Definición de agente nucleante

El agente nucleante es un nuevo aditivo funcional que se aplica al polietileno, al polipropileno y a otros plásticos cristalizados de forma incompleta para acortar el ciclo de moldeo, mejorar la transparencia, la resistencia a la tracción, la rigidez, la dureza y otras propiedades físicas y mecánicas de los productos, cambiando el comportamiento de cristalización de la resina, acelerando la velocidad de cristalización, aumentando la densidad de cristalización y promoviendo la microfabricación del tamaño de grano.

 

Mecanismo de acción del agente nucleante (productos PP)

Cuando se añade el agente nucleante al plástico, las partículas del agente nucleante desempeñan la función de núcleos de cristalización, es decir, se añaden más núcleos externamente, lo que proporciona un buen caldo de cultivo para la cristalización de los plásticos, favoreciendo así la cristalización.

En general, las partículas del agente nucleante deben tener una relación de aspecto suficiente. Sin embargo, los agentes nucleantes en general tienden a inducir una orientación de cristalización fuerte y anisotrópica dentro del material, especialmente en la dirección longitudinal frente a la transversal (MD/TD) de las piezas planas. Esta contracción diferente y orientación desequilibrada puede revelarse aún más en algunos procesos como el moldeo por presión en fase sólida (SPPF), que puede provocar deformaciones después del moldeo.

Por lo tanto, un buen agente nucleante debe ser capaz de lograr una orientación cristalina equilibrada en los planos longitudinal y transversal de la pieza de PP, proporcionando así una excelente estabilidad dimensional y reduciendo los problemas de alabeo y contracción.

Clasificación de los agentes nucleantes comunes

(1) Agente nucleante cristalino alfa:

Mejoran principalmente la transparencia, el brillo de la superficie, la rigidez y la temperatura de deflexión térmica del producto, y también se conocen como agente transparente, potenciador de permeabilidad y potenciador de rigidez. Incluyen principalmente sorbitol bifurcado (DBS) y sus derivados, sales de fosfato aromático, sustitución de sales de ácido benzoico, etc., especialmente la aplicación del agente transparente nucleante DBS es la más común.

Los agentes nucleantes cristalinos alfa pueden dividirse en inorgánicos y orgánicos según la estructura.

(1) Clase inorgánica

Los agentes nucleantes inorgánicos incluyen principalmente talco, óxido de calcio, negro de carbón, carbonato de calcio, mica, pigmentos inorgánicos, caolín y residuos catalíticos. Estos son los agentes nucleantes económicos y prácticos desarrollados más tempranamente, los más investigados y aplicados son el talco, la mica, etc.

(2) Orgánicos

(a) sales metálicas de ácidos carboxílicos: como el succinato de sodio, el glutarato de sodio, el hexanoato de sodio, el benzoato de potasio, el benzoato de litio, el cinamato de sodio, el β-naftoato de sodio, etc. Entre ellos, el ácido benzoico, la sal de metal alcalino o de aluminio, la sal de aluminio del ácido terc-butil benzoico, etc. El efecto es mejor, el historial de uso es más largo, pero la transparencia es pobre.

(b) sales metálicas de fosfato: los fosfatos orgánicos incluyen principalmente sales metálicas de éster de fosfato y sustancias de metales alcalinos de éster de fosfato y sus complejos, etc. Este tipo de agente nucleante se caracteriza por su transparencia, rigidez, velocidad de cristalización, etc., pero su dispersión es pobre.

(c) derivados de la horquilla bencílica del sorbitol: la transparencia, el brillo superficial, la rigidez y otras propiedades termomecánicas de los productos tienen un efecto de mejora significativo y tienen buena compatibilidad con el PP, es una clase de agente nucleante transparente que actualmente se está estudiando en profundidad. Su buen rendimiento y bajo precio lo han convertido en el desarrollo más activo en el país y en el extranjero, con la mayor variedad, producción y ventas de una clase de agentes nucleantes. Existen principalmente el sorbitol de dibencilo (DBS), el sorbitol de dos (a un metil bencilo) (P-M-DBS), etc.

