پلی‌پروپیلن

در اواخر دهه 1950 به بازار معرفی و عرضه شد و ترموپلاستیک تجاری-اقتصادی با گسترده‌ترین کاربرد است که در جهان سریع‌ترین رشد و توسعه را داشته است. PP، پلیمری با کاربردهای متعدد و گوناگون است که در ساخت الیاف، فیلم‌ها، لوازم خانگی تا ضربه‌گیرهای خودرو مورد استفاده قرار گرفته است. در بسیاری از کاربردها، همانند الیاف شیشه، گرمانرم‌های تقویت‌شده با مواد معدنی و فلزات، PP جای‌گزین سایر مواد شده است. از طریق پلیمریزه کردن مونومر پلی‌پروپیلن با یک کاتالیست بر پایه تیتانیوم، پلی‌پروپیلن ساخته و تولید شده است. برای آغاز واکنش پلیمریزاسیون، یک کاتالیست کمکی ثانوی (تری‌اتیل‌آلومینیوم) با محیط واکنش افزوده می‌شود و از هیدروژن برای کنترل وزن مولکولی پلیمر درون رآکتور استفاده می‌شود. این واکنش با استفاده از یک فرآیند دوغابی یا فرایندی از نوع گازی انجام می‌شود. سه ساختار از PP وجود دارند: ایزوتاکتیک، سندیوتاکتیک و آتاکتیک ساختار اصلی PP، ماده نیمه بلوری ایزوتاکتیک در شکل مارپیچی است. این ساختار خواص مکانیکی خوبی، همانند سفتی و استحکام کششی دارد. این خواص را می‌توان با استفاده از عوامل هسته‌زا یا با پرکننده‌هایی همانند تالک، کلسیم، کربنات با الیاف شیشه، به میزان بیش‌تری افزایش تقویت نمود. PP سیندیو تاکتیک، از طریق واحدهای مونومری پلی‌پروپیلن که به طور متناوب، به صورت سر به دم به یکدیگر وصل شده اند تولید می‌شود. این ساختار نسبت به ساختار ایزوتاکتیک، انعطاف‌پذیرتر است ولیکن مقاومت ضربه‌ای بهتر و وضوح بیش‌تری دارد.

PP اتاکتیک (مونومر بی‌شکل واکس سخت) محصول جانبی فرآیند ساخت و تولید PP می‌باشد. این محصول در قیراندود کردن سطح پشت‌بام‌ها و نیز ساخت چسب‌ها در صنعت تولید کفش مورد استفاده قرار می‌گیرند.

هر سه ساختار PP نسبت به اکسیداسیون ناشی از حضور هیدروژن نوع سوم (Tertiary Hydrogen) بسیار حساس می‌باشند. پلی‌پروپیلن به وسیله افزودن آنتی‌اکسیدان‌های نوع اول و نوع دوم در برابر تخریب و تجزیه گرمایی پایدارسازی و مقاوم می‌شوند. همچنین از عوامل خنثی‌کننده ویژه برای پایدارسازی مقادیر کم خاکستر کلراید تولید شده در حین فرآیند، استفاده می‌شود. از سایر افزودن‌های خاص نیز همانند عوامل آنتی‌استاتیک و عوامل لغزنده‌ساز و پایدارکننده‌های UV استفاده می‌شود. پلی‌پروپیلن، به طور تجاری به صورت هموپلیمرها، کوپلیمرهای تصادفی، یا کوپلیمرهای مقاوم در برابر ضربه به فروش می‌رسد. خواص فیزیکی آن از پلیمری با استحکام بالا و سفتی زیاد تا پلیمری انعطاف‌پذیر با استحکام پایین‌تر ولی چقرمگی بزرگ‌تر در حال تغییر است. هموپلیمر PP، از بالاترین نقطه ذوب و سفتی همراه با دامنه گسترده‌ای از خواص جریان مذاب (Melt Flow) برخوردار است.

کوپلیمرهایی که در ساختار آن‌ها مقادیر اندکی اتیلن وارد شده است، بلورینگی پایین‌تری دارند، انعطاف‌پذیرند، نقطه ذوب پایین‌تری دارند و از خواص مقاومت ضربه‌ای بهبودیافته و بهتری برخوردارند.

کوپلیمرهای مقاوم در برابر ضربه، از طریق افزودن اتیلن در واکنش‌گاه پلیمریزاسیون، کوپلیمریزه و تولید می‌شوند. کوپلیمر (اتیلن) به عنوان یک نرم‌کننده (Plasticizer) و کمک‌فرآیند عمل می‌کند و به طور یکنواخت و هموار در سرتاسر بستر پایه ماتریس هموپلیمر پراکنده می‌شود تا یک پلیمر هتروفاز یعنی دارای دو فاز ناهمگون به دست آید. این کوپلیمر حتی در دماهای پایین، مقاومت ضربه‌ای بسیار بالایی دارد. کوپلیمرهای با مقاومت ضربه‌ای بالا از طریق آمیزه‌سازی پیش‌مخلوط (Pre-blend) کوپلیمر، افزودنی‌ها و لاستیک EPDM تهیه و تولید می‌شوند.

