Однако следует отметить, что полимеры в чистом виде используются только для научных экспериментов, а в промышленности применяются только в сочетании с различными добавками, необходимыми, чтобы обеспечить перерабатываемость материала либо эксплуатационные характеристики конечного изделия. Одним из классов добавок, обеспечивающих эксплуатационные свойства полимерных материалов, являются нуклеирующие добавки. Нуклеирующие агенты позволяют сократить время цикла переработки полимера, улучшить физико-механические свойства, а некоторые типы улучшают и оптические свойства материала. Добавки, используемые для повышения прозрачности, часто называют осветлителями. В данной статье не рассматриваются нуклеирующие добавки для вспененных полимерных материалов, а основное внимание уделяется частично кристаллическим полимерам, таким как полиэтилен, полипропилен, термопластичные полиэфиры и полиамиды. Большая часть статьи посвящена нуклеирующим добавкам для полипропилена и его сополимеров, т.к. основная часть добавок разработана и применяется именно для этих полимеров.
Механизм кристаллизации полимеров
Многие полимеры, так же как и низкомолекулярные жидкости, способны кристаллизоваться из расплава при охлаждении ниже температуры плавления кристаллической фазы. Однако процесс этот намного сложней, чем в низкомолекулярных жидкостях, вследствие ограниченной подвижности полимерных цепей, наличия зацеплений и нерегулярности структуры, способной полностью подавить кристаллизацию (полимеры a-олефинов при наличии в боковых цепях более 5 атомов углерода не кристаллизуются). Именно из-за ограниченной подвижности полимеры кристаллизуются при температуре значительно ниже температуры плавления. Например, статистический сополимер этилена с пропиленом (RCP) плавится при температуре 1450С, а кристаллизоваться начинает при температуре 1120С. Кристаллизация полимеров из расплава при отсутствии внешнего давления происходит, как правило, со складыванием цепей. Структура с полностью вытянутыми цепями (КВЦ) термодинамически более выгодна, чем структура со сложенными цепями, но энергия активации образования кристалла с вытянутыми цепями намного выше, поэтому в большинстве случаев образуются кинетически более выгодные кристаллы со сложенными цепями (КСЦ). Структура полимера после охлаждения представляет собой совокупность большого числа складчатых (ламеллярных) кристаллитов (так называемых сферолитов), соединённых проходными молекулами. См. рис. 1 Ламеллы и сферолиты. 
По термодинамическим и кинетическим причинам гибкоцепные полимеры никогда не бывают полностью кристаллическими, поэтому их называют аморфно-кристаллическими, или частично-кристаллическими. Структуру такого полимера можно представить в виде трёхмерной сетки, узлы которой образованы кристаллитами и соединены аморфными участками, состоящими из проходных цепей. Именно малой долей держащих нагрузку цепей обусловлена низкая реальная прочность кристаллизующихся полимеров (всего несколько процентов от теоретической).
|
