مقالات

پلی پروپیلن چیست؟

پلی پروپیلن چیست؟

پلی پروپیلن چیست؟

پلی پروپیلن یکی از پرمصرف ترین و اساسی ترین پلیمرهای مورد استفاده در دنیا و بزرگ ترین مصرف کننده پروپیلن می‌باشد. نام این محصول پلی پروپیلن (PP)  و فرمول شیمیایی آن –CH2-CH(CH3)n– می‌باشد.

ساخت پلی پروپیلن

پلی پروپیلن از پلیمریزاسیون پروپیلن در شرایط دما و فشار نسبتا ملایم ودر حضور کاتالیست معروف زیگلر – ناتا انجام می‌شود . وجود این کاتالیست ، پلیمری به صورت ایزوتاکتیک را تشکیل می‌دهد که قادر به متبلور شدن تا حدود ۹۰ درصد می‌باشد.

پلی‌پروپیلن یک پلیمر ترموپلاست می‌باشد از کاربردها آن می توان به فیلم و ورق، قالب‌گیری دمشی، قالب‌گیری تزریقی، بسته‌ بندی غذایی، نساجی، تجهیزات آزمایشگاهی و پزشکی، لوله، کاربردهای صنعتی و ساختمانی و اجزاء خودرو نام  برد. علاوه بر این کاربرد ها، پلیمری که از منومر پروپیلن  تولید می شود به طور معمول در برابر حلال‌های شیمیایی، بازها و اسیدها مقاوم می‌باشد.

ساختار پروپیلن

مولکول پروپیلن دارای ساختار شیمیایی نامتقارن می‌باشد، از این رو فرایند پلیمریزاسیون آن می‌تواند به سه نوع توالی در ساختار پلیمر حاصل منتهی گردد. به دلیل اثرات ناشی از ممانعت فضایی گروه های متیل، توالی سر به دم دارای نظم ساختاری بالاتری نسبت به سایر انواع می‌باشد.

پلی پروپیلن دارای سه پیکربندی فضایی مختلف است که شامل موارد زیر است:

  1. ایزوتاکتیک (iPP): گروه های متیلی در یک طرف صفحه عبوری از زنجیر اصلی می‌باشند.
  2. سیندیوتاکتیک (sPP) : گروه های متیل به صورت یک در میان در دو طرف صفحه عبوری از زنجیر قرار می‌گیرند.
  3. اتاکتیک: (aPP) هیچ نوع نظم خاصی وجود ندارد.

کاربرد کاتالیست زیگلر­  – ناتا

یک کاتالیست زیگلر – ناتا می تواند قرار گرفتن منومرها را در یک آرایش‌یافتگی ویژه محدود کند و تنها اجازه می‌دهد که منومرها در جهت درست به زنجیر پلیمری اضافه شوند. اکثر پلی‌پروپیلن‌های معمول که با استفاده از کاتالیست‌های تیتانیوم کلراید(Ticl4) تولید می‌شوند، دارای درصد بالایی از پلی‌پروپیلن ایزوتاکتیک می‌باشند.

مقاومت پلی‌پروپیلن  به دلیل این به وجود می آید که گروه‌های متیل در یک طرف قرار می گیرند، بعضی مولکول‌ها تمایل دارند که به شکل مارپیچی دربیایند، این مارپیچ‌ها یک به یک در کنار هم قرار می‌گیرند.

iPP  تجاری شده خصوصیات متنوع زیادی دارد  که دلیل  استفاده گسترده آن را به خصوص در صنعت پلاستیک و الیاف فراهم آورده است. یکی از مهم ترین خصوصیات این ماده نسبت به پلیمرهایی نظیر پلی آمیدها  که برای بسیاری از کاربردها مورد استفاده قرار می گیرد جذب رطوبت در آن می‌باشد.

خصوصیات این ماده با انجام برخی اصلاحات بعدی قابل بهبود است. اصلاحات مهمی  که در حال حاضر برای بهبود آن انجام می‌گیرد عبارتند از کنترل فرایند تخریب، شبکه‌ای کردن، عاملیت دار نمودن و شاخه دار کردن.

ساختار مولکول پلی پروپیلن به دلیل ماهیت کاتالیست‌های زیگلر – ناتا خطی می‌باشد که دلیل پایین بودن استحکام مذاب آن است. فایده پایین بودن استحکام مذاب این است که محدودیت کاربرد این پلیمر در فرایندهایی نظیر قالب گیری دمشی و ترموفرمینگ می‌شود.