(d) agente nucleante de tipo polímero de alto punto de fusión: en la actualidad, existen principalmente el ciclohexano polivinílico, el pentano polivinílico, el copolímero de etileno/acrilato, etc. Es poco miscible con la resina de poliolefina y tiene buena dispersión.

(2) Agente nucleante β-cristalino

Están diseñados para obtener productos de polipropileno con alto contenido de β-cristalino, y tienen la ventaja de mejorar la resistencia al impacto de los productos sin reducir o incluso aumentar la temperatura de deflexión térmica de los productos, de modo que los dos aspectos conflictivos de la resistencia al impacto y la deflexión térmica pueden equilibrarse.

Un grupo es un pequeño número de compuestos de anillo grueso con estructuras cuasiplanas.

El otro grupo está compuesto por ciertos ácidos dicarboxílicos con óxidos, hidróxidos y sales de metales del grupo IIA de la tabla periódica. Puede modificar el PP cambiando la proporción de diferentes formas cristalinas en el polímero.

 

La adición de agente nucleante tiene los siguientes efectos

1. Acortar el ciclo de moldeo de PP

La adición de un agente nucleante puede aumentar la temperatura de recristalización del polipropileno, acelerar la velocidad de cristalización y completar la cristalización en un breve tiempo de enfriamiento. La adición de un 0,2 % de RQT-CH puede acortar el ciclo de moldeo del PP en 7 s y aumentar la eficiencia de trabajo en un 14 %, lo que es muy significativo para los productos de moldeo por inyección a gran escala.

2. Mejora de las propiedades mecánicas del PP

La densidad de la fase cristalina del polipropileno cristalino es mayor que la de la fase no cristalina y tiene una resistencia excelente. Sin agente nucleante, los polímeros cristalinos generan cristales al enfriarse en estado fundido, lo que se conoce como cristalización automática. Este cristal en forma de bola no es uniforme ni está completo, por lo que cuando la fuerza entre la parte cristalina de la interfaz del cristal en forma de bola y la parte no cristalina, el espacio entre los granos rotos es el primero en destruirse; al añadir agente nucleante, se puede controlar el crecimiento del cristal esférico, de modo que el núcleo aumenta, la cristalización es más perfecta, la fuerza es más uniforme, por lo que se puede mejorar el límite elástico del polímero. Por lo tanto, puede mejorar el límite elástico, la resistencia al impacto y la resistencia superficial del polímero, y mejorar las propiedades mecánicas del polipropileno.

3、Aumentar la transparencia y el brillo superficial del PP. Como el PP en el proceso de fusión y enfriamiento, el número de núcleos de cristalización espontánea es muy pequeño, la velocidad de cristalización es lenta, fácil de formar grandes cristales esféricos, el diámetro de estos cristales esféricos es mucho mayor que la longitud de onda visible, y la diferencia de índice de refracción entre el cristal y las áreas amorfas es grande, lo que resulta en la dispersión de la luz superficial, lo que resulta en una disminución de la transparencia, por lo que la mayoría de los productos de polipropileno fabricados en condiciones normales de procesamiento son translúcidos. Un producto con buena transparencia debe cumplir los requisitos de alta cristalinidad, orientación cristalina ordenada y un tamaño cristalino menor que la longitud de onda de la luz visible. Para lograr la cristalización esférica microfina requerida del polipropileno, la adición de agentes nucleantes es un método extremadamente competitivo [8].

4. Efecto sobre las propiedades térmicas

La adición de agentes nucleantes aumenta la temperatura de cristalización, acelera la cristalización, mejora el grado de cristalización, aumenta la densidad y aumenta la temperatura de deflexión térmica, lo que puede mejorar la resistencia térmica de la resina hasta cierto punto.