• پلی پروپیلن (PP)

    پلی پروپیلن (PP)

    پلی پروپیلن (PP) یک پلیمر خطی هیدروکربنی است، به عنوان CnH2n بیان می شود. PP، مانند پلی اتیلن (HDPE/LLDPE راا ببینید) و پلی بوتن (PB)، یک پلی اولفین یا پلیمری اشباع شده است. پلی پروپیلن یکی از متنوع ترین پلیمرهای در دسترس است با کاربردهایی هم به عنوان یک پلاستیک و هم به عنوان فیبر، تقریبا در تمام بازارهای پلاستیک وجود دارد.

    1  توسعه

    پس از کار توسط زیگلر در آلمان، فرایندی را برای تولید پلیمرهای "stereoregular" توسط پروفسور ژولیو ناتا در ایتالیا کامل شد. ناتا اولین بار در اسپانیا در سال 1954 رزین های پلی پروپیلن تولید کرد. ناتا کاتالیزوری استفاده کرد که  برای صنعت پلی اتیلن توسعه یافته بود و آن را برای گاز پروپیلن اعمال کرد.

    این پلیمرهای جدید با توانایی متبلور شدن به زودی محبوب شد و پلی پروپیلن در حال حاضر یک محصول بسیار موفق در بسیاری از حوزه ها است. تولید تجاری در سال 1957 آغاز شد و استفاده از پلی پروپیلن رشد خوبی از این تاریخ نشان داده است. تنوع کاربرد این پلیمر (توانایی انطباق با طیف گسترده ای از روش های ساخت و کاربردها) نرخ رشد خود را حفظ کرده است که PP را قادر به چالش کشیدن سهم بازار مواد جایگزین در مجموعه ای از کاربردها از جمله ...

    نوع

    محصول

    قالب گیری شده

    قطعات خودرو، قایق های تفریحی و غیره

    فیبرها

    فرش، ریسمان نجات، پوشاک و غیره

    نوار

    کنف

    فیلم

    فیلم جهت گیرنده دو محوره(OPP)

    فوم

    فوم ساختاری، بسته بندی با چگالی پایین (فرایند مهره ای شبیه به XPS)

     

    پلی پروپیلن جهت گیرنده (OPP) شاهد رشد قابل توجهی بوده و تقریبا در تمام کاربردها جایگزین سلفون شده است.

    2  خواص

    خواص پلی پروپیلن عبارتند از ...

    • نیمه سخت
    • نیمه شفاف
    • مقاومت شیمیایی خوب
    • مستحکم
    • مقاومت خستگی خوب
    • ویژگی لولایی
    • مقاومت حرارتی خوب

    PP  مشکل ترک خوردگی در اثر استرس نداشته و مقاومت الکتریکی و شیمیایی عالی در دماهای بالاتر نشان می دهد. در حالی که خواص PP شبیه به خواص پلی اتیلن است، اما تفاوت های خاصی بینشان وجود دارد. این تفاوت ها عبارتند از چگالی کمتر، نقطه نرم شدن بالاتر(PP  زیر 160درجه سانتی گراد ذوب نمی شود، پلی اتیلن، پلاستیک رایج تری بوده و در حدود 100 درجه سانتی گراد تجزیه می شود) و صلبیت بالاتر و سختی. مواد افزودنی برای محافظت از پلیمر در طول پردازش و به منظور افزایش عملکرد در هنگام مصرف به تمام رزین های  پلی پروپیلن به صورت تجاری تولید شده افزوده می شود.

     

     

    Homopol

    Copolym

    چگالی                                     

    / kgm-3

    905

    905

    قیمت/تن

    / £

    680

    620

    استحکام کششی

    / Mpa

    33

    25

    ماژول کششی

    / Gpa

    1.4

    1.0

    افزایش طول در هنکام شکستن

    / %

    150

    300

    سختی

    / Rockwell "R" Scale

    90

    80

    Notched Izod Impact

    / kJm-1

    0.07

    0.1

    دمای توزیع حرارت

    @ 0.45 MPa / °C

    105

    100

    دمای توزیع حرارت

    @ 1.80 MPa / °C

    65

    60

    حجم مقاومت ویژه

    / logÙm

    19

    19

    شاخص اکسیژن

    / %

    17

    17

     

