Definição de agente nucleante
O agente nucleante é um novo aditivo funcional aplicado ao polietileno, ao polipropileno e a outros plásticos com cristalização incompleta para encurtar o ciclo de moldagem, melhorar a transparência, a resistência à tração, a rigidez, a tenacidade e outras propriedades físicas e mecânicas dos produtos, alterando o comportamento de cristalização da resina, acelerando a taxa de cristalização, aumentando a densidade de cristalização e promovendo a microfabricação do tamanho do grão.
Mecanismo de ação do agente nucleante (produtos PP)
Quando o agente de nucleação é adicionado ao plástico, as partículas do agente de nucleação desempenham o papel de núcleos de cristal, ou seja, mais núcleos são adicionados externamente, o que proporciona um bom foco para a cristalização de plásticos, promovendo assim a cristalização.
Em geral, as partículas do agente de nucleação devem ter uma relação de aspecto suficiente. No entanto, os agentes nucleantes em geral tendem a induzir uma orientação de cristalização forte e anisotrópica dentro do material, especialmente na direção longitudinal versus transversal (MD/TD) de peças planas. Essa contração diferente e a orientação desequilibrada podem ser reveladas ainda mais em alguns processos, como a formação de pressão em fase sólida (SPPF), que pode causar empenamento após a moldagem.
Portanto, um bom agente de nucleação deve ser capaz de obter uma orientação cristalina equilibrada nos planos longitudinal e transversal da peça de PP, proporcionando, assim, excelente estabilidade dimensional e reduzindo os problemas de empenamento e encolhimento.
Classificação dos agentes nucleantes comuns
(1) Agente de nucleação alfa cristalino:
Melhoram principalmente a transparência, o brilho da superfície, a rigidez e a temperatura de deflexão térmica do produto, e também são conhecidos como agente transparente, intensificador de permeabilidade e intensificador de rigidez. Incluindo principalmente sorbitol bifurcado (DBS) e seus derivados, sais de fosfato aromático, substituição de sais de ácido benzoico etc., especialmente a aplicação do agente transparente de nucleação DBS é a mais comum.
Os agentes nucleantes alfa-cristalinos podem ser divididos em inorgânicos e orgânicos de acordo com a estrutura.
(1) Classe inorgânica
Os agentes nucleantes inorgânicos incluem principalmente talco, óxido de cálcio, negro de fumo, carbonato de cálcio, mica, pigmentos inorgânicos, caulim e resíduos de catalisadores. Esses são os primeiros agentes nucleantes desenvolvidos, baratos e práticos; os mais pesquisados e aplicados são o talco, a mica etc.
(2) Orgânico
(a) sais metálicos de ácido carboxílico: como succinato de sódio, glutarato de sódio, hexanoato de sódio, benzoato de potássio, benzoato de lítio, cinamato de sódio, β-naftoato de sódio, etc. Entre eles, o sal de alumínio ou metal alcalino do ácido benzoico, o sal de alumínio do ácido terc-butil benzoico etc. O efeito é melhor, o histórico de uso é mais longo, mas a transparência é ruim.
(b) Sais metálicos de fosfato: os fosfatos orgânicos incluem principalmente sais metálicos de éster de fosfato e substâncias metálicas alcalinas de éster de fosfato e seus complexos, etc. Esse tipo de agente nucleante é caracterizado por transparência, rigidez, velocidade de cristalização, etc., mas dispersão ruim.
(c) derivados de forquilha de sorbitol benzílico: a transparência, o brilho da superfície, a rigidez e outras propriedades termomecânicas dos produtos têm um efeito de melhoria significativo e têm boa compatibilidade com PP, é uma classe de agente de nucleação transparente que está sendo estudada em profundidade. Seu bom desempenho e baixo preço tornaram-se o desenvolvimento mais ativo no país e no exterior, a maioria das variedades, a maior produção e vendas de uma classe de agentes nucleantes. Há principalmente dibenzil bifurcação de sorbitol (DBS), dois (para uma bifurcação de metil benzil) sorbitol (P-M-DBS), etc.
(d) Agente nucleante do tipo polímero de alto ponto de fusão: atualmente, há principalmente polivinilciclohexano, polivinilpentano, copolímero de etileno/acrilato, etc. Ele é pouco miscível com a resina de poliolefina e tem boa dispersão.
(2) Agente de nucleação de cristais β
Eles são projetados para obter produtos de polipropileno com alto conteúdo β-cristalino e têm a vantagem de melhorar a resistência ao impacto dos produtos sem reduzir ou até mesmo aumentar a temperatura de deflexão térmica dos produtos, de modo que os dois aspectos conflitantes de resistência ao impacto e deflexão térmica possam ser equilibrados.
Um grupo é um pequeno número de compostos de anéis espessos com estruturas quase planas.
O outro grupo é composto por determinados ácidos dicarboxílicos com óxidos, hidróxidos e sais de metais do grupo IIA da tabela periódica. Ele pode modificar o PP alterando a proporção de diferentes formas cristalinas no polímero.
A adição de um agente de nucleação tem os seguintes efeitos
1、Curta o ciclo de moldagem do PP
A adição de agente nucleante pode aumentar a temperatura de recristalização do polipropileno, acelerar a taxa de cristalização e concluir a cristalização em um curto período de resfriamento. A adição de 0,2% de RQT-CH pode encurtar o ciclo de moldagem do PP em 7s e aumentar a eficiência de trabalho em 14%, o que é muito significativo para produtos de moldagem por injeção em larga escala.
2、Melhorar as propriedades mecânicas do PP
A densidade da fase cristalina do polipropileno cristalino é maior do que a da fase não cristalina e tem excelente resistência. Sem o agente de nucleação, os polímeros cristalinos geram cristais durante o resfriamento no estado fundido, que é a cristalização automática. Esse cristal esférico não é uniforme, é incompleto, portanto, quando a força entre a parte cristalina da interface do cristal esférico e a parte não cristalina, a lacuna entre os grãos quebrados é a primeira a ser destruída; Ao adicionar o agente de nucleação, o crescimento do cristal esférico pode ser controlado, de modo que o núcleo aumente, a cristalização seja mais perfeita, a força seja mais uniforme e, assim, seja possível melhorar a resistência ao escoamento do polímero. Portanto, é possível melhorar a resistência ao escoamento, a resistência ao impacto e a resistência da superfície do polímero e melhorar as propriedades mecânicas do polipropileno.
3、Aumentar a transparência e o brilho da superfície do PP. Como o PP no processo de derretimento e resfriamento, o número de núcleos de cristalização espontânea é muito pequeno, a taxa de cristalização é lenta, fácil de formar grandes cristais esféricos, o diâmetro desses cristais esféricos é muito maior do que o comprimento de onda visível e a diferença de índice de refração entre o cristal e as áreas amorfas é grande, resultando na dispersão da luz da superfície, resultando em uma diminuição da transparência, de modo que a maioria dos produtos de polipropileno fabricados em condições normais de processamento são translúcidos. Um produto com boa transparência deve atender aos requisitos de alta cristalinidade, orientação cristalina perfeita e tamanho cristalino menor que o comprimento de onda da luz visível. Para obter a cristalização esférica microfina necessária do polipropileno, a adição de agentes nucleantes é um método extremamente competitivo [8].
4. Efeito nas propriedades térmicas
A adição de agentes nucleantes aumenta a temperatura de cristalização, acelera a cristalização, melhora o grau de cristalização, aumenta a densidade e aumenta a temperatura de deflexão térmica, o que pode melhorar a resistência térmica da resina até certo ponto.