“EFFECT OF NUCLEATING AGENTS IN THE CRYSTALLIZATION MECHANISM AND OPTICAL PROPERTIES OF POLYPROPYLENE”

publicaciones

C. SILVIA MARGARITA REYES SANCHEZ

 

Abstract

Two isotactic polypropylenes, one polymerized by Ziegler-Natta catalysts and the other polymerized by metallocene catalysts, are melt compounded with seven different agents: carbon nanotubes, carbon nano fiber, nanoclays, lithium benzoate, 1,3:2,4-bis(3,4-dimethyl-benzylidene sorbitol), modified montmorillonite, and sodium dodecane. The composites are prepared at 0.1, 0.05, 0.01, and 0.001 weight percent. The nucleating efficiency of the agents is assessed by thermal analysis, while the Avrami’s model is used to analyze the kinetics of isothermal crystallization of the blank polypropylenes and the composites. Finally, haze and clarity are measured in the composites and the pure polymers.

Based on the increase in crystallization temperature, the decrease in half-life time for crystallization, and the reduction in crystal size, the most efficient nucleating agents are the carbon nano fiber and carbon nano tubes at concentrations as low as 0.001 wt %. Sorbitol and lithium benzoate show to be less efficient, while the sorbitol needs to be present at concentrations above 0.05 wt % to even act as nucleating agent. The nanoclays failed to influence the crystallization of both polypropylenes, while modified montmorillonite and sodium dodecane failed to increase the nuclei density of the metallocene polypropylene.

Nucleating agents are more efficient when nucleating the Ziegler-Natta iPP than the metallocene iPP.

The Avrami model is successful at predicting the isothermal crystallization of the composites.

The optical properties of the composites showed a positive correlation with the increase in Tc, the reduction in the half life time of crystallization, and the decrease in crystal size of the composites.

The best achieved result is the great decrease in crystallization half life time in the metallocene polypropylene induced by the addition of carbon nano fibers, even at very low concentrations.

 

Resumen

Dos polipropilenos isostáticos, uno polimerizado por catalizadores de Ziegler-Natta y otro por catalizadores metalocénicos, fueron mezclados en fundido con siete agentes diferentes: nano tubos de carbono, nano fibras de carbono, nano arcillas, benzoato de litio, 1,3:2,4 bi(3,4-dimetilo-benzilideno sorbitol), montmorilonita modificada y dodecanato de sodio. Los compositos fueron preparados al 0.1, 0.05, 0.01 y 0.001 por ciento en peso.

La eficiencia de los agentes fue determinada mediante análisis térmico. Mientras que la cinética de cristalizaci6n de los polímeros y los compositos fue analizada mediante el modelo de Avrami.

Finalmente la claridad y la turbides de los compositos y los polímeros también fue determinada.

Los agentes nucleadores más eficientes a concentraciones de tan solo 0.001 porciento en peso son los nano tubos y las nano fibras de carbono. Esto se concluye a partir de los resultados en el incremento de la temperatura de cristalizaci6n, un menor tiempo-medio de cristalizaci6n y la reducci6n en el tamaño de cristal.

El sorbitol y el benzoato de litio son menos eficientes, en tanto que el sorbitol requiere de concentraciones mayores a 0.05% para actuar como agente nucleador.

Las nano arcillas no influyen en la cristalizaci6n del polipropileno de Ziegler-Natta ni en el metalocénico. Mientras que la montmorilonita modificada y el dodecanato de sodio no incrementan la densidad de núcleos del polipropileno metalocénico.

En general, los agentes de nucleaci6n son más efectivos cuando actúan en el polipropileno de Ziegler-Natta que en el polipropileno metalocénico.

El modelo de Avrami predice satisfactoriamente la cristalización isotérmica de los compositos.

Las propiedades ópticas de los compositos muestran una correlación positiva con el incremento en la Tc, la reducción en el tiempo medio de cristalizaci6n y el tamaño de cristal de los compositos.

El resultado más importante es la reducción en el tiempo medio de cristalización inducido en el polipropileno metalocénico por las nano fibras de carbona, aun cuando presentes en cantidades muy pequeñas.

 

“EFFECT OF NUCLEATING AGENTS IN THE CRYSTALLIZATION MECHANISM AND OPTICAL PROPERTIES OF POLYPROPYLENE”


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