Breve descripción de los tipos de agentes nucleantes para PET y el efecto de los agentes nucleantes sobre las propiedades cristalinas del PET
Existen tres tipos principales de agentes nucleantes para PET: agentes nucleantes inorgánicos, agentes nucleantes orgánicos y agentes nucleantes poliméricos. En este artículo se describe brevemente el impacto de estos agentes nucleantes sobre las propiedades cristalinas del PET.
I. Agentes nucleantes inorgánicos.
Los agentes nucleantes inorgánicos son básicamente rellenos inorgánicos que se utilizan habitualmente en polímeros. En el proceso de cristalización, los agentes nucleantes inorgánicos equivalen a la segunda fase de pequeñas partículas en el PET fundido. A altas temperaturas, estas partículas no se encuentran en estado fundido, pero durante el proceso de enfriamiento, la cadena molecular del PET se adsorbe a estas partículas, formando un núcleo y organizándose de forma ordenada. Estas pequeñas moléculas inorgánicas, cuando se utilizan como agentes nucleantes heterogéneos, reducen la energía de activación necesaria para la formación de núcleos en el PET y tienen poco efecto en el proceso de cristalización posterior, es decir, los segmentos de la cadena molecular del PET se adsorben en la superficie del núcleo y entran en la red.
Cuando se utiliza talco como agente nucleante en el PET, la cristalización inicial se forma en la superficie de las partículas de relleno y va acompañada de la transferencia de cristales desde la estructura laminar mediante una pequeña difusión lateral en la superficie de las partículas. Se ha descubierto que los carbonatos, como agentes nucleantes, son eficaces como agentes nucleantes cristalinos para el PET con Na2CO3 y NaHCO3. Con Na2CO3 o NaHCO3 como agentes nucleantes, el PET puede producirse con buenas propiedades mecánicas en un ciclo de moldeo relativamente corto al 90 % de la temperatura del molde. Se compararon los efectos de nucleación del talco, el CaCO3 y los agentes nucleantes de sal sódica orgánica y se descubrió que el talco era más favorable para la velocidad de cristalización del PET que el CaCO3. Cuando el contenido en masa de talco es del 5 %, la contribución a la velocidad de cristalización isotérmica del PET es similar a la contribución del 1 % de sal sódica orgánica, y la adición de talco mejora significativamente la resistencia a la tracción y a la flexión del PET, mientras que la sal sódica orgánica reduce estas propiedades.
En segundo lugar, los agentes nucleantes orgánicos.
Los agentes nucleantes orgánicos son principalmente sales de Na, Li, Ba, Mg, Ca de ácido monocarboxílico, sales de Na, K, Ca de ácido benzoico, hidroxisulfonatos aromáticos, sales de Mg, Zn de compuestos orgánicos de fósforo, de los cuales los que tienen un mejor efecto son la sal sódica del ácido carboxílico y la sal potásica del ácido carboxílico. El mecanismo de nucleación de los agentes nucleantes orgánicos está relacionado principalmente con su estructura química. El PET y las sales de carboxilato de sodio sufren una reacción química cuando se extruyen a altas temperaturas, generando sustancias PET-COONa, que forman grupos iónicos entre el PET fundido con grupos terminales iónicos.
Efecto de la adición del agente nucleante derivado del benzoato de sodio (Nu) y del promotor de cristalización del copolímero de poliéster y poliéter (Pro) sobre la velocidad de cristalización del PET. Se observó que Nu/Pro-PET cristalizaba ligeramente más rápido que Nu-PET a temperaturas de cristalización de 228 °C y 230 °C; sin embargo, a temperaturas de cristalización más altas, Nu/Pro-PET cristalizaba ligeramente más lento que Nu-PET, lo que indica que el acelerador no aumentaba aún más la velocidad de cristalización del PET a temperaturas más altas. La adición del agente nucleante benzoato de sodio dio lugar a un periodo de inducción de la cristalización más corto, una reducción de la energía de activación de la cristalización y un aumento de la velocidad de cristalización global del PET; además, la variación aumentó con el aumento de la adición, pero redujo la cristalinidad, lo que no favorecía la estabilidad de las propiedades del material mezclado. Por lo tanto, cuando se utiliza benzoato de sodio en el PET, se debe prestar atención a la dosificación y también es necesario utilizarlo con otros modificadores.
En tercer lugar, los agentes nucleantes de polímeros.
Los agentes nucleantes de polímeros incluyen sales de metales alcalinos zwitteriónicos de poliéster, todos los polísteres aromáticos en polvo, PTFE en polvo, PP isotáctico de bajo peso molecular, PET de alto punto de fusión, ionómeros, polímeros de cristal líquido (LCP), etc., de los cuales el ionómero es un material polimérico cristalino de PET de uso común. La temperatura de transición vítrea del PET se reduce mediante la mezcla, lo que acelera la velocidad de cristalización y mejora su resistencia al impacto. Los ionómeros son polímeros con un pequeño número de grupos ionizables en la cadena principal del polímero, cuyos componentes principales son una cadena principal no iónica y un pequeño número de componentes que contienen iones. Por lo general, se considera que el contenido molar de los grupos iónicos no supera el 15 %. En el sistema de mezcla binaria de ionómeros, el ionómero puede interactuar a través de iones, dipolos, enlaces de hidrógeno, ácidos y bases, transferencia de carga, complejos de coordinación de metales de transición, etc., y la reticulación física de múltiples pares de iones o grupos de iones formados entre las cadenas de polímeros. Esta composición y estructura morfológica especial de los ionómeros les confiere muchas propiedades únicas, como una excelente tenacidad, alta resistencia al impacto, resistencia al desgaste, transparencia y alta viscosidad de fusión. Surlyn es un ionómero ampliamente utilizado desarrollado por DuPont como agente nucleante Surlyn, que es una sal sódica de un copolímero de ácido metacrílico y etileno, donde la relación en peso de etileno/ácido metacrílico es de 90/10 y la neutralización sódica es de aproximadamente el 45 %. Los productos de la reacción pueden formar grupos iónicos terminados en iones (PET-COONa), que actúan como agentes nucleantes heterogéneos en el proceso de cristalización por enfriamiento.
En comparación con los agentes nucleantes orgánicos de moléculas pequeñas, el agente nucleante polimérico Surlyn, con grupos terminales iónicos en la generación de moléculas grandes, genera PET-R (R para agente nucleante orgánico de grupo flexible), ya que la cadena molecular R es más flexible que la cadena molecular PET, por lo que en el sistema actúa como facilitador, promoviendo el movimiento molecular del PET, reduciendo la energía libre de la difusión de la cadena molecular y reduciendo también el mosaico del PET. y mejora el PET. También reduce la formación de baldosas de PET y aumenta la velocidad de cristalización del PET, lo que no ocurre con los agentes nucleantes de moléculas pequeñas.