Un agente nucleante es un aditivo que proporciona a un pol\u00edmero semicristalino fundido una superficie prefabricada sobre la cual comenzar a cristalizar, de modo que el fundido solidifica a una temperatura m\u00e1s alta y la pieza se conforma como una poblaci\u00f3n densa de cristales peque\u00f1os en lugar de unos pocos esferulitos grandes. Tambi\u00e9n llamados nucleadores, se dosifican en fracciones de un porcentaje y se compran por lo que esa estructura m\u00e1s fina hace a la pieza: un ciclo de moldeo m\u00e1s corto, mayor rigidez y temperatura de deflexi\u00f3n t\u00e9rmica y \u2014 con la qu\u00edmica adecuada \u2014 baja turbidez.<\/p>\n\n\n\n
El mismo t\u00e9rmino designa una familia diferente de materiales en vitrocer\u00e1micas, donde \u00f3xidos como el di\u00f3xido de titanio y la circonia se a\u00f1aden al vidrio para sembrar fases cristalinas. Todo lo que sigue se refiere al aditivo polim\u00e9rico.<\/p>\n\n\n\n
Reducen la barrera energ\u00e9tica para formar el primer n\u00facleo cristalino. Un n\u00facleo que tiene que ensamblarse por s\u00ed solo en el fundido en masa cuesta una gran cantidad de energ\u00eda; la interfaz entre una superficie extra\u00f1a y el fundido cuesta mucho menos, por lo que la cristalizaci\u00f3n comienza sobre el aditivo mucho antes en la curva de enfriamiento de lo que lo har\u00eda por s\u00ed sola. Debido a que miles de sitios comienzan a la vez, cada esferulito en crecimiento choca con sus vecinos mientras a\u00fan es peque\u00f1o.<\/p>\n\n\n\n
En un estudio de DSC publicado<\/a>, un nucleador de sal org\u00e1nica a 0,3 % en peso en un PP de 3,5 g\/10 min de \u00edndice de fluidez elev\u00f3 la temperatura de cristalizaci\u00f3n de 117,2 \u00b0C a 130,7 \u00b0C a una velocidad de enfriamiento de 10 \u00b0C\/min.<\/p>\n\n\n\n Se venden comercialmente cuatro clases \u2014 mineral, sal org\u00e1nica, clarificador y \u03b2 \u2014 y dos criterios las atraviesan. El primero es el estado f\u00edsico en el fundido: la mayor\u00eda de los nucleadores permanecen como part\u00edculas s\u00f3lidas sobre las que crecen las cadenas. Los clarificadores rompen esa regla deliberadamente, disolvi\u00e9ndose en el fundido y reform\u00e1ndose al enfriarse.<\/p>\n\n\n\n El segundo criterio es la forma cristalina. El polipropileno cristaliza en forma \u03b1 bajo enfriamiento normal, por lo que casi todos los nucleadores comerciales son de tipo \u03b1; un peque\u00f1o grupo induce en su lugar la forma \u03b2 metaestable. Tambi\u00e9n existen nucleadores polim\u00e9ricos como el polivinilciclohexano, pero rara vez se especifican.<\/p>\n\n\n\n Los nucleadores minerales son part\u00edculas inorg\u00e1nicas \u2014 el talco sobre todo, con carbonato de calcio, mica y di\u00f3xido de titanio detr\u00e1s \u2014 que se compran por su bajo costo, estabilidad t\u00e9rmica y una modesta ganancia de rigidez.<\/p>\n\n\n\n En una comparaci\u00f3n revisada por pares<\/a> en un homopol\u00edmero de iPP, el talco a 8500 ppm elev\u00f3 el m\u00f3dulo el\u00e1stico de 1957 a 2088 MPa, mientras que el benzoato de sodio a 900 ppm \u2014 aproximadamente una d\u00e9cima parte de la carga \u2014 alcanz\u00f3 2515 MPa. Los minerales tambi\u00e9n se dispersan mal en PP y no aportan nada a la claridad.<\/p>\n\n\n\n Las sales org\u00e1nicas concentran la mayor parte de la \u03b1-nucleaci\u00f3n comercial: benzoato de sodio, las sales de \u00e9ster fosfato vendidas como NA-11 y NA-21, las sales de dicarboxilato bic\u00edclicas de la familia HPN y amidas diciclohex\u00edlicas como la TMB-5. Se compran por rigidez, temperatura de deflexi\u00f3n t\u00e9rmica y tiempo de ciclo en fracciones de un porcentaje \u2014 un nucleador alfa de alta rigidez<\/a> especifica 0,05\u20130,30 % en peso.