    3 ساختار شیمیایی

    پلیمر هیدروکربن های خطی، اشباع کم و یا هیچ. شبیه به پلی اتیلن در بسیاری از خواص، به خصوص خواص انحلال و الکتریکی است. با این حال، حضور گروه متیل متصل به اتم های کربن زنجیره ستون فقرات به طور یک در میان جایگزین می تواند خواص را به شیوه هایی تغییر دهد:

     

    (i) می تواند یک سختی جزئی در زنجیره تولید کند - افزایش نقطه ذوب بلوری (TM)؛

     

    (II) می تواند با تقارن مولکولی تداخل کند- کاهش تبلور و از این رو کاهش TM.

     

     

    Isotactic

     

     

    Syndiotactic

     

    Atactic

     

    در مورد پلیمرهای بسیار منظم، فرم ISOTACTIC، نتیجه نهایی نقطه ذوب30 درجه بالاتر از HDPE است.

     

    گروه متیل همچنین دارای یک اثر شیمیایی می باشد، یعنی اتم کربن ترشیری یک سایت برای اکسیداسیون فراهم می کند - PP ناپایدار از PE، همچنین پراکسیدها و اشعه منجر به بریدگی زنجیره ای به جای شبکه ای شدن می شود.

     

    تولید کنندگان "شاخص isotactic" - مقدار نامحلول در حلال گرم – را ارائه می دهند که نشان می دهد درصد پلیمر isotactic در کلاس. N.B. معمولا 90-95٪  isotactic می باشد. انتقال شیشه ای در اطراف 0 درجه سانتی گراد باعث ایجاد مشکل شکنندگی شده و این مشکل را می توان با کوپلیمریزاسیون (با کوپلیمرهای بلوک اتیلن) و / یا مخلوط کردن با لاستیک، به عنوان مثال EPM، تغییر داد. پلی پروپیلن مثل پلی اتیلن به آسانی متبلور نمی شود ، این ماده تمایل دارد فوق سرد شود، و این مسئله در وزن مولکولی بالاتر شد می یابد.

     

    4 تولید

    تولید پلی پروپیلن با فرآیند فاز دوغابی، محلول یا گاز، که در آن منومر پروپیلن تحت گرما و فشار در حضور یک سیستم کاتالیزور قرار می گیرد،تولید می شود. پلیمریزاسیون در درجه حرارت و فشار نسبتا پایین انجام شده و محصول نهایی شفاف است، اما به آسانی رنگ می گیرد. با تغییر در کاتالیزور و شرایط تولید می توان خواص پلاستیک را تغییر داد.

    پروپیلن ، همراه با اتیلن، توسط کرکینگ نفتا (تقطیر سبک نفت خام) به دست می آید. اتیلن، پروپیلن، و آلکن های بالاتر توسط تقطیر جزء به جزء دمای پایین از هم جدا می شوند. پروپیلن که در ابتدا از محصول جانبی اتیلن در اوایل دهه 1950 بود، در حال حاضر خود یک ماده مهم است.

    پلی پروپیلن یک پلیمر تُناژ بالا با نرخ رشد بالاتر از نرخ رشد معمول برای چنین ترموپلاستیکی است. این نرخ رشد تا حدودی به دلیل تنوع پلی پروپیلن است، و از این رو دارای طیف گسترده ای از زمینه های کاربرد همانطور که در بالا گفته شد، می باشد

    1.4 پردازش

    کوپلیمر

    هوموپلیمر

     

     

    210-290

    210-290

    درجه سانتی گراد

    دمای ذوب

    20-60

    20-60

    درجه سانتی گراد

    دمای قالب

    نیازی نیست

    نیازی نیست

    ساعت در درجه سانتی گراد

    خشک کردن قبلی

    2

    1.5

    درصد

    انقباض معمول قالب

     

    5 ویژگی های پردازش

    پلی پروپیلن به رغم طبیعت نیمه بلورینش ماده نسبتا آسانی برای قالب گیری تزریقی است. عدم وجود هر گونه نیاز واقعی برای وزن مولکولی بالا، از نظر خواص مکانیکی ، منجر به گرانروی مذاب کم (جریان آسان) شده است. ماهیت شبه پلاستیکی پلی پروپیلن باعث افزایش این پدیده در سرعتهای برشی بالا (سرعت بالای پر شدن) می شود.

