انواع گریدهای پلی پروپیلن و کاربرد آنها

 

تاریخچه

پلی پروپیلن برای ساخت انواع قطعات پلاستیکی در صنایع مختلف استفاده می‌شود. در شکل ۱ نیاز جهانی پلاستیک‌ها بر اساس نوع رزین نشان داده شده و همان طور که مشاهده می‌شود، دومین پلیمر پر مصرف در جهان است:

شکل ۱: نیاز جهانی پلاستیک ها بر اساس نوع رزین در سال ۲۰۰۶

 

در سال۱۹۵۷ پلی پروپیلن به صورت تجاری به بازار عرضه گردید و همان طور که در شکل ۲ مشاده می‌شود، در حدود دو سوم پروپیلن جهان برای تولید این پلیمر به کار می‌رود:

شکل ۲: میزان مصرف پروپیلن در تولید پلی پروپیلن و مواد شیمیایی دیگر

 

انواع پلی پروپیلن: پلی پروپیلن‌ها به منظور دست یابی به کاربردهای متنوع به دو صورت هموپلیمر و کوپلیمر در بازار عرضه می‌گردند. در شکل ۳ تقسیم بندی پلی پروپیلن و شکل ساختاری انواع گریدهای آن نشان داده شده است:

شکل ۳: انواع گریدهای پلی پروپیلن و شکل ساختاری انواع آن

 

۱- هموپلیمر

هموپلیمرهای پلی پروپیلن بر اساس نظم فضایی خود، به سه دستۀ اتاکتیک (بی نظم)، ایزوتاکتیک (هم نظم) و سیندیوتاکتیک (تک نظم) تقسیم می‌شوند. زیر ساختارهای خطی انواع هموپلیمر در شکل ۴ مشاهده می‌شود:

شکل ۴: زیر ساختارهای خطی انواع هموپلیمر

 

الف) اتاکتیک: این زیر ساختار دمای ذوب پایینی دارد و ماده ای صمغی شکل است که به دلیل خواص چسبندگی بالا در ساخت بعضی چسب‌ها استفاده می شود. پلیمر اتاکتیک ماده ای آمورف، انعطاف پذیر و سفت است. در مقابل پلیمرهای ایزوتاکتیک و سیندیوتاکتیک، پلیمرهایی با بلورینگی بالا، سفت تر و با انعطاف کمتر هستند.

ب) ایزوتاکتیک: ساختار ایزوتاکتیک، دمای ذوب بالایی دارد و ماده‌ای کریستالی و چقرمه است.

ج) سیندیوتاکتیک: این زیر ساختار خواصی همانند زیر ساختار ایزوتاکتیک دارد اما به دلیل بلورینگی کم‌تر، شفاف‌تر هستند. هم چنین، فرآیند دهی آن نسبت به دیگر گریدها دشوارتر است.

بالاترین خواص بلورینگی این گریدها به ترتیب مربوط به زیر ساختار ایزوتاکتیک، سیندیو تاکتیک و اتاکتیک است.

 

۲- کوپلیمر

به طور کلی کوپلیمرها از پلیمریزاسیون دو یا چند مونومر مختلف ساخته می‌شوند. کوپلیمرهای پلی پروپیلن شامل مقدار کمی اتیلن یا اولفین های بزرگتر شامل بوتن و هگزن هستند. هرچه زنجیره‌های متصل به پروپیلن بزرگتر شوند، انعطاف پذیری آن افزایش، و صلبیت و استحکام آن کاهش می‌یابد. دو نوع از مهمترین کوپلیمرهای تجاری پلی پروپیلن، کوپلیمر تصادفی (Random) و ضربه (Impact) هستند و ویژگی آن ها در جدول ۱ نشان داده شده است. کوپلیمر ضربه در واقع نوع خاصی از کوپلیمر بلوکه‌ای است.

 

جدول ۱: شکل ظاهری، کاربرد و خواص انواع کوپلیمرهای پلی پروپیلن

	الف) کوپلیمر پلی پروپیلن تصادفی	ب) کوپلیمر پلی پروپیلن ضربه
شکل ظاهری
کاربرد	اکستروژن لوله قالب‌گیری و  فیلم‌های دمشی شکل دهی حرارتی قالب‌گیری تزریق برای تولید لوازم خانگی	قالب‌گیری تزریق و دمشی فیلم اکستروژن لوله بخش‌های الکتریکی و خودرو
خواص	شفافیت بالاتر دارای طیف گسترده‌ای از نقاط ذوب و درجه حرارت اولیه مقاوم در برابر تشعشع	مقاومت در برابر ضربۀ بالاتر سختی بالاتر مناسب برای کاربردهای مختلف قالب گیری تزریق، مانند باتری، لوازم خانگی و کاربردهای صنعتی

 

فرآیند تولید: همو پلی پروپیلن از ماده خام اصلی پروپیلن تولید می‌شود. با اختراع کاتالیزورهای زیگلر ناتا، امکان پلیمریزاسیون پروپیلن و تولید جامد بلوری میسر شد. پلی پروپیلن حاصل از کاتالیزور زیگلر-ناتا، عمدتا جهت گیری فضایی ایزوتاکتیک داشته و درصد بلورینگی آن حدود ۶۰ درصد و دمای ذوبش حدود ۱۸۰ درجه سانتیگراد است. همان طور که در شکل ۵ مشاهده می‌شود، می‌توان با افزودن اتیلن، گریدهای مختلف پلی پروپیلن را تولید کرد:

شکل ۵: فرآیند تولید انواع گریدهای پلی پروپیلن

 

همان طور که در این شکل مشاهده می‌شود، همو پلی پروپیلن و پلی پروپیلن تصادفی عمدتاً در ساخت فیلم و پلی پروپیلن بلوکه‌ای در ساخت قطعات صنعتی به کار می‌روند. پلی پروپیلن کاربردهای متنوعی در تولید الیاف و پارچه، تسمه، فیلم، ورقه، صنایع خودرو و قالب‌گیری تزریقی و دمشی دارد (شکل ۶):

شکل ۶: انواع کاربردهای پلی پروپیلن

 

مصرف جهانی پلی پروپیلن با توجه به کاربرد نهایی آن به طور عمده مربوط به قالب گیری دمشی و الیاف است. در شکل ۷ نشان داده شده است که آنها در مجموع بیش از نیمی از سهم مصرف را دارند:

شکل ۷: مصرف جهانی پلی پروپیلن با توجه به کاربرد نهایی آن

 

مقایسۀ هموپلیمر و کوپلیمر پلی پروپیلن: با توجه شرایط موجود در صنایع مختلف و در نظر گرفتن خواص هموپلیمر و کوپلیمر پلی پروپیلن می‌توان بهترین گزینه را انتخاب کرد. در جدول ۲ برخی خواص مکانیکی و حرارتی دو نمونه از هموپلیمر و کوپلیمر تجاری پلی پروپیلن با شاخص جریان مذاب برابر نشان داده شده است (برگرفته از کتاب Plastics Materials تالیف J. A. Brydson):

جدول ۲: مقایسۀ خواص مکانیکی و حرارتی دو نمونه از هموپلیمر و کوپلیمر تجاری پلی پروپیلن

 

به طور کلی، هموپلیمر پلی پروپیلن بیش‌ترین سختی، کوپلیمر تصادفی بیش‌ترین شفافیت و کوپلیمر بلوکه‌ای بالاترین خواص ضربه را دارد.