ساختار شیمیایی و خواص عمومی هموپلیمر PP در زیر آمده است:

پلی‌پروپیلن ماده‌ای سبک است با جرم مخصوص کم‌تر از آب و از پلیمر شدن گاز پروپیلن به دست می‌آید. پلی‌پروپیلن در برابر رطوبت، روغن‌ها و حلال‌های معمولی مقاوم است و در دمای حدود 170 درجه سانتی‌گراد ذوب می‌شود.

امروز پلی‌پروپیلن انواع متعددی دارد و با وزن‌های مولکولی متفاوت و افزودنی‌های متنوع همراه می‌شود تا در کاربردهای مناسب مورد استفاده قرار گیرد. پلی‌پروپیلن در دمای معمولی جامد است. برحسب نظم و ترتیبی که مولکول‌ها دارند، خواص متفاوتی از خود نشان می‌دهند.

پلی‌پروپیلن ترموپلاستیک تجاری-اقتصادی خاص با گسترده‌ترین کاربرد است که در جهان رشد و توسعه داشته است. PP، پلیمری با کاربردهای متعدد و گوناگون است که در ساخت الیاف، فیلم‌ها، لوازم خانگی تا ضربه‌گیرهای خودرو مورد استفاده قرار گرفته است. در بسیاری از کاربردها همانند الیاف شیشه گرمانرم‌های تقویت‌شده با مواد معدنی و فلزات، PP جای‌گزین سایر مواد شده است. از طریق پلیمریزه کردن مونومر پروپیلن با یک کاتالیست بر پایه تیتانیوم، پلی‌پروپیلن ساخته و تولید شده است. برای آغاز واکنش پلیمریزاسیون یک کاتالیست کمکی ثانوی (تری اتیل آلومینیوم) با محیط واکنش افزوده می‌شود و از هیدروژن برای کنترل وزن مولکولی پلیمر درون راکتور استفاده می‌شود. این واکنش با استفاده از یک فرآیند دوغابی یا فرآیندی از نوع فاز گازی انجام می‌شود.

سه ساختار از PP وجود دارد: ایزوتاکتیک، سیندیوتاکتیک، اتاکتیک. ساختار اصلی PP، ماده نیمه‌بلوری ایزوتاکتیک در شکل مارپیچی است. این ساختار خواص مکانیکی خوبی  همانند سفتی و استحکام کششی دارد. این خواص را می‌توان با استفاده از عوامل هسته‌زا یا پرکننده‌هایی همانند تالک، کلسیم کربنات یا الیاف شیشه به میزان بیش‌تری افزایش و تقویت نمود. PP سیندیوتاکتیک از طریق واحدهای مونومری پروپیلن که به طور متناوب به صورت سر به دم به یکدیگر وصل شده‌اند تولید می‌شود. این ساختار نسبت به ساختار ایزوتاکتیک انعطاف‌پذیرتر است ولیکن مقاومت ضربه‌ای بهتر و وضوح بیش‌تری دارد. PP اتاکتیک (مونومر بی‌شکل واکس سخت)، محصول جانبی فرآیند ساخت و تولید PP می‌باشد. این محصول در قیراندود کردن سطح پشت بام‌ها و نیز ساخت چسب‌ها در صنعت تولید کفش مورد استفاده قرار می‌گیرد.

پلی‌پروپلین در خانواده پلاستیک‌های ترموپلاستیک نیمه بلوری طبقه‌بندی می‌شود. پلی‌پروپیلن ایزوتاکتیک و سیندیوتاکتیک قابلیت تبلور دارند. در حالی که پلی‌پروپیلن اتاکتیک ساختاری آمورف دارد.

پارامترهای اصلی تعیین‌کننده خواص این پلیمر وزن مولکولی و توزیع آن، شاخص جریان مذاب پلیمر، درصد ایزوتاکتیسیتی و همچنین فرآیند پلیمریزاسیون، نوع، مقدار و مواد افزودنی هستند.

افزایش درصد ایزوتاکتیسیتی در پلی‌پروپیلن استفاده شده در تولید الیاف در محدوده 150000 تا 600000 قرار دارد، برای تولید بخش عمده‌ای از الیاف متداول متوسط وزنی وزن مولکولی در محدوده 200000 تا 350000 است.

