โพลีโพรพีลีนเป็นพอลิเมอร์ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในงานหลากหลายประเภท เนื่องจากมีคุณสมบัติที่ยอดเยี่ยมหลายประการ คุณสมบัติของมัน เช่น คุณสมบัติทางกายภาพ ทางกล และทางแสง สามารถเพิ่มขึ้นได้อีกด้วยการใช้สารเร่งการตกผลึกและสารเพิ่มความใสอย่างเหมาะสม สารเติมแต่งเหล่านี้ช่วยในการตกผลึกของโพลีโพรพีลีนในระหว่างกระบวนการผลิต จึงช่วยเพิ่มคุณสมบัติที่มีอยู่แล้วให้ดียิ่งขึ้น

เรียนรู้วิธีการใช้สารเร่งการตกผลึกและสารเพิ่มความใส รวมถึงเคล็ดลับในการเลือกใช้เพื่อเพิ่มอัตราการผลิต ปรับเปลี่ยนโครงสร้างและรูปร่าง และลดความขุ่นในสูตรโพลีโพรพีลีนของคุณอย่างมีประสิทธิภาพ

I. บทบาทของสารก่อผลึกและสารทำให้ใสในกระบวนการตกตะกอนด้วยความร้อน

ความเป็นผลึกของพอลิเมอร์กึ่งผลึกเป็นสาเหตุของคุณลักษณะหลายประการ เช่น ความคงตัวของขนาด ความใส และความทนทาน

สำหรับชิ้นส่วนและกระบวนการที่กำหนดไว้ ความเป็นผลึกจะถูกควบคุมโดยโครงสร้างของพอลิเมอร์ สูตรผสม และสภาวะการประมวลผล ซึ่งส่งผลให้เกิดสมดุลเฉพาะระหว่างการสะสมความร้อนและการระบายความร้อน ดังนั้น ความเป็นผลึกจึงมักไม่สม่ำเสมอ โดยประวัติความร้อนจะแตกต่างกันระหว่างผิวและแกนกลางของชิ้นส่วนหรือผลิตภัณฑ์

สารเร่งการตกผลึกและสารเพิ่มความใสช่วยเร่งและปรับกระบวนการตกผลึก ทำให้สามารถปรับคุณสมบัติของพอลิเมอร์กึ่งผลึกขั้นสุดท้ายให้ตรงตามข้อกำหนดการใช้งานได้

• ในสูตรผสมโพลีโพรพีลีน การเติมสารเร่งการตกผลึก (หรือเรียกว่าสารก่อผลึก) ส่งผลให้ประสิทธิภาพและคุณสมบัติในการแปรรูปดีขึ้น เช่น:

• ปรับปรุงความคมชัดและลดหมอกควัน

• เพิ่มความแข็งแรงและความทนทาน

• อุณหภูมิการโก่งตัวจากความร้อน (HDT) ที่ได้รับการปรับปรุง

• ลดระยะเวลาดำเนินการ

• ลดการบิดเบี้ยวและหดตัวสม่ำเสมอยิ่งขึ้น

• ลดความไวต่อการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติของเม็ดสีเมื่อเปลี่ยนสี

• ปรับปรุงประสิทธิภาพการประมวลผลในบางแอปพลิเคชัน

ดังนั้น การเกิดนิวเคลียสจึงเป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพในการปรับปรุงคุณสมบัติทางกายภาพ ทางกล และทางแสงของโพลีโพรพีลีน ความใส ความคงตัวของขนาด การบิดเบี้ยว การหดตัว ค่า CLTE ค่า HDT คุณสมบัติทางกล และผลกระทบต่อการกั้น สามารถปรับปรุงได้โดยการเลือกสารก่อนิวเคลียสหรือสารทำให้ใสอย่างระมัดระวัง