    به طور معمول دمای مذاب برای قالب گیری تزریقی بین 200 و 250 درجه سانتی گراد است. با این حال این دما می تواند تا 280 یا حتی 300 درجه سانتی گراد، برای مدت کوتاهی از زمان، نیز بالا برود. با درجه های ضد شعله آن توصیه می شود که دما از 220 درجه سانتی گراد بیشتر نشود. برای اطمینان از پرداخت سطح خوب و قالب گیری قوی بدون خطوط جوش و رد جریان، سرعت پر شدن قالب به طور کلی بالا است. هواکشی کافی از قالب برای جلوگیری از علائم سوختگی ضروری است.

    شاخص جریان مذاب یک راهنمای تقریبی برای رفتار جریان مذاب به دست می دهد ، اما در نتیجه ماهیت شبه پلاستیکی پلی پروپیلن (که به شدت وابسته به توزیع وزن مولکولی است) این شاخص را نباید خیلی به معنای واقعی جدی گرفت. داده های جریان اسپیرال (چرخشی) قالب،گاهی اوقات توسط تولید کنندگان به عنوان یک وسیله عملی ارزیابی رفتار جریان ارائه می شود، اما این داده ها جایگزینی برای داده های رئولوژیکی و حرارتی مذاب بنیادی، که در حال حاضر به طور گسترده در دسترس است، نیست.

    انقباض قالب پلی پروپیلن معمولا حدود 1٪ است، اما پیش بینی ارزش واقعی به دلیل اثر قوی شرایط قالب ریزی دشوار است. عوامل مهم موثر بر انقباض قالب پلی پروپیلن عبارتند از:

    1.5 عوامل مهم موثر بر انقباض قالب

    افزایش در

    انقباض

    فشار packing/Hold on

    کاهش

    زمان packing/Hold on

    کاهش

    دمای ذوب

    افزایش

    دمای قالب

    افزایش

    ضخامت دیواره

    افزایش

    شاخص جریان مذاب

    کاهش

    مقدار ماده موجود

    کاهش

     

    در نتیجه سهولت جریان مواد پلی پروپیلن، از آنها اغلب برای قالب های دارای ابعاد بزرگ که حداقل نیروهای گیره مطلوب است، استفاده می شود. با این حال برای بسیاری از قالب های پلی پروپیلن فعلی، به خصوص زمانی که کیفیت سطح خوب مورد نیاز است، به طور معمول از درجه حرارت مذاب 250 درحه سانتی گراد به همراه فشار packing بالا (معمولا در حدود 80 MPA) استفاده می شود.

     

    6 گریدهای موجود

    سه نوع از پلی پروپیلن در حال حاضر در دسترس است. هر یک مناسب مشخصات و هزینه های خاص (هر چند اغلب این دو مقوله باهم اشتراک نیز دارند) می باشد.

    هوموپلیمرها - گرید همه منظوره که می تواند در انواع کاربردهای مختلف استفاده شود.

    کوپلیمرهای بلوک – با ترکیب 5-15٪ اتیلن، مقاومت در برابر ضربه بسیار بهبود یافته و به زیر دمای -20 درجه سانتی گراد گسترش می یابد. سختی آنها را می توان با افزودن اصلاح کننده ها، به طور سنتی الاستومرها در یک فرایند اختلاط، افزایش داد.

    کوپلیمرهای تصادفی – ترکیب واحد های کومونومر به صورت تصادفی (مجزا از بلوک های گسسته) در امتداد مولکول زنجیره طولانی پلی پروپیلن است. این پلیمرها معمولا حاوی 1-7٪ اتیلن، در جایی انتخاب می شوند که در آن نقطه ذوب پایین تر، انعطاف پذیری بیشتر و افزایش وضوح سودمند هستند.

    گریدهای مختلف PP بسته به کاربرد و روش پردازش انتخاب شده در دسترس هستند.