مشخصات پلی پروپیلن در مقایسه با دیگر پلیمرها :

  1. قیمت نسبتا ارزان منومر پروپیلن
  2. قیمت پائین
  3. وزن مخصوص و سبک
  4. انعطاف پذیری و طیف گسترده تولید PP با خصوصیات فیزیکی و شیمیایی متغیر
  5. افزایش کاربردهای جدید و بهبود خواص گریدهای تولیدی جدید
  6. افزایش کاربرد PP در وسایل و تجهیزات پزشکی و توسعه کاربردهای PP گرید خاص
  7. افزایش مصرف PP به صورت آلیاژ با دیگر پلیمرها
  8. جایگزینی پلیمرهایی مانند PS، PE و غیره با PP

انواع گریدهای پلی‌پروپیلن

مواد پلی‌پروپیلن به دو دسته کلی تقسیم می‌شوند.

  1. پلی‌پروپیلن هموپلیمر که از پلیمریزاسیون مونومر پروپیلن به تنهایی تولید می‌شود .
  2. پلی‌پروپیلن کوپلیمر که از پلیمریزاسیون پروپیلن به همراه کومونومر اتیلن تولید می‌شود.

تفاوت پلی پروپلین هموپلیمر و پلی پروپیلن کوپلیمر

  1. پلی‌پروپیلن هموپلیمر با اینکه استحکام کششی و سختی بالاتری نسبت به پلی‌پروپیلن کوپلیمر دارد ولی نقطه ضعف اصلی آن مقاومت ضربه‌ای آن است.
  2. پلی‌پروپیلن هموپلیمر شکننده‌تر از پلی‌پروپیلن کوپلیمر است. این ضعف بیشتر در دماهای پایین و به ویژه زیر صفر خود را نشان می‌دهد. به همین جهت کاربرد پلی‌پروپیلن هموپلیمر در تولید قطعات تزریقی که در معرض ضربه و دمای پایین قرار می‌گیرند، به شدت محدود است. برای رفع این نقطه ضعف با افزودن مونومر اتیلن در حین پلیمریزاسیون پروپیلن، کوپلیمر پلی‌پروپیلن تولید شده است.
  3. پلی‌پروپیلن کوپلیمر مقاومت ضربه‌ای بالاتری نسبت به پلی‌پروپیلن هموپلیمر دارد. با تنظیم مقدار اتیلن اضافه شده به ساختار پلیمر، تنظیم مورفولوژی کوپلیمر، تنظیم نوع کریستالیزاسیون و همچنین تنظیم وزن مولکولی می‌توان میزان مقاومت ضربه‌ای را تنظیم و تا حد خوبی بالا برد. البته باید توجه داشت که بالا بردن مقاومت ضربه‌ای پلی‌پروپیلن به قیمت کاهش سختی و سفتی پلیمر انجام می‌پذیرد.

نظم ساختاری پلی پروپیلن بااضافه کردن اتیلن به ساختار پلی‌پروپیلن حین پلیمریزاسیون پروپیلن، کاهش می‌دهد. کاهش نظم ساختاری هم به نوبه خود باعث کاهش میزان تبلور (کریستالیزاسیون) پلی‌پروپیلن می‌شود. با توجه به ساختار شکننده بلورها، دلیل افزایش مقاومت ضربه‌ای پلی‌پروپیلن کوپلیمر نسبت به پلیپروپیلن هموپلیمر کاهش بلورینگی است.

کاربردهای  پلی‌پروپیلن

  • پلی‌پروپیلن بلاک کوپلیمر گرید تزریقی به دلیل مقاومت ضربه‌ای خوب در کاربردهایی که در معرض ضربه و هوای سرد قرار دارند مانند قطعات خودرو کاربرد فراوان دارد. سپر، داشبورد، کنسول، رودری، باتری و بسیاری دیگر از قطعات خودرو از این پلیمر تولید می‌گردد.

این پلیمر علاوه بر دانسیته پایین که باعث کاهش وزن خودرو می‌شود، فرایندپذیری خوب و استحکام و مقاومت ضربه‌ای مناسبی ارائه می‌دهد. برخی دیگر از گریدهای با شاخص ذوب بالا جهت تولید ظروف استفاده می‌شود. گریدهای با شاخص ذوب پایین برای فرایندهای اکستروژن مانند تولید لوله‌های آب سرد و گرم و … استفاده می‌شود.

  • پلی‌پروپیلن هموپلیمر بسیار مناسب برای نساجی ویا ورق ها و فیلم های نازک است به دلیل تبلور بالا و مقاومت ضربه‌ای پایین . در این نوع کاربردها بیشتر به استحکام کششی نیاز است و ضعف مقاومت ضربه‌ای اهمیتی ندارد. فیلمهای کشش یافته از دو جهت و الیاف پروپیلن و انواع گونی و تسمه و … از جمله کاربردهای پلی‌پروپیلن هموپلیمر است. البته گریدهای تزریقی پلی‌پروپیلن هموپلیمر هم وجود دارند که در جاهایی که سفتی و سختی اهمیت بیشتری داشته باشد و یا مقاومت حرارتی مورد توجه باشد، کاربرد دارد.

پلی پروپیلن چیست؟