II. โพลีโพรพีลีนและโครงสร้างผลึกของมัน

โพลีโพรพีลีนเป็นพอลิเมอร์ผลึกที่ใช้กันอย่างแพร่หลายและเป็นสินค้าโภคภัณฑ์ ผลิตจากการพอลิเมอไรเซชันของโมโนเมอร์โพรพีน เมื่อเกิดพอลิเมอไรเซชัน โพลีโพรพีลีนสามารถสร้างโครงสร้างสายโซ่พื้นฐานได้สามแบบ (อะแทคติก ไอโซแทคติก และซินดิโอแทคติก) ขึ้นอยู่กับตำแหน่งของหมู่เมทิล ความเป็นผลึกของพอลิเมอร์นั้นมีลักษณะดังนี้:

• รูปร่างและขนาดของผลึก

อัตราส่วนของผลึก และในที่สุด

• การจัดเรียงตัวของผลึก

โพลีโพรพีลีนไอโซแทคติก (iPP) เป็นพอลิเมอร์กึ่งผลึก มีคุณสมบัติเด่นคืออัตราส่วนต้นทุนต่อประสิทธิภาพที่ยอดเยี่ยม ทำให้เป็นที่น่าสนใจอย่างมากในการใช้งานหลากหลายประเภท เช่น ยานยนต์ เครื่องใช้ไฟฟ้า ท่อส่ง บรรจุภัณฑ์ เป็นต้น

ดัชนีไอโซแทคติซิตี้ของ iPP มีความสัมพันธ์โดยตรงกับระดับความเป็นผลึก ซึ่งมีผลกระทบอย่างมากต่อประสิทธิภาพของพอลิเมอร์ ไอโซแทคติซิตี้จะเพิ่มอัตราการตกผลึก โมดูลัสการดัดงอ ความแข็ง และความโปร่งใส และลดความต้านทานแรงกระแทกและการซึมผ่าน

ตารางด้านล่างเปรียบเทียบคุณสมบัติของโฮโมโพลิเมอร์โพลีโพรพีลีนสองชนิดที่มีดัชนีไอโซแทคติซิตี้แตกต่างกัน

III. การตกผลึกของโพลีโพรพีลีน
ขึ้นอยู่กับสภาวะ ไอโซแทคติกโพลีโพรพีลีนสามารถตกผลึกได้สี่เฟสที่แตกต่างกัน ได้แก่ α, β, γ และเมโซมอร์ฟิกสเมกติก โดยเฟส α และ β มีความสำคัญที่สุด

เฟสอัลฟา

1. ระยะนี้มีความเสถียรและเป็นที่รู้จักกันดีมากกว่า

2. ผลึกเหล่านี้จัดอยู่ในระบบผลึกแบบโมโนคลินิก

เฟส β

1. เฟสนี้เป็นเฟสกึ่งเสถียร และผลึกของมันจัดอยู่ในระบบผลึกแบบกึ่งหกเหลี่ยม

2. เฟส β ส่วนใหญ่พบในโพลีโพรพีลีนโคพอลิเมอร์แบบบล็อก และสามารถสร้างขึ้นได้โดยการเติมสารก่อผลึกเฉพาะ

3. ผลึกรูปแบบนี้ถูกค้นพบโดยแพดเดนและคีธในปี 1953 สามารถส่งเสริมการตกผลึกได้โดยการตกผลึกที่อุณหภูมิระหว่าง 130°C ถึง 132°C การจัดเรียงตัวด้วยแรงเฉือนสูง หรือการเติมสารเร่งการตกผลึกเฉพาะชนิด

4. การมีอยู่ของเฟส β ในโฮโมโพลิเมอร์ของโพลีโพรพีลีนมักจะช่วยเพิ่มความยืดหยุ่นของผลิตภัณฑ์สำเร็จรูป และจะมีผลมากที่สุดเมื่อปริมาณเฟส β สูงถึง 65%

