Définition de l'agent nucléant
L'agent de nucléation est un nouvel additif fonctionnel appliqué au polyéthylène, au polypropylène et à d'autres plastiques à cristallisation incomplète pour raccourcir le cycle de moulage, améliorer la transparence, la résistance à la traction, la rigidité, la ténacité et d'autres propriétés physiques et mécaniques des produits en modifiant le comportement de cristallisation de la résine, en accélérant la vitesse de cristallisation, en augmentant la densité de cristallisation et en favorisant la microfabrication de la taille des grains.
Mécanisme d'action des agents nucléants (produits PP)
Lorsque l'agent nucléant est ajouté au plastique, les particules de l'agent nucléant jouent le rôle de noyaux de cristaux, c'est-à-dire que davantage de noyaux sont ajoutés à l'extérieur, ce qui fournit un bon foyer pour la cristallisation des plastiques, favorisant ainsi la cristallisation.
En général, les particules d'agent nucléant doivent avoir un rapport d'aspect suffisant. Toutefois, les agents de nucléation ont généralement tendance à induire une orientation forte et anisotrope de la cristallisation à l'intérieur du matériau, en particulier dans la direction longitudinale par rapport à la direction transversale (MD/TD) des pièces plates. Ce retrait différent et cette orientation déséquilibrée peuvent être révélés dans certains processus tels que le formage sous pression en phase solide (SPPF), qui peut entraîner un gauchissement après le moulage.
Par conséquent, un bon agent de nucléation doit être capable d'obtenir une orientation cristalline équilibrée dans les plans longitudinaux et transversaux de la pièce en PP, assurant ainsi une excellente stabilité dimensionnelle et réduisant les problèmes de déformation et de retrait.
Classification des agents nucléants courants
(1) Agent nucléant alpha-cristallin :
Améliore principalement la transparence, la brillance de la surface, la rigidité, la température de déviation de la chaleur du produit, et est également connu sous le nom d'agent transparent, d'améliorateur de perméabilité, d'améliorateur de rigidité. Il s'agit principalement de sorbitol bifurqué (DBS) et de ses dérivés, de sels de phosphate aromatique, de sels de substitution de l'acide benzoïque, etc., l'application de l'agent transparent nucléant DBS étant la plus courante.
Les agents nucléants alpha-cristallins peuvent être divisés en inorganiques et organiques en fonction de leur structure.
(1) Classe inorganique
Les agents nucléants inorganiques comprennent principalement le talc, l'oxyde de calcium, le noir de carbone, le carbonate de calcium, le mica, les pigments inorganiques, le kaolin et les résidus de catalyseurs. Il s'agit des premiers agents nucléants peu coûteux et pratiques, les plus étudiés et appliqués étant le talc, le mica, etc.
(2) Organique
(a) sels métalliques d'acides carboxyliques : tels que le succinate de sodium, le glutarate de sodium, le benzoate de potassium hexanoate, le benzoate de lithium, le cinnamate de sodium, le β-naphtoate de sodium, etc. Parmi eux, le sel de métal alcalin ou d'aluminium de l'acide benzoïque, le sel d'aluminium de l'acide tert-butylbenzoïque, etc. L'effet est meilleur, l'histoire de l'utilisation est plus longue, mais la transparence est faible.
(b) sels de phosphate métallique : les phosphates organiques comprennent principalement les sels de phosphate métallique ester et les substances de phosphate métallique alcalin ester et leurs complexes, etc. Ce type d'agent nucléant se caractérise par sa transparence, sa rigidité, sa vitesse de cristallisation, etc. mais sa faible dispersion.
(c) Dérivés de la fourchette sorbitol-benzyle : la transparence, la brillance de surface, la rigidité et d'autres propriétés thermomécaniques des produits ont un effet d'amélioration significatif, et ont une bonne compatibilité avec le PP, c'est une classe d'agents nucléants transparents qui fait actuellement l'objet d'une étude approfondie. Grâce à ses bonnes performances et à son faible prix, cette classe d'agents nucléants est devenue le produit le plus activement développé au niveau national et à l'étranger, le plus varié, le plus produit et le plus vendu. Il existe principalement le sorbitol à fourche dibenzyle (DBS), le sorbitol à fourche deux (à méthylbenzyle) (P-M-DBS), etc.