پلی‌پروپیلن میزان تبلور بالایی دارد که تا 70% نیز می‌رسد. پلی‌پروپیلن نسبت به تابش پرتوی ماوراء بنفش حساس است و تخریب می‌شود. برای جلوگیری از این فرآیند ناخواسته به آن مواد پایدارکننده نوری پرتو ماورای بنفش اضافه می‌شود.

هر سه ساختار PP نسبت با اکسیداسیون ناشی از حضور هیدروژن نوع سوم (Tertiary Hydrogen)، بسیار حساس می‌باشند. پلی‌پروپیلن به وسیله افزودن آنتی‌اکسیدان‌های نوع اول و نوع دوم در برابر تخریب و تجزیه گرمایی پایدارسازی و مقاوم می‌شوند. همچنین از عوامل خنثی‌کننده ویژه برای پایدارسازی مقادیر کم خاکستر کلراید تولید شده در حین فرآیند استفاده می‌شود. از سایر افزودنی‌های خاص نیز همانند عوامل آنتی‌استاتیک و عوامل لغزنده‌ساز و پایدارکننده‌های UV استفاده می‌شود. پلی‌پروپیلن به طور تجاری به صورت هموپلیمرها، کوپلیمرهای تصادفی، یا کوپلیمرهای مقاوم در برابر ضربه به فروش می‌رسد. خواص فیزیکی آن از پلیمری با استحکام بالا و سفتی زیاد تا انعطاف‌پذیر با استحکام پایین‌تر ولی چقرمگی بزرگ‌تر در حال تغییر است. هموپلیمر PP، از بالاترین نقطه ذوب و سفتی همراه با دامنه گسترده‌ای از خواص جریان مذاب برخوردار است.

کوپلیمرهایی که در ساختار آن‌ها مقادیر اندکی اتیلن وارد شده است بلورینگی پایین‌تری دارند، انعطاف‌پذیرند، نقطه ذوب پایین‌تری دارند و از خواص مقاومت ضربه‌ای بهبودیافته و بهتری برخوردارند.کوپلیمرهای مقاوم در برابر ضربه، از طریق افزودن اتیلن در واکنش‌گاه پلیمریزاسیون، کوپلیمریزه شده و تولید می‌شوند. کوپلیمر (اتلین) به عنوان یک نرم‌‌کننده . کمک‌فرآیند عمل می‌کند و به طور یکنواخت و هموار در سرتاسر بستر پایه ماتریس هموپلیمر پاکنده می‌شود تا یک پلیمر هتروفاز یعنی دارای دو فاز ناهمگون به دست آید. این کوپلیمر حتی در دماهای پایین، مقاومت ضربه‌ای بسیار بالایی دارد. کوپلیمرهای با مقاومت ضربه‌ای بالا از طریق آمیزه‌سازی پیش مخلوط کوپلیمر، افزودنی‌ها و لاستیک EPDM تهیه و تولید می‌گردند.

پلی‌پروپیلن یکی از پلیمرهای با کارایی متنوع است که در تولید قطعات مختلف پلاستیکی و همچنین در صنعت الیاف کاربرد دارد. این پلیمر به دلیل تبلور بالا و ساختار آلیفاتیک غیر قطبی که فاقد هر گونه عامل فعال است با روش‌های متداول قابل رنگ‌رزی نیست لذا برای تولید الیاف رنگی از روش رنگ‌رزی توده پلیمر استفاده می‌شود که خود محدودیت‌هایی را از نظر تنوع، شفافیت رنگی، امکان رنگ‌رزی در هر مرحله از تولید کالای نساجی و… به دنبال می‌آورد. از این رو کوشش‌های بسیاری در زمینه تولید الیاف پلی‌پروپیلن اصلاح شده که قابل رنگ‌رزی با روش‌های مرسوم باشند انجام و اختراعات بسیاری ثبت شده‌اند. عمده این اصلاحات بر مبنای افزودن عواملی مانند پلی‌پروپیلن (به صورت ایجاد پیوند بر روی زنجیر مولکولی) برای بهبود جذب مواد رنگ‌زاست. با این وجود هنوز الیاف پلی‌پروپیلن اصلاح شده به بازار عرضه نشده‌اند.

