پلی­ پروپیلن به دلیل ترکیب عالی خواص، از جمله پلیمر­های پرکاربرد به حساب می ­آید. خواص فیزیکی، مکانیکی و نوری پلی­پروپیلن را می ­توان با استفاده مناسب از عوامل هسته­ زا و شفاف­ کننده ­ها بیش تر افزایش داد. این مواد افزودنی به تبلور PP در حین فرایند کمک می­ کنند و در نتیجه منجر به ارتقای بیشتر خواص اولیه می­ شوند.

در این مقاله به بررسی نحوه استفاده از عوامل هسته­ زا و شفاف­ ساز و هم­چنین بیان نکات مهم در انتخاب این عوامل جهت افزایش مؤثر نرخ تولید، اصلاح ساختار و مورفولوژی و کاهش کدری در فرمولاسیون­ های پلی پروپیلن پرداخته شده است.

نقش عوامل هسته­ زا و شفاف­ ساز در پلی پروپیلن

تبلور پلیمرهای نیمه بلوری منجر به ایجاد بسیاری از خواص مانند پایداری ابعادی، شفافیت و چقرمگی است. برای یک قطعه و فرآیند مشخص، بلورینگی توسط ساختار پلیمر، فرمولاسیون، و شرایط فرآیند کنترل شده و منجر به ایجاد تعادلی ویژه بین تجمع گرما و خنک سازی می­ شود. در نتیجه، تبلور اغلب ناهمگن بوده و تاریخچه­ ی حرارتی در پوسته و هسته قطعات متفاوت است. عوامل هسته ­زا و شفاف کننده­ ها منجر به افزایش و نیز تنظیم سرعت بلورینگی می­ شوند تا بدین ­وسیله امکان تنظیم خواص نهایی پلیمرهای نیمه بلوری با نیازهای عمل کردی فراهم شود.

در فرمولاسیون­ های پلی ­پروپیلن، افزودن عوامل هسته­ زا باعث بهبود عمل کرد و خواص فرآیندی از جمله:

• بهبود استحکام و سفتی
• بهبود دمای نرم­شدگی حرارتی (HDT)
• کاهش زمان سیکل
• کاهش تاب­ خوردگی و یکنواخت­ تر کردن جمع­ شدگی
• کاهش حساسیت به رنگدانه (در ارتباط با تغییر خواص با رنگ ­های مختلف)
• بهبود فرآیند­پذیری در برخی کاربردهای مشخص
• بنابراین، هسته­ زایی روشی قدرتمند برای بهبود خصوصیات فیزیکی، مکانیکی و نوری پلی پروپیلن به­ شمار می­ آید. وضوح، پایداری ابعادی، تاب­ خوردگی، جمع ­شدگی، CLTE ، HDT، خصوصیات مکانیکی و اثر ممانعتی را می­ توان با انتخاب دقیق هسته ­زاها یا شفاف کننده ­ها بهبود بخشید.

تبلور در پلی ­پروپیلن

پلی­ پروپیلن یک پلیمر نیمه بلورین و پرکاربرد است که از پلیمریزاسیون مونومر پروپن ساخته می­ شود. در طول پلیمریزاسیون، PP می­ تواند بسته به موقعیت گروه ­های متیل سه ساختار زنجیره­­ای اصلی (اتاکتیک، ایزوتاکتیک، و سیندیوتاکتیک) را تشکیل دهد.

بلورینگی یک پلیمر به وسیله­ موارد زیر ارزیابی می­شود:

• شکل و اندازه­ بلورها
• نرخ بلورینگی و در نهایت،
• جهت­ گیری بلورها

پلی پروپیلن ایزوتاکتیک (iPP) یک پلیمر نیمه بلوری است که مشخصه­ مهم آن نسبت عالی قیمت به عمل کرد بوده و در طیف گسترده ­ای از کاربردها مانند خودرو، لوازم خانگی، لوله کشی، بسته بندی و غیره قابل استفاده است.

شاخص ایزوتاکتیسیته iPP مستقیماً با درجه تبلور ارتباط و تأثیر عمده­ ای بر عملکرد پلیمر دارد. ایزوتاکتیسیته سینتیک تبلور، مدول خمشی، سختی و شفافیت را افزایش داده و منجر به کاهش مقاومت در برابر ضربه و نفوذ پذیری می­ شود.

در جدول زیر، خواص دو هموپلیمر پلی­ پروپیلن که دارای شاخص ایزوتاکتیسیته متفاوت هستند مقایسه شده است.

