično razmerje med ceno in zmogljivostjo, zaradi česar je zelo privlačen v širokem spektru aplikacij, kot so avtomobilska industrija, gospodinjski aparati, cevovodi, embalaža itd.

Indeks izotaktičnosti iPP je neposredno povezan s stopnjo kristaliničnosti, ki ima velik vpliv na delovanje polimera. Izotaktičnost poveča kinetiko kristalizacije, upogibni modul, trdoto in prosojnost ter zmanjša udarno odpornost in prepustnost.

Spodnja tabela primerja lastnosti dveh homopolimerov polipropilena z različnim indeksom izotaktičnosti.

III. Kristalizacija polipropilena
Glede na pogoje lahko izotaktični polipropilen kristalizira v štiri različne faze, označene kot α, β, γ in mezomorfni smektik. Fazi α in β sta najpomembnejši.

α faza

1. Ta faza je bolj stabilna in dobro znana.

2. Ti kristali pripadajo monokliničnemu kristalnemu sistemu.

β faza

1. Ta faza je metastabilna, njeni kristali pa spadajo v psevdoheksagonalni kristalni sistem.

2. Faza Β obstaja predvsem v blokovno kopolimeriziranem polipropilenu in jo je mogoče ustvariti z dodajanjem specifičnih nukleacijskih sredstev.

3. To kristalno obliko sta odkrila Padden in Keith leta 1953; lahko jo spodbudimo s kristalizacijo med 130 °C in 132 °C, z visoko strižno orientacijo ali z dodatkom specifičnih nukleacijskih sredstev.

4. Prisotnost β faze v polipropilenskih homopolimerih običajno izboljša duktilnost končnega izdelka, učinek pa je najpomembnejši, ko vsebnost β faze doseže 65 %.

γ faza

1. Ta faza je tudi metastabilna, s trikliničnimi kristali.

2. Ta kristalna oblika je redka; pojavlja se predvsem v polipropilenu z nizko molekulsko maso in nastane s kristalizacijo pod izjemno visokim tlakom in izjemno nizkimi hitrostmi ohlajanja.

Ⅳ. Nukleacijski proces v polipropilenu

Dobro je znano, da so začetna točka kristalizacije polimerov majhni kalčki (majhni delci), ki so naravno vključeni v ostanke katalizatorja, nečistoče, prah itd. Kristalno morfologijo je nato mogoče spreminjati in nadzorovati z dodajanjem "umetnih" kalčkov, vnesenih v talino polimera. Ta operacija se imenuje nukleacija.

Uporabljajo se nukleatorji ali nukleacijski agensi, ki zagotavljajo mesta za iniciacijo kristalov.

Čistilniki so poddružina nukleatorjev, ki zagotavljajo manjše kristalite, ki sipajo manj svetlobe in posledično izboljšajo prozornost pri enaki debelini stene dela.

Vloga teh nukleacijskih sredstev je izboljšanje fizikalnih in mehanskih lastnosti končnih delov.

Ⅴ. Nukleatorji in čistilniki: bogat nabor dodatkov

Nukleacijski agensi za delce

Nukleacijski agensi/nukleanti v obliki delcev so običajno spojine z visokim tališčem, ki se dispergirajo v polimerni talini s pomočjo mešanja. Ti delci delujejo kot izrazita "točkovna jedra", na katerih se lahko začne rast polimernih kristalov.

Visoka koncentracija jeder vodi do hitrejše kristalizacije (krajši časi cikla) ​​in višje stopnje kristaliničnosti, kar izboljša trdnost, togost in HDT (hitrostni prenos toplote) PP.

Majhna velikost kristalnih agregatov (sferulitov) vodi do zmanjšanega sipanja svetlobe in izboljšane jasnosti.

Pogosto uporabljena sredstva za nukleacijo delcev vključujejo soli in minerale, kot so smukec, natrijev benzoat, fosfatni estri in druge organske soli.

Talk in natrijev benzoat veljata za nizko zmogljiva in poceni nukleanta, ki zagotavljata zmerno izboljšanje trdnosti, togosti, HDT in časa cikla.

Visokozmogljivi in ​​dragi nukleanti, kot so fosfatni estri in bicikloheptanske soli, zagotavljajo boljše fizikalne lastnosti in nekoliko izboljšajo bistrost.

Topni nukleacijski agensi

Topni nukleacijski agenti, ki jim pravimo tudi "talilno občutljivi", imajo običajno nizka tališča in se raztopijo v staljenem PP.