(d) Agent nucléant de type polymère à point de fusion élevé : à l'heure actuelle, il s'agit principalement de polyvinyle cyclohexane, de polyvinyle pentane, de copolymère d'éthylène/acrylate, etc. Il est peu miscible avec les résines polyoléfines et présente une bonne dispersion.
(2) Agent de nucléation des cristaux β
Ils sont conçus pour obtenir des produits en polypropylène à haute teneur en β-cristaux et présentent l'avantage d'améliorer la résistance aux chocs des produits sans abaisser, voire en augmentant, la température de déflexion thermique des produits, de sorte que les deux aspects conflictuels de la résistance aux chocs et de la déflexion thermique peuvent être équilibrés.
L'un de ces groupes est constitué d'un petit nombre de composés à anneaux épais avec des structures quasi-planaires.
L'autre groupe est composé de certains acides dicarboxyliques avec des oxydes, des hydroxydes et des sels de métaux du groupe IIA du tableau périodique. Il peut modifier le PP en changeant le rapport des différentes formes cristallines dans le polymère.
L'ajout d'un agent de nucléation a les effets suivants
1、Réduire le cycle de moulage du PP
L'ajout d'un agent nucléant peut augmenter la température de recristallisation du polypropylène, accélérer le taux de cristallisation et achever la cristallisation en un temps de refroidissement court. L'ajout de 0,2% de RQT-CH peut raccourcir le cycle de moulage du PP de 7 secondes et augmenter l'efficacité du travail de 14%, ce qui est très utile pour les produits de moulage par injection à grande échelle.
2、Améliorer les propriétés mécaniques du PP
La densité de la phase cristalline du polypropylène est supérieure à celle de la phase non cristalline et présente une excellente résistance. Sans agent nucléant, les polymères cristallins génèrent des cristaux lorsqu'ils sont refroidis à l'état fondu, ce qui constitue une cristallisation automatique ; ce cristal sphérique n'est pas uniforme, incomplet, de sorte que lorsque la force entre la partie cristalline de l'interface du cristal sphérique et la partie non cristalline, l'espace entre les grains brisés est le premier à être détruit ; en ajoutant un agent de nucléation, la croissance du cristal sphérique peut être contrôlée, de sorte que le noyau augmente, la cristallisation est plus parfaite, la force est plus uniforme, de sorte que vous pouvez améliorer la limite d'élasticité du polymère Par conséquent, il peut améliorer la limite d'élasticité, la résistance aux chocs et la résistance superficielle du polymère, et améliorer les propriétés mécaniques du polypropylène.
3、Augmenter la transparence et la brillance de la surface du PP. Le PP étant soumis au processus de fusion et de refroidissement, le nombre de noyaux de cristallisation spontanée est très faible, la vitesse de cristallisation est lente, il est facile de former de grands cristaux sphériques, le diamètre de ces cristaux sphériques est beaucoup plus grand que la longueur d'onde visible, et la différence d'indice de réfraction entre les zones cristallines et amorphes est importante, ce qui entraîne la diffusion de la lumière en surface et une diminution de la transparence, de sorte que la plupart des produits en polypropylène fabriqués dans des conditions de traitement normales sont translucides. Un produit doté d'une bonne transparence doit répondre aux exigences d'une cristallinité élevée, d'une orientation cristalline nette et d'une taille cristalline inférieure à la longueur d'onde de la lumière visible. Pour obtenir la cristallisation sphérique microfine requise du polypropylène, l'ajout d'agents nucléants est une méthode extrêmement compétitive [8].
4. Effet sur les propriétés thermiques
L'ajout d'agents nucléants augmente la température de cristallisation, accélère la cristallisation, augmente le degré de cristallisation, augmente la densité et augmente la température de déviation de la chaleur, ce qui peut améliorer la résistance à la chaleur de la résine dans une certaine mesure.