انواع گریدهای پلی‌پروپیلن و کاربرد آنها

تاریخچه

پلی‌پروپیلن برای ساخت انواع قطعات پلاستیکی در صنایع مختلف استفاده می‌شود. در شکل 1 نیاز جهانی پلاستیک‌ها بر اساس نوع رزین نشان داده شده و همان‌طور که مشاهده می‌شود، دومین پلیمر پرمصرف در جهان است:

شکل 1. نیاز جهانی پلاستیک‌ها بر اساس نوع رزین در سال 2006

    در سال 1957 پلی‌پروپیلن به‌صورت تجاری به بازار عرضه گردید و همان‌طور که در شکل 2 مشاهده می‌شود، در حدود دو سوم پروپیلن جهان برای تولید این پلیمر به‌کار می‌رود:

شکل 2: میزان مصرف پروپیلن در تولید پلی‌پروپیلن و مواد شیمیایی دیگر

انواع پلی‌پروپیلن

    پلی‌پروپیلن‌ها به‌منظور دست‌یابی به کاربردهای متنوع، به دو صورت هوموپلیمر و کوپلیمر در بازار عرضه می‌گردند. در شکل 3 تقسیم‌بندی پلی‌پروپیلن و شکل ساختاری انواع گریدهای آن نشان داده شده است:

شکل 3: انواع گریدهای پلی پروپیلن و شکل ساختاری انواع آن

1- هوموپلیمر

    هوموپلیمرهای پلی‌پروپیلن بر اساس نظم فضایی خود، به سه دسته اتاکتیک (بی‌نظم)، ایزوتاکتیک (هم‌نظم) و سندیوتاکتیک (تک‌نظم) تقسیم می‌شوند. زیر ساختارهای خطی انواع هوموپلیمر در شکل 4 مشاهده می‌شود:

شکل 4. زیرساختارهای خطی انواع هوموپلیمر

الف) اتاکتیک: این زیر ساختار دمای ذوب پایینی دارد و ماده ای صمغی شکل است که به‌دلیل خواص چسبندگی بالا در ساخت بعضی چسب‌ها استفاده می‌شود. پلیمر اتاکتیک ماده‌ای آمورف، انعطاف‌پذیر و سفت است. در مقابل پلیمرهای ایزوتاکتیک و سندیوتاکتیک، پلیمرهایی با بلورینگی بالا، سفت‌تر و با انعطاف کم‌تر هستند.

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

ج) سندیوتاکتیک: این زیر ساختار خواصی همانند زیر ساختار ایزوتاکتیک دارد اما به‌دلیل بلورینگی کم‌تر، شفاف‌تر هستند. هم‌چنین، فرآینددهی آن نسبت به دیگر گریدها دشوارتر است.

    بالاترین خواص بلورینگی این گریدها به‌ترتیب مربوط به زیر ساختار ایزوتاکتیک، سندیوتاکتیک و اتاکتیک است.

2- کوپلیمر

    به‌طور کلی کوپلیمرها از پلیمریزاسیون دو یا چند مونومر مختلف ساخته می‌شوند. کوپلیمرهای پلی‌پروپیلن شامل مقدار کمی اتیلن یا اولفین‌های بزرگ‌تر، مانند بوتن و هگزن هستند. هرچه زنجیره‌های متصل به پروپیلن بزرگ‌تر شوند، انعطاف‌پذیری آن افزایش و صلبیت و استحکام آن کاهش می‌یابد. دو نوع از مهم‌ترین کوپلیمرهای تجاری پلی‌پروپیلن، کوپلیمر تصادفی (Random) و ضربه (Impact) هستند و ویژگی آنها در جدول 1 نشان داده شده است. کوپلیمر ضربه در واقع نوع خاصی از کوپلیمر بلوکه‌ای است.

جدول 1. شکل ظاهری، کاربرد و خواص انواع کوپلیمرهای پلی‌پروپیلن

	الف) کوپلیمر پلی‌پروپیلن تصادفی	ب) کوپلیمر پلی‌پروپیلن 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 ضربه بالاتر سختی بالاتر مناسب برای کاربردهای مختلف قالب گیری تزریق، مانند باتری، لوازم خانگی و کاربردهای صنعتی

فرآیند تولید

    هومو پلی‌پروپیلن از ماده خام اصلی پروپیلن تولید می‌شود. با اختراع کاتالیزورهای زیگلر-ناتا، امکان پلیمریزاسیون پروپیلن و تولید جامد بلوری میسر شد. پلی‌پروپیلن حاصل از کاتالیزور زیگلر-ناتا، عمدتاً جهت‌گیری فضایی ایزوتاکتیک داشته و درصد بلورینگی آن حدود 60 درصد و دمای ذوبش حدود 180 درجه سانتی‌گراد است. همان‌طور که در شکل 5 مشاهده می‌شود، می‌توان با افزودن اتیلن، گریدهای مختلف پلی‌پروپیلن را تولید کرد:

شکل 5. فرآیند تولید انواع گریدهای پلی‌پروپیلن

    همان‌طور که در این شکل مشاهده می‌شود، هومو پلی‌پروپیلن و پلی‌پروپیلن تصادفی عمدتاً در ساخت فیلم و پلی‌پروپیلن بلوکه‌ای در ساخت قطعات صنعتی به‌کار می‌روند. پلی‌پروپیلن کاربردهای متنوعی در تولید الیاف و پارچه، تسمه، فیلم، ورقه، صنایع خودرو و قالب‌گیری تزریقی و دمشی دارد (شکل 6).

شکل 6. انواع کاربردهای پلی‌پروپیلن

    مصرف جهانی پلی‌پروپیلن با توجه به کاربرد نهایی آن، به‌طور عمده مربوط به قالب‌گیری دمشی و الیاف است. در شکل 7 نشان داده شده است که آنها در مجموع بیش از نیمی از سهم مصرف را دارند.

شکل 7. مصرف جهانی پلی‌پروپیلن با توجه به کاربرد نهایی آن

مقایسه هوموپلیمر و کوپلیمر پلی‌پروپیلن

    با توجه شرایط موجود در صنایع مختلف و در نظر گرفتن خواص هوموپلیمر و کوپلیمر پلی‌پروپیلن، می‌توان بهترین گزینه را انتخاب کرد. در جدول 2 برخی خواص مکانیکی و حرارتی دو نمونه از هوموپلیمر و کوپلیمر تجاری پلی‌پروپیلن با شاخص جریان مذاب برابر نشان داده شده است (برگرفته از کتاب Plastics Materials تألیف J. A. Brydson):

جدول 2. مقایسه خواص مکانیکی و حرارتی دو نمونه از هوموپلیمر و کوپلیمر تجاری پلی‌پروپیلن

به‌طور کلی، هوموپلیمر پلی‌پروپیلن بیش‌ترین سختی، کوپلیمر تصادفی بیش‌ترین شفافیت و کوپلیمر بلوکه‌ای بالاترین خواص ضربه را دارد.