    ویژگی های فیزیکی

    • استحکام کششی 0.95 - 1.30 N/mm²
    • استحکام ضربه برشی  3.0 - 30.0 Kj/m²
    • ضریب انبساط حرارتی 100 - 150 x 10-6
    • حداکثر دمای استفاده مداوم 80 °C
    • چگالی 0.905 g/cm3

    مقاومت در برابر مواد شیمیایی

    • اسید رقیق ****
    • باز رقیق ****
    • روغن ها و گریس ها ** متغیر
    • هیدروکربن های آلیفاتیک *
    • هیدروکربن های آروماتیک *
    • هیدروکربن های هالوژنه *
    • الکل ها ****

    کلید

    *

    ضعیف

    **

    متوسط

    ***

    خوب

    ****

    خیلی خوب

     

     

     

    7 کاربردها

    پلی پروپیلن را می توان تقریبا با تمام روش های شکل دهی تروپلاستیک پردازش کرد. به طور معمول محصولات PP تولید شده توسط این روش ها شکل دهی می شوند: قالب گیری دمشی اکستروژن ، قالب گیری تزریقی و اکستروژن عمومی. پلی پروپیلن منبسط شده (EPP) را می توان در یک فرایند اختصاصی قالب گیری کرد.

    8 گریدها

    انتخاب گرید برای هر کاربرد بر اساس هریک یا همه نکات زیر انجام می شود:

    هموپلیمر: قوی تر، سخت تر - HDT بالاتر

    کوپلیمر: تاثیر بهتر، شفاف تر

    MFI: سهولت جریان در مقابل سختی.

    گریدهای ویژه

    • پر شده با تالک 10 40٪ تالک سختی، و HDT را افزایش می دهد اما استحکام پایین می آید.
    • تقویت شده با شیشه 30٪ الیاف شیشه قدرت، سفتی و HDT را افزایش می دهد ، اما به شدت تاثیر را کاهش می دهد.

    8.1 مزایا

    مقاومت شیمیایی خوب. مقاومت خستگی خوب. مقاومت دمایی بهتر از HDPE. چگالی پایین تر از HDPE.

    8.2 معایب

    تخریب اکسایشی از طریق تماس با مواد خاص، به عنوان مثال فلز مس شتاب پیدا می کند. انقباض قالب و انبساط حرارتی بالا. خزش بالا. مقاومت UV ضعیف.

    8.3 کاربردها

    سطل، کاسه، جعبه ها، اسباب بازی، قطعات پزشکی، محفظه ماشین لباسشویی، پوشش باتری، درپوش بطری. الاستومر اصلاح شده برای ضربه گیر، و غیره. پرشده با تالک برای سفتی بیشتر در دماهای بالا - کتری کوزه و غیره. فیلم OPP برای بسته بندی (به عنوان مثال چیپس، بیسکویت، و غیره). الیاف برای فرش، لباس های ورزشی.

    9 نمونه هایی از استفاده

    9.1 بسته بندی انعطاف پذیر

    PP یکی از مواد مورد استفاده برای اکستروژن فیلم است و در سال های اخیر به علت مقاومت برتر آن در برابر سوراخ شدن، آستانه پایین آب بندی و قیمت مناسب در مقابل سلفون، فلزات و کاغذ مزایایی داشته است. فیلم PP یا به عنوان فیلم قالب ریزی شده یا PP دو محوری جهت گیری شده (BOPP) موجود است. بازار فیلم به سه بخش اصلی تقسیم می شود:

    • مواد غذایی و شیرینی
    • توتون و تنباکو
    • پوشاک

    بخش غذا و شیرینی بزرگترین بازار فیلم است، اعم از شیرینی، چیپس و بیسکویت. محصولات توتون و تنباکو یک بازار قابل توجه برای PP (دومین بعد از غذا و شیرینی) به شمار می رود. بسته بندی سخت به بسیاری از کاربردها تقسیم می شود از درب بطری و گیره ها تا پالت و جعبه.