<\/p>\n\n\n\n Las sales de \u00e9ster fosfato proporcionan alta rigidez pero se contraen de manera desigual a lo largo y a trav\u00e9s de la direcci\u00f3n de flujo \u2014 el argumento que Milliken presenta en sus patentes para sus propias sales HPN, que se venden por una contracci\u00f3n que resulta igual en ambas direcciones.<\/p>\n\n\n\n El estearato de calcio, el captador de \u00e1cido presente en la mayor\u00eda de las formulaciones de PP, degrada el rendimiento de los nucleadores de sal de sodio \u2014 la patente de Milliken sit\u00faa la p\u00e9rdida en aproximadamente 3\u20134 \u00b0C de temperatura de cristalizaci\u00f3n para el benzoato de sodio y NA-11, suficiente para hacer que el nucleador sea casi ineficaz. El efecto es espec\u00edfico de esas sales de sodio; otros nucleadores org\u00e1nicos se mezclan con estearatos met\u00e1licos a prop\u00f3sito, para dispersarlos.<\/p>\n\n\n\n Un agente clarificante es un agente nucleante que se disuelve en el fundido y luego cristaliza por delante del pol\u00edmero al enfriarse, como una red tridimensional de fibrillas a escala nanom\u00e9trica, de modo que la pieza sale transparente<\/a>.<\/p>\n\n\n\n Las qu\u00edmicas son los acetales de sorbitol \u2014 DBS, MDBS y DMDBS, en orden de desarrollo \u2014 el acetal de nonitol del tipo NX 8000 y ciertas bencenotrisamidas. Todo clarificador es tambi\u00e9n un nucleador, por lo que acorta el ciclo y rigidiza la pieza tambi\u00e9n. Un nucleador particulado deja la turbidez sin cambios en el mejor de los casos, y el benzoato de sodio la elev\u00f3 de forma medible en una prueba comparativa.<\/p>\n\n\n\n Un clarificador se compra contra una especificaci\u00f3n de turbidez. En esa prueba<\/a>, el DMDBS a 1000\u20132200 ppm en un homopol\u00edmero de PP redujo la turbidez hasta en un 70 % y elev\u00f3 el brillo hasta en un 40 %, medido seg\u00fan ASTM D 1003-00 y D 2457-03 en placas moldeadas por inyecci\u00f3n de 1 mm. Un polvo clarificante<\/a> se dosifica a 0,15\u20130,25 %.<\/p>\n\n\n\n Los agentes nucleantes \u03b2 inducen la forma cristalina \u03b2 metaestable, que el polipropileno no produce en cantidad por s\u00ed solo. Los selectivos son sales de calcio de \u00e1cidos dicarbox\u00edlicos \u2014 pimelato de calcio y suberato de calcio \u2014 junto con ciertos pigmentos de quinacridona y un grupo de aril amidas.<\/p>\n\n\n\n Se compran por resistencia al impacto y resistencia t\u00e9rmica, y cada ganancia tiene un costo. La turbidez aumenta con el contenido de \u03b2, el m\u00f3dulo de tracci\u00f3n alcanza su m\u00ednimo cerca de la carga donde el impacto alcanza su m\u00e1ximo, y el pigmento de quinacridona original ti\u00f1e la pieza de rojo.<\/p>\n\n\n\n Un transformador compra un agente nucleante por uno de cinco resultados \u2014 un ciclo de moldeo m\u00e1s corto, una pieza m\u00e1s r\u00edgida que mantiene su forma a mayor temperatura, una pieza transparente, una pieza m\u00e1s resistente o una contracci\u00f3n m\u00e1s uniforme \u2014 y la clase se deriva del resultado.<\/p>\n\n\n\n El tama\u00f1o de cualquier ganancia lo determinan conjuntamente la resina base, el aditivo y la carga, por lo que las cifras en la ficha t\u00e9cnica de un aditivo son un punto de partida para un ensayo con la resina que usted utiliza.