เฟสแกมมา

1. เฟสนี้ยังมีสถานะกึ่งเสถียร โดยมีผลึกแบบไตรคลินิก

2. ผลึกชนิดนี้พบได้ไม่บ่อยนัก โดยส่วนใหญ่จะพบในโพลีโพรพีลีนที่มีน้ำหนักโมเลกุลต่ำ และเกิดจากการตกผลึกภายใต้ความดันสูงมากและอัตราการเย็นตัวต่ำมาก

Ⅳ. กระบวนการเกิดนิวเคลียสในโพลีโพรพีลีน

เป็นที่ทราบกันดีว่าจุดเริ่มต้นของการตกผลึกของพอลิเมอร์คืออนุภาคขนาดเล็ก (นิวเคลียส) ที่ปะปนอยู่ตามธรรมชาติในสารหลอมเหลว เช่น สารตกค้างจากตัวเร่งปฏิกิริยา สิ่งเจือปน ฝุ่นละออง เป็นต้น จากนั้นจึงสามารถปรับเปลี่ยนและควบคุมรูปร่างของผลึกได้โดยการเติม "นิวเคลียสเทียม" เข้าไปในสารหลอมเหลวของพอลิเมอร์ กระบวนการนี้เรียกว่า การสร้างนิวเคลียส (Nucleation)

สารก่อผลึกหรือสารเริ่มต้นการตกผลึกถูกนำมาใช้เพื่อสร้างจุดเริ่มต้นสำหรับการก่อตัวของผลึก

สารเพิ่มความใสเป็นกลุ่มย่อยของสารก่อผลึกที่สร้างผลึกขนาดเล็กกว่า ซึ่งกระจายแสงน้อยกว่า และส่งผลให้เพิ่มความใสให้กับชิ้นส่วนที่มีความหนาของผนังเท่าเดิม

บทบาทของสารเร่งการตกผลึกเหล่านี้คือการปรับปรุงคุณสมบัติทางกายภาพและเชิงกลของชิ้นส่วนสำเร็จรูป

Ⅴ. สารก่อผลึกและสารทำให้ใส: สารเติมแต่งหลากหลายชนิด

สารก่อผลึกอนุภาค

สารก่อผลึกแบบอนุภาคโดยทั่วไปเป็นสารประกอบที่มีจุดหลอมเหลวสูง ซึ่งกระจายตัวอยู่ในพอลิเมอร์หลอมเหลวผ่านกระบวนการผสม อนุภาคเหล่านี้ทำหน้าที่เป็น 'นิวเคลียสแบบจุด' ที่ชัดเจน ซึ่งเป็นจุดเริ่มต้นสำหรับการเจริญเติบโตของผลึกพอลิเมอร์

ความเข้มข้นสูงของนิวเคลียสส่งผลให้เกิดการตกผลึกเร็วขึ้น (รอบเวลาสั้นลง) และมีระดับความเป็นผลึกสูงขึ้น ซึ่งช่วยปรับปรุงความแข็งแรง ความแข็งแง และค่า HDT ของ PP

ขนาดที่เล็กของกลุ่มผลึก (สเฟอรูไลต์) ส่งผลให้การกระเจิงของแสงลดลงและมีความชัดเจนมากขึ้น

สารก่อผลึกอนุภาคที่ใช้กันทั่วไป ได้แก่ เกลือและแร่ธาตุต่างๆ เช่น ทัลก์ โซเดียมเบนโซเอต ฟอสเฟตเอสเทอร์ และเกลืออินทรีย์อื่นๆ

ทัลค์และโซเดียมเบนโซเอตถือเป็นสารก่อผลึกที่มีประสิทธิภาพต่ำ ราคาถูก และให้ผลดีขึ้นเพียงเล็กน้อยในด้านความแข็งแรง ความแข็งแง การทนไฟ และระยะเวลาในการผลิต

สารเร่งการตกผลึกที่มีประสิทธิภาพสูงและมีราคาสูง เช่น ฟอสเฟตเอสเทอร์และเกลือไบไซโคลเฮปเทน ให้คุณสมบัติทางกายภาพที่ดีกว่าและช่วยปรับปรุงความใสได้บ้าง

