Polypropylen är en flitigt använd polymer som används i en mängd olika tillämpningar tack vare sin utmärkta kombination av egenskaper. Dess egenskaper, såsom fysikaliska, mekaniska och optiska, kan ytterligare förbättras med lämplig användning av kärnbildningsmedel och klarningsmedel. Dessa tillsatser hjälper till vid kristalliseringen av PP under bearbetningen, vilket förstärker de redan förvärvade egenskaperna.

Förstå hur man använder kärnbildningsmedel och klarningsmedel samt få urvalstips för att effektivt öka produktionshastigheten, modifiera struktur och morfologi samt minska dis i dina polypropenformuleringar.

I. Rollen av kärnbildande klarningsmedel i PP

Kristalliniteten hos halvkristallina polymerer är ansvarig för många av egenskaperna, såsom dimensionsstabilitet, klarhet och seghet.

För en definierad del och process styrs kristalliniteten av polymerstrukturen, formuleringen och processförhållandena, vilket resulterar i en specifik balans mellan värmeuppbyggnad och kylning. Följaktligen är kristalliniteten ofta heterogen, där värmeförloppet är olika för ytan och kärnan i delarna eller varorna.

Kärnbildningsmedel och klarningsmedel påskyndar och finjusterar kristallisationen, vilket gör det möjligt att justera slutegenskaperna hos semikristallina polymerer till de funktionella kraven.

·I polypropenformuleringar resulterar tillsats av kärnbildande medel (även kallade kärnbildare) i förbättrade prestanda och bearbetningsegenskaper, såsom:

· Förbättrad klarhet och minskad dis

· Förbättrad styrka och styvhet

· Förbättrad värmeavböjningstemperatur (HDT)

· Minskad cykeltid

· Minskad skevhet och jämnare krympning

· Minskad pigmentkänslighet avseende egenskapsförändringar med olika färger

·Förbättrad bearbetbarhet i vissa tillämpningar

Således är kärnbildning ett kraftfullt sätt att förbättra de fysikaliska, mekaniska och optiska egenskaperna hos polypropen. Klarhet, dimensionsstabilitet, skevhet, krympning, CLTE, HDT, mekaniska egenskaper och barriäreffekt kan förbättras genom noggrant val av kärnbildare eller klarningsmedel.

II. Polypropylen och dess kristallinitet

Polypropylen är en allmänt använd kristallin handelspolymer som framställs genom polymerisation av propenmonomer. Vid polymerisation kan PP bilda tre grundläggande kedjestrukturer (ataktisk, isotaktisk, syndiotaktisk) beroende på metylgruppernas position. Polymerens kristallinitet kännetecknas av:

·Kristalliternas former och storlekar

·Kristallinitetsförhållandena, och så småningom

· Kristalliternas orientering

Isotaktisk polypropen (iPP) är en halvkristallin polymer. Den kännetecknas av ett utmärkt kostnads-prestandaförhållande, vilket gör den mycket attraktiv inom en mängd olika tillämpningar, som fordonsindustrin, apparater, rörledningar, förpackningar etc.

Isotakticitetsindex för iPP är direkt kopplat till graden av kristallinitet, vilket har en stor inverkan på polymerens prestanda. Isotakticitet ökar kristallisationskinetiken, böjmodulen, hårdheten och transparensen, och minskar slaghållfastheten och permeabiliteten.

Tabellen nedan jämför egenskaperna hos två polypropenhomopolymerer med olika isotakticitetsindex.

III. Kristallisation av polypropen
Beroende på förhållandena kan isotaktisk polypropen kristallisera i fyra olika faser betecknade α, β, γ och mesomorf smektisk fas. α- och β-faserna är de viktigaste.

α-fas

1. Denna fas är mer stabil och välkänd.

2. Dessa kristaller tillhör det monokliniska kristallsystemet.

β-fas

1. Denna fas är metastabil, och dess kristaller tillhör det pseudo-hexagonala kristallsystemet.

2. β-fasen förekommer huvudsakligen i blocksampolymeriserad polypropen och kan genereras genom att tillsätta specifika kärnbildningsmedel.

3. Denna kristallform upptäcktes av Padden och Keith år 1953; den kan främjas genom kristallisation mellan 130 °C och 132 °C, högskjuvningsorientering eller tillsats av specifika kärnbildningsmedel.

4. Närvaron av β-fasen i polypropenhomopolymerer förbättrar vanligtvis den färdiga produktens duktilitet, och effekten är som mest betydande när β-fashalten når 65 %.

γ-fas

1. Denna fas är också metastabil, med trikliniska kristaller.

2. Denna kristallform är ovanlig; den förekommer huvudsakligen i polypropen med låg molekylvikt och bildas genom kristallisation under extremt högt tryck och extremt låga kylningshastigheter.

Ⅳ. Kärnbildningsprocess i polypropen

Det är välkänt att startpunkten för kristallisation av polymerer är små groddar (små partiklar) som naturligt ingår i smältliknande katalysatorrester, föroreningar, damm etc. Det är sedan möjligt att modifiera och kontrollera den kristallina morfologin genom tillsats av "artificiella" groddar som introduceras i polymersmältan. Denna operation kallas kärnbildning.

Kärnbildare eller kärnbildningsmedel används som tillhandahåller platser för initiering av kristaller.

Klargörare är en underfamilj av kärnbildare som ger mindre kristalliter som sprider mindre ljus och som ett resultat förbättrar klarheten för samma väggtjocklek hos en del.