<\/p>\n\n\n\n El polipropileno es donde la nucleaci\u00f3n est\u00e1 establecida, con el PET, el PLA y las poliamidas detr\u00e1s de \u00e9l y el polietileno como un caso raro. El PP cristaliza lo suficientemente lento como para que un aditivo establezca la densidad de nucleaci\u00f3n, y grados nucleados y clarificados<\/a> se venden como tales en todo el copol\u00edmero aleatorio<\/a> familia \u2014 homopol\u00edmero, copol\u00edmero aleatorio y copol\u00edmero de impacto por igual.<\/p>\n\n\n\n El PET y el PLA se nuclean por una raz\u00f3n diferente: ambos cristalizan tan despacio que una pieza moldeada o termoconformada puede salir amorfa de la herramienta. El benzoato de sodio, la qu\u00edmica barata del PP, nuclea el PET qu\u00edmicamente, rompiendo extremos de cadena y llev\u00e1ndose consigo el peso molecular y las propiedades.<\/p>\n\n\n\n Las poliamidas tambi\u00e9n aceptan agentes nucleantes, aunque con sus propios aditivos. El polietileno cristaliza demasiado r\u00e1pido para que la mayor\u00eda de los aditivos importen.<\/p>\n\n\n\n Un agente nucleante llega al transformador por una de tres rutas: ya incorporado en el grado del productor de resina, como masterbatch diluido durante el procesamiento, o como polvo puro dosificado en la compuestaci\u00f3n.<\/p>\n\n\n\n El grado del productor es la ruta que no necesita equipo. El aditivo llega dispersado, mezclado con el resto del paquete de aditivos<\/a> en la etapa de peletizaci\u00f3n, y la ruta conviene a un transformador que trabaja con un peque\u00f1o n\u00famero de grados de alto volumen.<\/p>\n\n\n\nTipos de agentes nucleantes<\/h2>\n\n\n\n
Agentes nucleantes minerales<\/h3>\n\n\n\n
Agentes nucleantes de sal org\u00e1nica<\/h3>\n\n\n\n
Agentes clarificantes<\/h3>\n\n\n\n
Agentes nucleantes \u03b2<\/h3>\n\n\n\n
Para qu\u00e9 se utilizan los agentes nucleantes<\/h2>\n\n\n\n
Se compra por<\/th> Qu\u00e9 cambia en la pieza<\/th> Clase que lo proporciona<\/th> Pieza t\u00edpica<\/th><\/tr><\/thead> Ciclo m\u00e1s corto<\/td> La cristalizaci\u00f3n comienza m\u00e1s arriba en la curva de enfriamiento, por lo que la pieza es lo suficientemente r\u00edgida para expulsarse antes<\/td> Cualquier \u03b1-nucleador eficaz, incluidos los clarificadores<\/td> Envases de pared delgada, utillaje de cierre de alta cavitaci\u00f3n<\/td><\/tr> Rigidez y resistencia t\u00e9rmica<\/td> El m\u00f3dulo de flexi\u00f3n y la temperatura de deflexi\u00f3n t\u00e9rmica aumentan; el espesor de pared puede reducirse a igual carga superior<\/td> \u03b1-nucleadores de sal org\u00e1nica; los minerales m\u00e1s d\u00e9bilmente<\/td> Tapones y cierres, papeler\u00eda, bandejas aptas para microondas<\/td><\/tr> Claridad<\/td> La turbidez disminuye y el brillo aumenta<\/td> Clarificadores<\/td> Vasos y tarros, envases transparentes, jeringas y material de laboratorio<\/td><\/tr> Tenacidad<\/td> La resistencia al impacto aumenta, y la opacidad con ella<\/td> \u03b2-nucleantes<\/td> Piezas moldeadas de grado impacto donde la tenacidad es determinante<\/td><\/tr> Contracci\u00f3n uniforme<\/td> La contracci\u00f3n a lo largo y a lo ancho de la direcci\u00f3n de flujo convergen, por lo que las piezas se deforman menos<\/td> Sales de dicarboxilato bic\u00edclico de tipo HPN<\/td> Piezas moldeadas planas grandes, piezas termoconformadas<\/td><\/tr><\/tbody><\/table><\/figure>\n\n\n\n Qu\u00e9 pol\u00edmeros utilizan agentes nucleantes<\/h2>\n\n\n\n
C\u00f3mo se a\u00f1aden los agentes nucleantes al pol\u00edmero<\/h2>\n\n\n\n