Agentes Nucleantes
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Agentes Nucleantes
Los agentes de nucleación ( o nucleador) se utilizan generalmente para mejorar la formación de núcleos para el crecimiento de cristales en la masa fundida del polímero, y proporciona un mayor grado de cristalinidad y un cristalino más uniforme. La estructura en la fase dura se puede obtener agregando un agente de nucleación en el polímero. Los agentes de nucleación pueden clasificarse como aditivos inorgánicos (talco, sílice), compuestos orgánicos ( sal carboxilato,sales de ácidos mono o policarboxílicos, sal de éster de fosfato, compuesto de sorbitol o un compuesto de sorbitol de dibenzylidene, preferentemente un compuesto de sorbitol dibenzylidene) y polímeros. Se pueden usar agentes de nucleación para mejorar la cristalinidad de un segmento de fase dura. Este tipo de materiales se añaden a los plásticos semi-cristalinos antes de su procesamiento y fabricación, afectando la velocidad de cristalización y el tamaño de las esferulitas, se denominan como agentes de nucleación. Estos son típicamente materiales insolubles o inmiscibles que proporcionan sitios para la formación de cristales. El principal beneficio de la adición de agentes de nucleación es la mejora en el tiempo de ciclo durante el moldeo por inyección. Cuando la adición de los agentes nucleantes disminuyen el tamaño de los cristalitos por debajo de la longitud de onda de la luz visible, se refiere a estos agentes como agentes clarificantes, ya que reducen la opacidad y mejoran la transparencia. La nucleación puede ser homogénea y heterogénea. La nucleación homogénea se forma a partir de moléculas o segmentos de moléculas del material a cristalizar, este tipo de nucleación se llama espontánea. En contraste, la heterogénea es originada por la superficie de cuerpos extraños en el material a cristalizar (agentes nucleantes). Los núcleos son sólo estables por encima de un cierto tamaño. El nucleador (concentrador nucleador, agente antirreflectante, agente formador de estructuras) está diseñado para aumentar la transparencia de los productos plásticos durante su fabricación. El nucleador se utiliza principalmente en el moldeo por inyección de copolímeros de polipropileno y propileno. Además, el nucleador se usa para controlar el tamaño de las células durante la formación de espuma.Los agentes nucleantes estimulan termodinámicamente el inicio de regiones cristalinas radiantes esféricas (esferulitas) en múltiples sitios bien distribuidos a lo largo de una matriz polimérica. Agregados a la resina ya sea inmediatamente después de la etapa del reactor de polimerización o más tarde, estos agentes se han descrito como "fases extrañas" que crean "defectos artificiales" en el polímero, proporcionando los sitios y superficies en las que los cristales pueden comenzar su crecimiento (aunque, de hecho, Es posible que ya existan varios materiales nucleantes potenciales en un material poliolefínico común (por ejemplo, impurezas, cargas y pigmentos) que provocan una nucleación heterogénea, incontrolada e inconsistente hasta cierto punto). Los agentes nucleantes diseñados para la nucleación controlada permiten que las temperaturas de cristalización aumenten hasta 20°C o más para el PP (y 2,5°C para el polietileno, cuya cristalización solo puede mejorarse mínimamente con un nucleador). Al elevar efectivamente la temperatura de cristalización y aumentar los posibles sitios y velocidades de cristalización, los agentes nucleantes se utilizan para crear piezas más estables dimensionalmente, propiedades mecánicas más altas, tiempos de procesamiento (solidificación) más rápidos y, a menudo, mayor claridad. El número y tamaño final de las esferulitas y la fracción total de cristalización en la matriz determina en última instancia cuánto se ven afectadas por el agente las propiedades y el procesamiento de la resina. Los agentes nucleantes pueden usarse simplemente para mejorar las propiedades físicas y el procesamiento, pero la industria también ha creado agentes clarificantes como una clase de agentes nucleantes que afectan específicamente las propiedades ópticas. Estos agentes crean esferulitas que son más pequeñas que las longitudes de onda de la luz visible (400-700 nm); por tanto, la luz no se dispersa por las regiones cristalinas y hay poca opacidad en el producto de resina. Los expertos también han clasificado a los nucleadores como insensibles a la fusión (donde el agente no se funde con la resina) y sensibles a la fusión (cuando el punto de fusión del agente está cerca del de la resina). Los agentes insensibles a la fusión son sales orgánicas metálicas y algunos son clarificadores; Los agentes sensibles a la fusión tienden a ser completamente orgánicos y suelen ser clarificadores.