สารก่อผลึกที่ละลายได้

สารก่อผลึกที่ละลายได้ ซึ่งเรียกอีกอย่างว่า 'สารไวต่อการหลอมเหลว' โดยทั่วไปจะมีจุดหลอมเหลวต่ำและละลายใน PP ที่หลอมเหลว

เมื่อพอลิเมอร์หลอมเหลวเย็นตัวลงในแม่พิมพ์ สารเร่งการตกผลึกเหล่านี้จะตกผลึกออกมาก่อน ทำให้เกิดโครงข่ายที่มีการกระจายตัวอย่างละเอียดและมีพื้นที่ผิวสูงมาก

เมื่ออุณหภูมิลดลงอย่างต่อเนื่อง เส้นใยที่ประกอบเป็นโครงข่ายนี้จะทำหน้าที่เป็นนิวเคลียสเพื่อเริ่มต้นการตกผลึกของพอลิเมอร์

ความเข้มข้นของนิวเคลียสที่สูงมากส่งผลให้เกิดการรวมตัวของผลึก PP ขนาดเล็กมาก ซึ่งทำให้มีการกระเจิงของแสงน้อยที่สุดและมีความใสมากที่สุด

สารที่ช่วยให้ใสทั้งหมดเป็นสารก่อผลึก แต่สารก่อผลึกทุกชนิดไม่จำเป็นต้องเป็นสารที่ช่วยให้ใสได้ดีเสมอไป

สารเร่งการตกผลึกบางชนิดที่ใช้กันทั่วไป เช่น โซเดียมเบนโซเอตและทัลก์ ไม่สามารถลดขนาดของผลึกทรงกลมได้มากพอที่จะทำให้ชิ้นงานขึ้นรูปมีความขุ่นต่ำและมีความใสสูง โดยทั่วไปแล้วจะได้ความใสที่ดีที่สุดเมื่อใช้สารเร่งการตกผลึกที่ละลายได้

สารประกอบอินทรีย์ที่ละลายน้ำได้ซึ่งทำหน้าที่เป็นสารทำให้ใส ได้แก่ ซอร์บิทอล โนโนทอล และไตรซาไมด์

แม้ว่าสารก่อผลึกเหล่านี้ส่วนใหญ่จะใช้เพื่อให้ได้ความใสสูงและลดความขุ่นมัว แต่ก็ยังช่วยปรับปรุงคุณสมบัติทางกายภาพและลดเวลาในการผลิตได้อีกด้วย

รูปร่างอนุภาคและอัตราส่วนความยาวต่อความกว้าง

อนุภาค Nucleant ที่มีรูปร่างคล้ายเข็ม (เช่น ADK STAB NA-11) อาจทำให้ค่าการหดตัวในทิศทางตามแนวยาวและทิศทางขวางแตกต่างกัน การหดตัวที่ไม่สม่ำเสมอนี้อาจทำให้ชิ้นงานสุดท้ายบิดเบี้ยวได้ อนุภาค Nucleant ที่มีรูปทรงแบนราบจะให้การหดตัวที่สม่ำเสมอกว่าในทั้งสองทิศทาง ส่งผลให้บิดเบี้ยวน้อยลง

ขนาดอนุภาคและการกระจายขนาดอนุภาค

อนุภาคขนาดเล็กช่วยให้การเกิดนิวเคลียสดีขึ้น แต่ในขณะเดียวกัน อนุภาคขนาดเล็กก็อาจกระจายตัวได้ยากกว่า อนุภาคที่เป็นสารก่อนิวเคลียสบางชนิด เช่น โซเดียมเบนโซเอต มีแนวโน้มที่จะจับตัวกันเป็นก้อนอีกครั้ง

