Brève description des types d'agents nucléants pour le PET et de l'effet des agents nucléants sur les propriétés cristallines du PET
Il existe trois principaux types d'agents nucléants pour le PET, à savoir les agents nucléants inorganiques, les agents nucléants organiques et les agents nucléants polymères. Ce document décrit brièvement l'impact de ces agents nucléants sur les propriétés cristallines du PET.
I. Agents nucléants inorganiques.
Les agents nucléants inorganiques sont essentiellement des charges inorganiques couramment utilisées dans les polymères. Dans le processus de cristallisation, les agents nucléants inorganiques équivalent à la seconde phase de petites particules dans le PET fondu, à des températures élevées, ces particules ne sont pas à l'état fondu, dans le processus de refroidissement, la chaîne moléculaire du PET est centrée sur ces particules, s'adsorbe sur les particules et crée un arrangement ordonné et la formation de noyaux. Ces petites molécules inorganiques, lorsqu'elles sont utilisées comme agents nucléants hétérogènes, réduisent donc l'énergie d'activation nécessaire à la formation de noyaux dans le PET et ont peu d'effet sur le processus de cristallisation ultérieur, c'est-à-dire que les segments de la chaîne moléculaire du PET sont adsorbés sur la surface du noyau et entrent dans le réseau.
Lorsque le talc est utilisé comme agent nucléant dans le PET, la cristallisation initiale se forme à la surface des particules de charge et s'accompagne d'un transfert de cristaux de la structure lamellaire par une petite diffusion latérale à la surface des particules. L'effet des carbonates en tant qu'agents nucléants sur les propriétés cristallines du PET s'est avéré efficace en tant qu'agents nucléants cristallins pour le PET avec Na2CO3 et NaHCO3. Avec Na2CO3 ou NaHCO3 comme agents de nucléation, le PET peut être produit avec de bonnes propriétés mécaniques dans un cycle de moulage relativement court à 90% de la température du moule. Les effets de nucléation du talc, du CaCO3 et des agents nucléants organiques à base de sel de sodium ont été comparés et il a été constaté que le talc était plus favorable au taux de cristallisation du PET que le CaCO3. Lorsque la teneur en masse de talc est de 5%, la contribution au taux de cristallisation isotherme du PET est proche de la contribution du sel de sodium organique de 1%, et l'ajout de talc améliore considérablement la résistance à la traction et à la flexion du PET, tandis que le sel de sodium organique réduit ces propriétés.
Deuxièmement, les agents nucléants organiques.
Les agents nucléants organiques sont principalement des sels de Na, Li, Ba, Mg, Ca d'acide monocarboxylique, des sels de Na, K, Ca d'acide benzylique, des hydroxysulfonates aromatiques, des sels de Mg, Zn de composés phosphorés organiques, parmi lesquels le sel de sodium d'acide carboxylique et le sel de potassium d'acide carboxylique ont le meilleur effet. Le mécanisme de nucléation des agents nucléants organiques est principalement lié à leur structure chimique. Le PET et les sels de carboxylate de sodium subissent une réaction chimique lorsqu'ils sont extrudés à haute température, générant des substances PET-COONa, qui forment des groupes ioniques entre le PET fondu et les groupes terminaux ioniques.
L'effet de l'ajout d'un agent nucléant dérivé du benzoate de sodium (Nu) et d'un promoteur de la cristallisation d'un copolymère polyester polyéther (Pro) sur le taux de cristallisation du PET. On a constaté que le Nu/Pro-PET cristallisait légèrement plus vite que le Nu-PET à des températures de cristallisation de 228 °C et 230 °C ; toutefois, à des températures de cristallisation plus élevées, le Nu/Pro-PET cristallisait légèrement plus lentement que le Nu-PET, ce qui indique que l'accélérateur de cristallisation n'augmentait pas davantage le taux de cristallisation du PET à des températures plus élevées. L'ajout d'un agent nucléant à base de benzoate de sodium a raccourci la période d'induction de la cristallisation, réduit l'énergie d'activation de la cristallisation et augmenté le taux de cristallisation global du PET ; la variation s'est accrue avec l'augmentation de l'ajout, mais a réduit la cristallinité, ce qui n'a pas favorisé la stabilité des propriétés du matériau mélangé. Par conséquent, lorsque le benzoate de sodium est utilisé dans le PET, il faut faire attention au dosage et il est également nécessaire de l'utiliser avec d'autres modificateurs.
Troisièmement, les agents de nucléation des polymères.
Les agents de nucléation des polymères comprennent les sels alcalins zwitterioniques de polyester, la poudre de polyester entièrement aromatique, la poudre de PTFE, le PP isotactique de faible poids moléculaire, le PET à point de fusion élevé, l'ionomère, le polymère à cristaux liquides (LCP), etc. La température de transition vitreuse du PET est réduite par le mélange, ce qui accélère le taux de cristallisation et améliore sa résistance aux chocs. Les ionomères sont des polymères comportant un petit nombre de groupes ionisables sur l'épine dorsale du polymère, les principaux composants étant constitués d'une chaîne dorsale non ionique et d'un petit nombre de composants contenant des ions. La teneur molaire en groupes ioniques est généralement considérée comme ne dépassant pas 15%. Dans le système de mélange binaire des ionomères, l'ionomère peut interagir par l'intermédiaire d'ions, de dipôles d'ions, de liaisons hydrogène, d'acides et de bases, de transferts de charge, de complexes de coordination de métaux de transition, etc. et de la réticulation physique de multiples paires d'ions ou d'amas d'ions formés entre les chaînes de polymères. Cette composition spéciale et la structure morphologique des ionomères leur confèrent de nombreuses propriétés uniques telles qu'une excellente ténacité, une résistance élevée aux chocs, une résistance à l'usure, une transparence et une viscosité élevée à l'état fondu. Le Surlyn est un ionomère largement utilisé, développé par DuPont en tant qu'agent nucléant du Surlyn, qui est un sel de sodium du copolymère éthylène-acide méthacrylique, où le rapport pondéral éthylène/acide méthacrylique est de 90/10 et la neutralisation du sodium est d'environ 45%. Les produits de la réaction peuvent former des amas ioniques à terminaison ionique (PET-COONa), qui agissent comme des agents nucléants hétérogènes dans le processus de cristallisation par refroidissement.
Par rapport aux agents nucléants organiques à petites molécules, l'agent nucléant polymère Surlyn avec des groupes terminaux d'ions dans la génération de grandes molécules en même temps, il y a PET-R (R pour agent nucléant organique groupe flexible) généré, parce que la chaîne moléculaire R que la chaîne moléculaire PET est plus flexible, dans le système et jouer le rôle de facilitateur, son introduction pour promouvoir le mouvement moléculaire du PET, réduire l'énergie libre de la diffusion de la chaîne moléculaire dans le caractère, et aussi réduire le carreau de PET, améliorer le PET. Il réduit également le carreau de PET et augmente le taux de cristallisation du PET, ce qui n'est pas le cas des agents nucléants à petites molécules.