بسته به شرایط، پلی­ پروپیلن ایزوتاکتیک می ­تواند در چهار فاز مختلف که با نام ­های α ، β ، γ و مورفولوژی میان ­گونه ­ای  اسمکتیک مشخص می­ شوند، متبلور شود. که از این بین فازهای α و β مهم تر هستند.

فرآیند هسته ­گذاری در پلی ­پروپیلن

می­ دانیم که نقطه­ آغاز فرآیند تبلور هسته­ های کوچک (ذرات بسیار ریز) هستند که عموماً در بقایای کاتالیست ­های مذاب، ناخالصی ها، گرد و غبار و غیره وجود دارند. بنابراین، می­ توان مورفولوژی بلور را به وسیله­ وارد کردن هسته­ های مصنوعی به مذاب پلیمر اصلاح و کنترل کرد. به این فرآیند هسته ­گذاری می ­گویند.

عوامل هسته ­زا به این دلیل استفاده می ­شوند که مکان ­هایی برای شروع بلورها فراهم آورند.
شفاف­ سازها زیرمجموعه­ عوامل هسته­ زا به ­شمار می­ آیند که بلورهای کوچک ­تری را فراهم می­ کنند و نور کم تری را متفرق کرده و در نتیجه، منجر به بهبود شفافیت دیواره­ قطعه با همان ضخامت قبل می ­شوند.
نقش این عوامل هسته ­زا بهبود خواص فیزیکی و مکانیکی قطعات نهایی است.

عوامل هسته­ زای PP چگونه کار می ­کنند؟

یک عامل هسته ­ساز به طور معمول یک ذره­ نامحلول است (در ادامه بحث خواهد شد) که منجر به افزایش سرعت تبلور می­شود. هنگامی که پلیمرهای نیمه بلوری از مذاب متبلور می ­شوند (به طور معمول در طول مرحله­ خنک ­کاری یک فرآیند)، لاملاها از یک هسته اولیه تشکیل می ­شوند و ساختارهای پیچیده­ ای به نام اسفرولایت ایجاد می ­کنند. این اسفرولایت ­ها تا زمانی که به اسفرولایت مجاور در حال رشد برخورد نکنند به رشد خود ادامه می ­دهند.

خواص پلیمرها از جمله خواص نوری و فیزیکی آن­ها به:

اندازه­ نهایی ساختارهای اسفرولایتی
آرایش یافتگی بلورها در ماتریس
بستگی دارد.

در پلی پروپیلن هسته­ گذاری شده، تبلور در فرآیند خنک ­سازی زودتر و با سرعت بیش تری اتفاق می ­افتد. در نتیجه این امکان فراهم می ­آید تا زمان خنک شدن پلیمر کاهش یابد. هم­چنین، چگالی هسته ­گذاری بسیار بیش تر و اندازه کروی بلورها بسیار کوچک تر خواهد بود.

شکل زیر تصویری از فرآیند هسته ­گذاری ناهمگن را در مقابل رزین بدون عامل هسته ­زا جهت مقایسه نشان می ­دهد:

پلی ­پروپیلن به عنوان ماده­ای شناخته می­ شود که هسته­ گذاری در آن نسبتاً آسان است. دلیل این امر آن است که سرعت تبلور در آن به اندازه کافی پایین بوده و به عامل هسته­ زا اجازه می ­دهد تأثیر مستقیمی بر دانسیته­ی هسته­ گذاری داشته باشد. به علاوه، تأثیر عامل هسته­ زا به پارامترهای زیادی از جمله:

ماهیت پلی­ پروپیلن (هموپلیمر، کوپلیمر تصادفی، کوپلیمر بلوکی)
شاخص ذوب
شاخص پراکندگی
شرایط فرآیندی و حتی
فرآیند پلیمریزاسیون
بستگی دارد.

از فرمولاسیون­ های قالب­ گیری PP هسته ­گذاری شده اغلب برای تولید قطعات تزریق با دیواره نازک (کمتر از ۰٫۴ میلی متر) استفاده می­ شود که نیازمند سفتی هستند. در بعضی موارد، زمان چرخه می ­تواند تا ۳۰٪ کاهش یابد. عوامل هسته ­زا هم­چنین به عنوان شفاف­ ساز برای فیلم­ ها، ورق­ ها و قطعات قالب گیری شده، به ویژه برای کوپلیمرهای تصادفی PP نیز استفاده می­ شوند.

منبع : فرا پلیمر شریف