    9.2 بسته بندی سخت

    جعبه های قابل استفاده مجدد و جمع شونده/ قابل روی هم قرار دادن یک کاربرد عالی برای PP است، که باعث سهولت حمل و نقل (هر دو حالت پر و خالی) شده و ذخیره سازی ساده، امن و کارآمد محصولات را ممکن کرده و برای انبار کردن سریع(JIT) ایده آل می باشد. در نتیجه، سوپر مارکت ها شروع به برگرداندن استفاده کرده و محصولات مشابه در حال پیدا کردن کاربرد در زنجیره تامین صنعت خودرو می باشد.

    درب بطری و گیره تولید شده از PP از رشد بازار بطری PET به ویژه برای آب معدنی و روغن خوراکی بهره مند شده است.

    PP قالب گیری دمشی شده و بطری برای گستره ای از کاربردها تولید می کند، از جمله بازارهای بسته بندی ادویه و فلفل، مواد شوینده و لوازم آرایش، ظروف جدار نازک PP (به عنوان مثال ظرف ماست) نیز رایج می باشد. PP در این زمینه با ارائه مواد ارزان تر (با این حال، هزینه های پردازش می تواند، این فاکتور را جبران کند)، با PS رقابت می کند. PP محصول نیمه کریستالی است و در نتیجه دارای یک پنجره پردازش باریک تر نسبت به PS بوده و معولا انقباض بالاتری به نمایش می گذارد. ماشین آلات شکل دهی حرارتی مدرن قادر است (با دو مجموعه از ابزار) هم PP و هم PS را پردازش کنند، در نتیجه نفوذ بیشتر PP بسیار وابسته به نوسانات قیمت خواهد بود.

    9.3 خودرو

    در بخش خودرو PP عنوان یک راه حل تک ماده ای برای فضای داخلی خودرو استفاده شده است. داشبورد تک ماده ای به طور فزاینده ای در حال افزایش کاربرد بوده و زیر سازی فیلم، پوسته فیلم، قالب ریزی پودر لجن و حتی قطعات تولید شده با قالب گیری دمشی با روکش های  PP در حال ظهور هستند.

     

    ضربه گیر، روکش فلزی، و درزگیر های بیرونی از پلی پروپیلن تولید می شود. پلی پروپیلن توسعه یافته برای چنین کاربردهایی ضریب انبساط خطی حرارتی و وزن مخصوص پایین، مقاومت شیمیایی بالا و مقاومت آب و هوایی خوب، فرآیندپذیری و تعادل تاثیر / سختی دارد.

    9.4 محصولات مصرفی

    محصولات طبقه بندی شده در این بخش لوازم خانگی، مبلمان، لوازم خانگی، چمدان، اسباب بازی، روکش باتری و سایر اقلام "با دوام" برای خانه، باغ و یا استفاده در اوقات فراغت است. قالب گیری تزریقی روش مورد استفاده برای این محصولات است.

    9.41 فیبر

    الیاف PP در یک سری از کاربردها از جمله نوار، تسمه، فیلامنت پیوسته فله، الیاف، spunbound، و رشته پیوسته استفاده شده است.

    9.42 صنعتی

    از PP برای تولید طیف وسیعی از ورق، لوله، بسته بندی حمل و نقل ترکیبی و برگشتی (RTP) استفاده می شود. به غیر از RTP که در آن از قالب گیری تزریق استفاده می شود، اکستروژن غالب فرایند های تبدیل مورد استفاده برای این محصولات را تشکیل می دهد. PP توسط بخش ساخت و ساز، به خصوص برای لوله های فاضلاب داخلی استفاده می شود.

    9.43 فیلم BOPP – عایق حرارتی

    مشتریان اغلب در استفاده از فیلم BOPP نو، دما و قدرت عایق حرارتی ناپیوسته ای تجربه می کنند. این مشکل اغلب به دلیل توزیع ناپیوسته ضخامت لایه عایق حرارتی و در سرعت خط بالا و اندازه بسیار نازک پوسته رخ می دهد. BP با موفقیت محصولات فیلم BOPP بسیار نازک و دارای پوسته پیوسته تولید کرده است، این محصولات وضوح بالا (تاری <1٪) داشته، و همچنین یک فیلم عایق حرارتی با SIT کم و پیوسته هستند.