El principio de acción del nucleador
La introducción de un clarificador en polipropileno conduce a la formación de una estructura cristalina más perfecta (aumenta el número de centros de cristalización y, por lo tanto, reduce el tamaño de las formaciones cristalinas). Bajo la acción de los nucleadores, el tamaño de las formaciones cristalinas se vuelve menor que la longitud de la onda de luz visible. El efecto descrito conduce a un aumento de la resistencia al calor del polipropileno en 12-15 ° C, y permite intensificar el proceso de procesamiento de polipropileno al reducir el tiempo de enfriamiento del producto en el molde. La transparencia del polipropileno puede aumentar en aproximadamente un 90%. El uso de concentrados y superconcentrados conduce a una mejor distribución del agente clarificante en el material polimérico, y ayuda a obtener productos más transparentes con una menor concentración de sustancia activa costosa.
Tipo y composición química de los nucleadores
Como regla general, la sustancia activa en la composición de los concentrados nucleadores son sales de ácidos orgánicos: benzoato de sodio, benzoato de potasio, naftenato de sodio, además, se utilizan polvos finos de sílice, talco, cuarzo, caolín y otros compuestos minerales. Además Dibenilideno sorbitol (DBS), di-para-metilbenciliden sorbitol (MDBS), di-para-etilbenciliden sorbitol (EDBS), dimeta-para-metilbenciliden-sorbitol (DMBDS), sales de fosfatos orgánicos y ácidos carboxílicos no natales se usan como nucleadores.
Influencia en las propiedades de los productos poliméricos
El régimen de procesamiento de polipropileno que contiene un nucleador no difiere o difiere ligeramente de los regímenes de procesamiento de PP puro (procesado a temperaturas de 210-260 ° C). Como regla, hay un efecto positivo en el tiempo de enfriamiento del producto terminado: se reduce en un 20-30%. Sin embargo, el enfriamiento rápido de los productos de PP puede aumentar el nivel de tensiones residuales en las paredes de las piezas moldeadas. Los nucleadores aumentan la rigidez, pero reducen la resistencia al impacto de los productos poliméricos, aumentan la resistencia al calor, mejoran el brillo y reducen ligeramente la contracción tecnológica. Los concentrados Nucleator están generalmente aprobados para su uso en la fabricación de todo tipo de productos, incluidos juguetes y recipientes para alimentos. Dependiendo de la marca de polipropileno del 1 al 4%. La dosis específica del concentrado nucleador depende del tipo de sustancia activa y del grosor de la pared del producto PP y la marca de materias primas utilizadas.
Clarificantes ópticos
El efecto es similar en PP copolímero homo y aleatorio. La transparencia de los copolímeros no siempre puede mejorarse debido a la heterogeneidad inherente de este polímero. Si el tamaño de partícula del aditivo supera un cierto valor o si no se dispersa adecuadamente, la transparencia puede disminuir a pesar de un aumento del efecto de nucleación. En productos de paredes delgadas, la calidad de la superficie juega un papel importante en la determinación de la transparencia; Además, la transparencia puede mejorarse con la introducción de agentes nucleantes y clarificadores eficientes.
Para la nucleación de nylon y PP, el material tradicional de elección es el benzoato de sodio. Los niveles de uso están en el orden de 0.1%. El benzoato de sodio no imparte ninguna mejora en propiedades ópticas. Las poliolefinas de bajo peso molecular, los ionómeros, así como plastificantes tales como aceite epoxidado de soya se utilizan para la nucleación de los plásticos semicristalinos tales como PET. Los sorbitoles modificados de bencilideno dominan el mercado de nucleación y clarificación del PP. Se utilizan en niveles de 0.1-0.3% tanto en homopolímeros como en copolímeros para el moldeo por inyección.
Los agentes nucleantes se pueden dividir en nucleantes orgánicos y agentes nucleantes inorgánicos. Los agentes de nucleación orgánicos incluyen ácido benzoico y benzoato de sodio, y los agentes de nucleación inorgánicos incluyen talco en polvo y carbonato de sodio.
