Polypropylene là một loại polymer được sử dụng rộng rãi trong nhiều ứng dụng khác nhau nhờ sự kết hợp tuyệt vời giữa các đặc tính của nó. Các đặc tính của nó, như đặc tính vật lý, cơ học và quang học, có thể được tăng cường hơn nữa bằng cách sử dụng các chất tạo mầm và chất làm trong phù hợp. Các chất phụ gia này hỗ trợ quá trình kết tinh PP trong quá trình chế biến, do đó tăng cường các đặc tính đã có.

Nắm vững cách sử dụng chất tạo mầm và chất làm trong cũng như các mẹo lựa chọn để tăng hiệu quả năng suất, điều chỉnh cấu trúc và hình thái, và giảm độ mờ trong công thức polypropylen của bạn.

I. Vai trò của các chất làm trong tạo mầm trong quá trình PP

Độ kết tinh của các polyme bán tinh thể quyết định nhiều đặc tính, chẳng hạn như độ ổn định về kích thước, độ trong suốt và độ bền.

Đối với một chi tiết và quy trình xác định, độ kết tinh được kiểm soát bởi cấu trúc polymer, công thức và các điều kiện xử lý tạo ra sự cân bằng cụ thể giữa quá trình tích tụ nhiệt và làm nguội. Do đó, độ kết tinh thường không đồng nhất, lịch sử nhiệt khác nhau giữa lớp vỏ và lõi của các chi tiết hoặc sản phẩm.

Các chất tạo mầm và chất làm trong giúp tăng tốc và điều chỉnh quá trình kết tinh, cho phép điều chỉnh các tính chất cuối cùng của polyme bán tinh thể sao cho phù hợp với các yêu cầu chức năng.

• Trong các công thức polypropylen, việc thêm chất tạo mầm (còn gọi là chất kết tinh) giúp cải thiện hiệu suất và các đặc tính xử lý, chẳng hạn như:

• Độ rõ nét được cải thiện và giảm hiện tượng mờ đục.

• Tăng cường độ bền và độ cứng

• Cải thiện nhiệt độ biến dạng do nhiệt (HDT)

• Giảm thời gian chu kỳ

• Giảm hiện tượng cong vênh và co rút đồng đều hơn

• Giảm độ nhạy cảm của sắc tố đối với sự thay đổi tính chất khi có màu sắc khác nhau

• Cải thiện khả năng xử lý trong một số ứng dụng nhất định

Do đó, quá trình tạo mầm là một phương pháp hiệu quả để cải thiện các tính chất vật lý, cơ học và quang học của polypropylen. Độ trong suốt, độ ổn định kích thước, độ cong vênh, độ co ngót, hệ số giãn nở nhiệt cục bộ (CLTE), nhiệt phân hủy kỵ khí (HDT), các tính chất cơ học và hiệu ứng chắn có thể được cải thiện bằng cách lựa chọn cẩn thận các chất tạo mầm hoặc chất làm trong.

II. Polypropylene và tính chất kết tinh của nó

Polypropylene là một loại polymer tinh thể, được sử dụng rộng rãi, là hàng hóa thông dụng, được tạo ra từ quá trình trùng hợp monome propene. Khi trùng hợp, PP có thể tạo thành ba cấu trúc chuỗi cơ bản (atactic, isotactic, syndiotactic) tùy thuộc vào vị trí của các nhóm metyl. Độ kết tinh của polymer được đặc trưng bởi:

• Hình dạng và kích thước của các tinh thể

• Tỷ lệ kết tinh, và cuối cùng

• Định hướng của các tinh thể

Polypropylene đẳng hướng (iPP) là một loại polymer bán tinh thể. Nó có đặc điểm là tỷ lệ chi phí/hiệu suất tuyệt vời, khiến nó trở nên rất hấp dẫn trong nhiều ứng dụng như ô tô, thiết bị gia dụng, đường ống, bao bì, v.v.

Chỉ số đồng phân lập thể của iPP liên quan trực tiếp đến mức độ kết tinh, yếu tố có ảnh hưởng lớn đến hiệu năng của polymer. Đồng phân lập thể làm tăng tốc độ kết tinh, mô đun uốn, độ cứng và độ trong suốt, đồng thời làm giảm khả năng chống va đập và độ thấm.

Bảng dưới đây so sánh các tính chất của hai polyme đồng nhất polypropylen có chỉ số đẳng hướng khác nhau.

III. Sự kết tinh của Polypropylene
Tùy thuộc vào điều kiện, Polypropylene đẳng hướng có thể kết tinh thành bốn pha khác nhau được ký hiệu là α, β, γ và smectic trung gian. Pha α và β là quan trọng nhất.