ใช้สารกำจัดกรด

สารกำจัดกรดบางชนิด เช่น เกลือของกรดไขมัน (เช่น แคลเซียมสเตียเรต) อาจมีฤทธิ์ต้านสารก่อผลึกบางชนิด เช่น ฟอสเฟตเอสเทอร์และโซเดียมเบนโซเอต ดังนั้นจึงควรใช้ไดไฮโดรทัลไซต์ร่วมกับสารก่อผลึกเหล่านี้

ห้ามใช้แคลเซียมสเตียเรตกับโซเดียมเบนโซเอตเด็ดขาด เนื่องจากแคลเซียมสเตียเรตจะขัดขวางการก่อตัวของผลึกโซเดียมเบนโซเอตอย่างสมบูรณ์

ระดับการกระจายตัวและการมีอยู่ของกลุ่มก้อนที่ไม่กระจายตัว

โซเดียมเบนโซเอตมักจับตัวเป็นก้อนและกระจายตัวได้ยาก

อุณหภูมิหลอมเหลว

ซอร์บิทอลต้องการอุณหภูมิหลอมเหลวที่สูงขึ้นเพื่อให้ได้ความใสที่ดีที่สุด เนื่องจากต้องละลายในพอลิเมอร์หลอมเหลวอย่างสมบูรณ์

การทำงานร่วมกันและการขัดแย้งระหว่างสารตั้งต้นและสารเติมแต่งอื่นๆ

สารกำจัดกรดอาจเสริมฤทธิ์หรือต้านฤทธิ์กันได้ เกลือกรดไขมันส่งผลเสียต่อค่าโมดูลัสของ PP ที่มีฟอสเฟตเอสเทอร์เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา

เลือกสิ่งที่ถูกต้องสารตั้งต้นและเครื่องทำให้ใสสำหรับ PP

ก่อนเลือกสารเร่งการตกผลึกหรือสารเพิ่มความใสที่เหมาะสมสำหรับการใช้งาน PP ของคุณ ให้พิจารณาว่าคุณสนใจการปรับปรุงคุณสมบัติใดมากที่สุด:

ก. หากความขุ่นต่ำและความใสสูงเป็นสิ่งสำคัญ ควรเลือกใช้สารเพิ่มความใสชนิดละลายน้ำได้

ข. สำหรับข้อกำหนดด้านความชัดเจนที่ต่ำกว่านั้นเอสเทอร์ฟอสเฟตสามารถนำไปใช้ได้

ค. หากค่าโมดูลัสสูงเป็นสิ่งสำคัญที่สุด ให้เลือกสารประกอบในกลุ่มฟอสเฟตเอสเทอร์

d. หากต้นทุนต่ำเป็นสิ่งสำคัญที่สุด ให้เลือกโซเดียมเบนโซเอต

e. หากการบิดเบี้ยวต่ำและความไวต่อเม็ดสีต่ำเป็นสิ่งสำคัญที่สุด ให้เลือกใช้เกลือไบไซโคลเฮปเทน

นอกจากนี้ การตัดสินใจว่าจะผสมสารเร่งการตกผลึกเข้ากับเรซิน PP อย่างไรก็เป็นสิ่งสำคัญเช่นกัน ควรทำการทดสอบที่เหมาะสมเสมอเพื่อให้แน่ใจว่ามีการกระจายตัวและการตกผลึกที่ดี

ทำการทดสอบ DSC กับเรซิน PP ที่มีนิวเคลียส โดยทั่วไปแล้ว การปรับปรุงเวลาในการผลิตจะสัมพันธ์กับการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิการตกผลึก (Tc) ทดสอบคุณสมบัติของชิ้นงานที่ขึ้นรูปแล้ว

หากคุณต้องการสอบถามเกี่ยวกับผลิตภัณฑ์ที่เกี่ยวข้องกับสารเร่งการตกผลึก โปรดติดต่อเราได้เลยติดต่อเราได้ทุกเมื่อ