Ko se polimerna talina ohladi v kalupu, se ti nukleanti najprej izkristalizirajo in tvorijo fino porazdeljeno mrežo z izjemno veliko površino.

Ko temperatura še naprej pada, fibrile, ki sestavljajo to mrežo, delujejo kot jedra, ki sprožijo kristalizacijo polimera.

Izjemno visoka koncentracija jeder vodi do zelo majhnih agregatov kristalov PP, ki zagotavljajo najnižjo stopnjo sipanja svetlobe in najboljšo jasnost.

Vsi čistilniki so nukleanti, vendar niso vsi nukleanti dobri čistilniki.

Nekateri običajni nukleanti, kot sta natrijev benzoat in smukec, ne zmanjšajo velikosti sferulitov za dovolj, da bi dobili nizko motnost in visoko prozornost oblikovanega dela. Najboljša prozornost se običajno doseže z uporabo topnih nukleantov.

Topne organske spojine, ki delujejo kot čistila, vključujejo sorbitole, nonotole in trizamide.

Čeprav se ti nukleanti uporabljajo predvsem za doseganje visoke prozornosti in nizke meglice, izboljšajo tudi fizikalne lastnosti in skrajšajo čas cikla.

Oblika delcev in razmerje stranic

Nuklearni delci z igličastimi oblikami (kot je ADK STAB NA-11) lahko povzročijo različne vrednosti krčenja v strojni in prečni smeri. Ta anizotropija krčenja lahko povzroči upogibanje končnega dela. Nuklearni delci z ravnejšo geometrijo lahko povzročijo bolj enakomerno krčenje v obeh smereh, kar vodi do manjšega upogibanja.

Velikost delcev in porazdelitev velikosti delcev

Manjša velikost delcev vodi do boljše nukleacije, vendar je manjše delce lahko tudi težje dispergirati. Nekateri delci nukleantov, kot je natrijev benzoat, se nagibajo k ponovni aglomeraciji.

Uporabljen lovilec kislin

Nekateri lovilci kislin, kot so soli maščobnih kislin (npr. kalcijev stearat), so lahko antagonistični do nekaterih nukleantov, kot so fosfatni estri in natrijev benzoat. Dihidrotalcit je treba uporabljati s temi nukleanti.

Nikoli ne uporabljajte kalcijevega stearata z natrijevim benzoatom, saj bo kalcijev stearat popolnoma preprečil nukleacijo natrijevega benzoata.

Stopnja disperzije in prisotnost nedispergiranih aglomeratov

Natrijev benzoat pogosto tvori aglomerate in ga je težko pravilno dispergirati.

Temperatura taljenja

Sorbitoli zahtevajo višje temperature taljenja, da dosežejo najboljšo bistrost, saj se morajo popolnoma raztopiti v polimerni talini.

Sinergije in antagonizmi med nukleanti in drugimi dodatki

Lovilci kislin so lahko sinergistični ali antagonistični. Soli maščobnih kislin negativno vplivajo na modul polipropilena z nukleiranim fosfatnim estrom.

Izberite desnoNukleantiin čistilniki za PP

Preden izberete primerno nukleacijsko ali bistrilno sredstvo za vašo uporabo PP, določite, katero izboljšanje lastnosti vas najbolj zanima:

a.Če sta pomembna nizka meglica in visoka bistrost, potem izberite eno od topnih čistil.

b. Za nižje zahteve glede jasnosti,fosfatni estrise lahko uporablja.

c. Če je visok modul najpomembnejši, potem izberite enega od fosfatnih estrov.

d. Če so vam nizki stroški najpomembnejši, potem izberite natrijev benzoat.

Če sta najpomembnejša nizka deformacija in nizka občutljivost pigmenta, potem izberite bicikloheptan sol.

Prav tako je nujno odločiti, kako bo nukleant vgrajen v PP smolo. Vedno izvedite ustrezne teste, da zagotovite dobro disperzijo in nukleacijo.

Izvedite DSC na nukleirani PP smoli. Izboljšanje časa cikla je običajno povezano s povečanjem temperature kristalizacije (Tc). Preizkusite lastnosti oblikovanega vzorca.

Če želite povprašati o izdelkih, povezanih z nukleacijskimi sredstvi, nas prosim kontaktirajte.kontaktirajte naskadarkoli.