Pha α

1. Giai đoạn này ổn định hơn và được biết đến rộng rãi hơn.

2. Các tinh thể này thuộc hệ tinh thể đơn nghiêng.

Pha β

1. Pha này là pha không bền vững, và các tinh thể của nó thuộc hệ tinh thể giả lục giác.

2. Pha β chủ yếu tồn tại trong polypropylen đồng trùng hợp khối và có thể được tạo ra bằng cách thêm các chất tạo mầm đặc hiệu.

3. Dạng tinh thể này được Padden và Keith phát hiện vào năm 1953; nó có thể được thúc đẩy bằng cách kết tinh ở nhiệt độ từ 130°C đến 132°C, định hướng bằng lực cắt cao, hoặc thêm các chất tạo mầm đặc hiệu.

4. Sự hiện diện của pha β trong polyme polypropylen thường cải thiện độ dẻo của sản phẩm hoàn thiện, và hiệu quả rõ rệt nhất khi hàm lượng pha β đạt 65%.

Pha γ

1. Pha này cũng không bền vững, với các tinh thể tam tà.

2. Dạng tinh thể này không phổ biến; nó chủ yếu xuất hiện trong polypropylen có trọng lượng phân tử thấp và được hình thành do quá trình kết tinh dưới áp suất cực cao và tốc độ làm nguội cực thấp.

IV. Quá trình hình thành mầm trong Polypropylene

Người ta biết rằng điểm khởi đầu của quá trình kết tinh polyme là các mầm nhỏ (các hạt nhỏ) có sẵn trong chất nóng chảy như cặn chất xúc tác, tạp chất, bụi, v.v. Sau đó, có thể điều chỉnh và kiểm soát hình thái tinh thể bằng cách thêm các mầm "nhân tạo" vào chất nóng chảy polyme. Quá trình này được gọi là sự tạo mầm (Nucleation).

Các chất tạo mầm hoặc tác nhân tạo mầm được sử dụng để cung cấp các vị trí khởi đầu cho sự hình thành tinh thể.

Chất làm trong là một phân nhóm của chất tạo mầm, cung cấp các tinh thể nhỏ hơn, tán xạ ít ánh sáng hơn và do đó, tăng cường độ trong suốt cho cùng độ dày thành của chi tiết.

Vai trò của các chất tạo mầm này là cải thiện các tính chất vật lý và cơ học của các chi tiết thành phẩm.

V. Chất tạo mầm và chất làm trong: Một loạt các chất phụ gia đa dạng

Chất tạo mầm dạng hạt

Các chất tạo mầm/chất kết tinh dạng hạt thường là các hợp chất có điểm nóng chảy cao, được phân tán trong polyme nóng chảy thông qua quá trình trộn. Các hạt này hoạt động như những "mầm điểm" riêng biệt, trên đó sự phát triển tinh thể polyme có thể bắt đầu.

Nồng độ nhân kết tinh cao dẫn đến quá trình kết tinh diễn ra nhanh hơn (chu kỳ ngắn hơn) và độ kết tinh cao hơn, giúp cải thiện độ bền, độ cứng và HDT của PP.

Kích thước nhỏ của các cụm tinh thể (hình cầu) dẫn đến giảm sự tán xạ ánh sáng và cải thiện độ trong suốt.

Các chất tạo mầm dạng hạt thường được sử dụng bao gồm muối và khoáng chất, chẳng hạn như bột talc, natri benzoat, este photphat và các muối hữu cơ khác.

Bột talc và natri benzoat được coi là chất tạo mầm có hiệu suất thấp, giá thành thấp và chỉ mang lại sự cải thiện khiêm tốn về độ bền, độ cứng, nhiệt độ biến dạng dẻo (HDT) và thời gian chu kỳ.

Các chất tạo mầm hiệu suất cao, giá thành cao, chẳng hạn như este photphat và muối bicycloheptane, mang lại các tính chất vật lý tốt hơn và một số cải thiện về độ trong suốt.

Chất tạo mầm hòa tan

Các chất tạo mầm hòa tan, còn được gọi là "chất nhạy cảm với nhiệt độ nóng chảy", thường có điểm nóng chảy thấp và hòa tan trong PP nóng chảy.

Khi polyme nóng chảy nguội đi trong khuôn, các mầm kết tinh này sẽ kết tinh trước tiên, tạo thành một mạng lưới phân bố mịn với diện tích bề mặt cực lớn.

Khi nhiệt độ tiếp tục giảm, các sợi nhỏ cấu thành mạng lưới này hoạt động như các nhân để khởi đầu quá trình kết tinh polymer.