مزایای PP

• پایداری سبک‌تر با چگالی پایین
• نقطه ذوب بالا
• دماهای کاربرد نهایی در حدود 212 درجه فارنهایت
• مقاومت شیمیایی خوب در برابر هیدروکربن‌ها، الکل‌ها و معرف‌های غیر اکسنده
• مقاومت خستگی خوب (درب‌ها یا سرپوش‌های لولادار با طول عمر کامل)
• از طریق همه روش‌های فرآیندی ویژه بسپارهای گرمانرم، می‌توان PP را فرآیند نمود و شکل داد: قالب‌گیری تزریقی، قالب‌گیری فشاری، قالب گیری بادی، اکستروژن، فیلم‌های ریخته‌گری شده و شکل‌دهی حرارتی

معایب و محدودیت‌های PP

از طریق UV تخریب می‌شود. قابل اشتعال، ولیکن انواع تجاری FR (دارای خاصیت به تأخیر انداختن شعله) در دسترس می‌باشد. به وسیله حلال‌های کلردارشده و آروماتیک تحت حمله قرار می‌گیرد. به سختی پیوند می‌دهد چندین فلز، تخریب اکسایشی را سرعت می‌بخشد.

کاربردهای PP

پلی‌پروپیلن به روش‌های گوناگونی مانند قالب‌گیری تزریقی، دمشی، چرخشی و اکستروژن کل می‌گیرد که بسته به نوع مصرف می‌تواند حاوی مواد افزودنی، ضد اکسایش، پایدارکنندهUV، مواد ضد الکتریسیته ساکن، عوامل هسته‌زا، رنگ‌دانه‌ها، مواد ضد آتش، پرکننده‌ها و… باشد.

پلی‌پروپیلن بیش‌تر در فرآیند قالب‌گیری تزریقی استفاده می‌شود و در صنعت الیاف در مقام دوم قرار دارد. مصرف الیاف پلی‌پروپیلن در یک دهه اخیر افزایش یافته و پس از پلی‌استر دومین لیف مصنوعی پرمصرف است. پلی‌پروپیلن برای مصرف صنعت نساجی به صورت الیاف و نخ‌های یکسره در ظرافت‌های گوناگون به بازار عرضه شده است. الیاف بسیار ظریف آن برای تولید لایی (به ویژه ترموباندینگ) و ریسندگی، الیاف با ظرافت متوسط برای ریسندگی و تولید نخ بافندگی و تریکو و الیاف ضخیم آن برای تولید کف‌پوش‌ها به کار می‌روند. خصوصیات مطلوب و ارزانی این الیاف سبب کاربرد گسترده آن در عرصه منسوجات بی‌بافت در سازه‌ها شده است. نخ فیلامنتی پلی‌پروپیلن عمدتاً به صورت نخ BCF (Bulk Continuous Filament) تولید می‌شود که در تولیدکف پوش‌ها به کار می‌رود. البته نخ‌های ظریف آن نیز برای کاربردهای گوناگون به ویژه به عنوان نخ‌های صنعتی، تولید می‌شوند اما استفاده از آن‌ها در نساجی به دلیل عدم امکان رنگ‌رزی و نیز قابلیت تکسچره شدن ضعیف آن‌ها با روش‌های متداول تکسچره کردن نخ‌های ظریف (روش تاب مجازی) محدود است.

این پلیمر در صنعت خودرو، تزئینات داخلی، پروانه‌ها، کف‌پوش خودرو، صنایع بسته‌بندی و الیاف استفاده می‌شود. زیلوها، پوشش‌های چمن مصنوعی، طناب ضد پوسیدگی و تورهای ماهیگیری از دیگر استفاده‌های پلی‌پروپیلن ‌اند.

بسته‌بندی

فیلم‌های بسته‌بندی انعطاف‌پذیر، فیلم‌های بسته‌بندی که به طور دو محوری جهت داده شده‌اند.

پارچه

تک‌رشته جهت داده شده و کشیده شده نوارهای باریک ویژه منسوجات، قالی‌بافی، پارچه‌های طبی ایزوله شده و پوشش‌های پشتی فرش بافته شده.

کاربردهای خودرویی

اجزای داخلی، ضربه‌گیرها، اسپویلرها، سیستم‌های خروج هوا، اجزای زیر کاپوت، خرطومی (فانوسی) محافظ سر چرخ.

مراقبت‌های طبی و شخصی

محصولات بهداشتی، کالاهای خانگی، سینی‌های با کاربرد طبی، صافی‌‌ها با آب‌کش‌ها، و ظروف توخالی.

کالاهای مصرفی

سرپوش‌ها، درپوش‌های فوقانی، اسپری‌ها، بسته‌بندی صلب و نیمه‌صلب، قاب‌های ویدئوکاست، اسباب‌بازی‌ها، سخت‌افزار برقی، بدنه لوازم خانگی و اجزای تشکیل‌دهنده آن‌ها، اسباب‌ واثاثیه گردش صحرایی و بیرون از شهر در هوای آزاد و جمدان سفر و… .

بطری‌ها

بطری‌های کشش قالب‌گیری شده به روش قالب‌گیری بادی تزریقی با سفتی، مقاومت ضربه ای و شفافیت عالی.