Определение нуклеирующего агента
Нуклеирующий агент — новая функциональная добавка, применяемая в полиэтилене, полипропилене и других не полностью закристаллизовавшихся пластмассах для сокращения цикла формования, улучшения прозрачности, прочности на разрыв, жесткости, вязкости и других физико-механических свойств изделий путем изменения кристаллизационного поведения смолы, ускорения скорости кристаллизации, увеличения плотности кристаллизации и содействия микрофабрикации размера зерен.
Механизм действия нуклеирующего агента (изделия из ПП)
При добавлении нуклеирующего агента в пластик частицы нуклеирующего агента играют роль ядер кристаллов, т.е. извне добавляется больше ядер, что обеспечивает хороший очаг для кристаллизации пластика, способствуя тем самым кристаллизации.
В общем случае частицы нуклеирующего агента должны иметь достаточное аспектное соотношение. Однако нуклеирующие агенты в целом склонны вызывать сильную и анизотропную ориентацию кристаллизации внутри материала, особенно в продольном и поперечном направлении (MD/TD) плоских деталей. Эта разная усадка и несбалансированная ориентация может проявляться в некоторых процессах, например в твердофазном формовании под давлением (SPPF), что может привести к короблению после формования.
Поэтому хороший нуклеирующий агент должен быть способен обеспечить сбалансированную кристаллическую ориентацию в продольной и поперечной плоскостях ПП-детали, тем самым обеспечивая отличную стабильность размеров и уменьшая проблемы коробления и усадки.
Классификация распространенных нуклеирующих агентов
(1) Альфа-кристаллический нуклеирующий агент:
В основном улучшают прозрачность, блеск поверхности, жесткость, температуру теплоотдачи изделия, также известны как прозрачный агент, усилитель проницаемости, усилитель жесткости. В основном включает раздвоенный сорбит (DBS) и его производные, ароматические фосфатные соли, замещенные соли бензойной кислоты и т.д., особенно часто применяется нуклеирующий прозрачный агент DBS.
Альфа-кристаллические нуклеирующие агенты в зависимости от структуры можно разделить на неорганические и органические.
(1) Неорганический класс
К неорганическим нуклеирующим агентам в основном относятся тальк, оксид кальция, сажа, карбонат кальция, слюда, неорганические пигменты, каолин и остатки катализаторов. Это наиболее ранние недорогие и практичные нуклеирующие агенты, наиболее изученные и применяемые — тальк, слюда и т.д.
(2) Органические
(а) Соли металлов карбоновых кислот: сукцинат натрия, глутарат натрия, гексаноат калия, бензоат лития, циннамат натрия, β-нафтоат натрия и т.д.. Среди них — соль щелочного металла или алюминия бензойной кислоты, алюминиевая соль трет-бутилбензойной кислоты и др. Эффект лучше, история использования длиннее, но прозрачность плохая.
(б) фосфатные соли металлов: органические фосфаты в основном включают фосфатные эфирные соли металлов и фосфатные эфирные соли щелочных металлов, их комплексы и т.д.. Этот тип нуклеирующего агента характеризуется прозрачностью, жесткостью, скоростью кристаллизации и т.д., но плохой дисперсностью.
(в) производные сорбитол-бензиловой вилки: прозрачность, блеск поверхности, жесткость и другие термомеханические свойства продуктов имеют значительный эффект улучшения, обладают хорошей совместимостью с ПП, являются классом прозрачных нуклеирующих агентов, которые в настоящее время находятся в стадии глубокого изучения. Его хорошие характеристики, низкая цена, стали наиболее активной разработкой в стране и за рубежом, наибольшим количеством разновидностей, самым большим производством и продажами класса нуклеирующих агентов. В основном это сорбитол с дибензильной вилкой (DBS), сорбитол с двумя (до метилбензильной вилки) вилками (P-M-DBS) и т.д.
(d) нуклеирующий агент типа полимера с высокой температурой плавления: в настоящее время в основном используются поливинилциклогексан, поливинилпентан, сополимер этилена с акрилатом и т.д.. Он плохо смешивается с полиолефиновой смолой и обладает хорошей дисперсией.
(2) Нуклеирующий агент для β-кристаллов
Они предназначены для получения полипропиленовых изделий с высоким содержанием β-кристаллов и обладают преимуществом улучшения ударопрочности изделий без снижения или даже повышения температуры теплоотдачи изделий, что позволяет сбалансировать два противоречивых аспекта — ударопрочность и теплоотдачу.
Одна группа представляет собой небольшое количество толстокольцевых соединений с квазипланарной структурой.
Другую группу составляют некоторые дикарбоновые кислоты с оксидами, гидроксидами и солями металлов группы IIA периодической таблицы. С ее помощью можно модифицировать ПП, изменяя соотношение различных кристаллических форм в полимере.
Добавление нуклеирующего агента оказывает следующее воздействие
1、 Сокращение цикла формования полипропилена
Добавление нуклеирующего агента позволяет повысить температуру рекристаллизации полипропилена, ускорить скорость кристаллизации и завершить кристаллизацию за короткое время охлаждения. Добавление 0,2% RQT-CH позволяет сократить цикл формования ПП на 7 с и повысить эффективность работы на 14%, что очень важно для крупногабаритных изделий литья под давлением.
2、Улучшение механических свойств ПП
Плотность кристаллической фазы полипропилена выше, чем плотность некристаллической фазы, и обладает отличной прочностью. Без нуклеирующего агента кристаллические полимеры образуют кристаллы при охлаждении в расплавленном состоянии, что является автоматической кристаллизацией, этот шаровой кристалл неоднороден, неполный, поэтому при силовом воздействии между кристаллической частью границы раздела шарового кристалла и некристаллической частью, зазор между разбитыми зернами разрушается первым; При добавлении нуклеирующего агента рост шарового кристалла можно контролировать, так что ядро увеличивается, кристаллизация более совершенна, сила более равномерна, так что можно улучшить предел текучести полимера Поэтому он может улучшить предел текучести, ударную прочность и поверхностную прочность полимера, а также улучшить механические свойства полипропилена.
3、 Повышение прозрачности и блеска поверхности ПП. Поскольку в процессе плавления и охлаждения ПП количество ядер спонтанной кристаллизации очень мало, скорость кристаллизации медленная, легко образуются крупные сферические кристаллы, диаметр которых намного больше длины видимой волны, а разница показателей преломления между кристаллической и аморфной областями велика, что приводит к рассеянию поверхностного света, в результате чего снижается прозрачность, поэтому большинство изделий из полипропилена, изготовленных в обычных условиях переработки, являются полупрозрачными. Продукт с хорошей прозрачностью должен отвечать требованиям высокой кристалличности, четкой кристаллической ориентации и размера кристаллов, меньшего, чем длина волны видимого света. Для достижения требуемой микромелкозернистой сферической кристаллизации полипропилена добавление нуклеирующих агентов является чрезвычайно конкурентоспособным методом [8].
4. Влияние на тепловые свойства
Добавление нуклеирующих агентов повышает температуру кристаллизации, ускоряет ее, повышает степень кристаллизации, увеличивает плотность, повышает температуру теплоотвода, что может в определенной степени улучшить теплостойкость смолы.