Nồng độ nhân cực cao dẫn đến sự hình thành các cụm tinh thể PP rất nhỏ, mang lại mức độ tán xạ ánh sáng thấp nhất và độ trong suốt tốt nhất.

Tất cả các chất làm trong đều là chất tạo mầm, nhưng không phải tất cả các chất tạo mầm đều là chất làm trong tốt.

Một số chất tạo mầm thông thường, chẳng hạn như natri benzoat và bột talc, không làm giảm kích thước tinh thể hình cầu đủ để tạo ra sản phẩm đúc có độ mờ đục thấp và độ trong suốt cao. Độ trong suốt tốt nhất thường đạt được khi sử dụng các chất tạo mầm hòa tan.

Các hợp chất hữu cơ hòa tan có tác dụng làm trong nước bao gồm sorbitol, nonotol và trisamide.

Mặc dù các chất tạo mầm này chủ yếu được sử dụng để đạt được độ trong suốt cao và độ mờ thấp, chúng cũng cải thiện các tính chất vật lý và giảm thời gian chu kỳ.

Hình dạng và tỷ lệ kích thước của hạt

Các hạt mầm có hình dạng kim (như ADK STAB NA-11) có thể dẫn đến các giá trị co ngót khác nhau theo hướng máy và hướng ngang. Sự không đồng nhất về độ co ngót này có thể dẫn đến hiện tượng cong vênh ở chi tiết cuối cùng. Các hạt mầm có hình dạng phẳng có thể tạo ra độ co ngót đồng đều hơn theo hai hướng, dẫn đến ít cong vênh hơn.

Kích thước hạt và sự phân bố kích thước hạt

Kích thước hạt nhỏ hơn giúp cải thiện quá trình tạo mầm, nhưng các hạt nhỏ hơn cũng khó phân tán hơn. Một số hạt tạo mầm, chẳng hạn như natri benzoat, có xu hướng kết tụ lại.

Chất khử axit đã qua sử dụng

Một số chất khử axit, chẳng hạn như muối axit béo (ví dụ: canxi stearat), có thể gây phản ứng đối kháng với một số chất tạo mầm, chẳng hạn như este photphat và natri benzoat. Nên sử dụng dihydrotalcite với các chất tạo mầm này.

Tuyệt đối không sử dụng canxi stearat với natri benzoat vì canxi stearat sẽ hoàn toàn ngăn chặn quá trình tạo mầm của natri benzoat.

Mức độ phân tán và sự hiện diện của các cụm hạt chưa phân tán

Natri benzoat thường tạo thành các cụm và khó phân tán đều.

Nhiệt độ nóng chảy

Để đạt được độ trong suốt tốt nhất, sorbitol cần nhiệt độ nóng chảy cao hơn vì chúng phải hòa tan hoàn toàn trong polyme nóng chảy.

Sự hiệp đồng và đối kháng giữa các chất tạo mầm và các chất phụ gia khác

Các chất loại bỏ axit có thể có tác dụng hiệp đồng hoặc đối kháng. Muối axit béo ảnh hưởng xấu đến mô đun đàn hồi của PP được tạo mầm bằng este photphat.

Chọn đúngCác hạt nhânvà chất làm trong cho PP

Trước khi lựa chọn chất tạo mầm hoặc chất làm trong phù hợp cho ứng dụng PP của bạn, hãy xác định xem bạn quan tâm nhất đến sự cải thiện tính chất nào:

a. Nếu độ đục thấp và độ trong cao là yếu tố quan trọng, hãy chọn một trong các chất làm trong hòa tan.

b. Đối với các yêu cầu về độ trong suốt thấp hơn, thìeste photphatcó thể sử dụng.

c. Nếu mô đun đàn hồi cao là yếu tố quan trọng nhất, hãy chọn một trong các este photphat.

d. Nếu chi phí thấp là yếu tố quan trọng nhất, hãy chọn natri benzoat.

e. Nếu độ cong vênh thấp và độ nhạy cảm với sắc tố thấp là yếu tố quan trọng nhất, thì hãy chọn muối bicycloheptane.

Việc quyết định cách thức kết hợp chất tạo mầm vào nhựa PP cũng rất quan trọng. Luôn tiến hành các thử nghiệm thích hợp để đảm bảo đạt được sự phân tán và tạo mầm tốt.

Tiến hành phân tích DSC trên nhựa PP đã được tạo mầm. Sự cải thiện về thời gian chu kỳ thường tương quan với sự gia tăng nhiệt độ kết tinh (Tc). Kiểm tra các đặc tính của mẫu được đúc.

Nếu bạn muốn tìm hiểu thêm thông tin về các sản phẩm liên quan đến chất tạo mầm, vui lòng liên hệ với chúng tôi.liên hệ với chúng tôibất cứ lúc nào.