Dessa kärnbildningsmedels roll är att förbättra de fysikaliska och mekaniska egenskaperna hos färdiga delar.

Ⅴ. Kärnbildare och klarningsmedel: En omfattande uppsättning tillsatser

Partikelformiga kärnbildande medel

Partikelformiga kärnbildare/nukleanter är vanligtvis högsmältande föreningar som dispergeras i polymersmältan via blandning. Dessa partiklar fungerar som distinkta "punktkärnor" på vilka polymerkristalltillväxt kan påbörjas.

Den höga koncentrationen av kärnor leder till snabbare kristallisation (kortare cykeltider) och högre nivåer av kristallinitet, vilket förbättrar PP:s styrka, styvhet och HDT.

Kristallaggregatens (sfäroliternas) lilla storlek leder till minskad ljusspridning och förbättrad klarhet.

De vanligt förekommande partikelformiga kärnbildningsmedlen innefattar salter och mineraler, såsom talk, natriumbensoat, fosfatestrar och andra organiska salter.

Talk och natriumbensoat anses vara lågpresterande, billiga kärnbildare och ger en blygsam förbättring av styrka, styvhet, HDT och cykeltid.

De högpresterande, dyra nukleanterna, såsom fosfatestrar och bicykloheptansalter, ger bättre fysikaliska egenskaper och en viss förbättring av klarheten.

Lösliga kärnbildande medel

Lösliga kärnbildningsmedel, som även kallas "smältkänsliga", har vanligtvis låga smältpunkter och löses upp i den smälta PP-plasten.

När polymersmältan svalnar i formen kristalliserar dessa kärnbildningsmedel först ut och bildar ett fint fördelat nätverk med extremt hög ytarea.

Allt eftersom temperaturen fortsätter att sjunka fungerar fibrillerna som ingår i detta nätverk som kärnor för att initiera polymerkristallisationen.

Den extremt höga koncentrationen av kärnor leder till mycket små PP-kristallaggregat, vilket ger den lägsta nivån av ljusspridning och den bästa klarheten.

Alla klarningsmedel är kärnbildare, men inte alla kärnbildare är bra klarningsmedel.

Vissa vanliga nukleanter, såsom natriumbensoat och talk, minskar inte sfäroliternas storlek tillräckligt för att ge en formad del med låg dis och hög klarhet. Den bästa klarheten uppnås generellt när lösliga nukleanter används.

Lösliga organiska föreningar som fungerar som klarningsmedel inkluderar sorbitoler, nonotoler och trisamider.

Även om dessa kärnämnen huvudsakligen används för att uppnå hög klarhet och låg dis, förbättrar de också de fysikaliska egenskaperna och minskar cykeltiden.

Partikelform och bildförhållande

Kärnpartiklar med nålliknande former (som ADK STAB NA-11) kan leda till olika krympningsvärden i maskin- och tvärriktningen. Denna krympningsanisotropi kan leda till skevhet i den färdiga detaljen. Kärnpartiklar med en planare geometri kan ge en mer enhetlig krympning i de två riktningarna vilket leder till mindre skevhet.

Partikelstorlek och partikelstorleksfördelning

Mindre partikelstorlek leder till förbättrad kärnbildning, men mindre partiklar kan också vara svårare att dispergera. Vissa kärnbildande partiklar, såsom natriumbensoat, tenderar att agglomerera igen.

Syraavfångare som används

Vissa syraavfångare, såsom fettsyrasalter (t.ex. kalciumstearat), kan vara antagonistiska mot vissa nukleanter, såsom fosfatestrar och natriumbensoat. Dihydrotalcit bör användas tillsammans med dessa nukleanter.

Använd aldrig kalciumstearat tillsammans med natriumbensoat eftersom kalciumstearatet helt omöjliggör kärnbildningen av natriumbensoatet.

Dispersionsgrad och närvaro av odispergerade agglomerat

Natriumbensoat bildar ofta agglomerat och är svårt att dispergera ordentligt.

Smälttemperatur

Sorbitoler kräver högre smälttemperaturer för att ge bästa klarhet, eftersom de måste lösas upp helt i polymersmältan.

Synergier och antagonismer mellan nukleanter och andra tillsatser

Syrafångare kan vara synergistiska eller antagonistiska. Fettsyrasalter påverkar negativt modulen hos fosfatesterkärnad PP.

Välj rättKärnämnenoch klarningsmedel för PP

Innan du väljer lämpligt kärnbildnings- eller klarningsmedel för din PP-applikation, bestäm vilken egenskapsförbättring du är mest intresserad av:

a. Om låg dis och hög klarhet är viktigt, välj då ett av de lösliga klarningsmedlen.

b. För lägre krav på tydlighet,fosfatestrarkan användas.

c. Om hög modul är av största vikt, välj då en av fosfatestrarna.

d. Om låg kostnad är av störst betydelse, välj då natriumbensoat.

e. Om låg skevhet och låg pigmentkänslighet är av störst betydelse, välj då bicykloheptansaltet.

Det är också absolut nödvändigt att bestämma hur kärnbildningsmedlet ska införlivas i PP-hartset. Kör alltid lämpliga tester för att säkerställa att god dispersion och kärnbildning har uppnåtts.

Kör DSC på det kärnbildade PP-hartset. Förbättringar i cykeltid korrelerar generellt med ökningar i kristallisationstemperaturen (Tc). Testegenskaper hos gjuten prov.

Om du vill fråga om produkter relaterade till kärnbildande ämnen, tveka inte attkontakta ossnär som helst.