پلی‌پروپیلن

پلی‌پروپیلن (PP) یک «پلیمر افزایشی» گرمانرم است که از ترکیب مونومرهای پروپیلن ساخته شده است. پلی‌پروپیلن کاربردهای فراوانی دارد ازجمله بسته‌بندی محصولات مصرفی، قسمت‌های پلاستیکی در صنایع مختلف مثل صنعت خودرو، ابزارهای مخصوص مثل لولاهای متحرک و منسوجات. پلی‌پروپیلن برای اولین بار در سال 1951 توسط دو نفر از دانشمندان فیلیپس پترولیوم به نام‌های پل هوگان و رابرت بنکس و بعدها توسط دو دانشمند ایتالیایی و آلمانی به نام‌های ناتا و رن پلیمریزه شد. این ماده به‌سرعت جا افتاد چون تولید تجاری آن تقریباً سه سال پس از اینکه دانشمند ایتالیایی، پروفسور جولیو ناتا، برای اولین بار آن را پلیمریزه کرد، شروع شد. ناتا اولین رزین پلی‌پروپیلن را در اسپانیا در سال 1954 کامل و ترکیب کرد و قابلیت این ماده برای بلوری‌شدن هیجان زیادی تولید کرد. تا سال 1957، محبوبیت پلی‌پروپیلن به حدی زیاد شد که تولید تجاری آن در سرتاسر اروپا آغاز شد. امروزه، این ماده یکی از پر تولیدترین انواع پلاستیک در جهان است. بر اساس برخی گزارش‌ها، در حال حاضر تقاضای جهانی برای این ماده، بازار سالانه‌ای حدود 45 میلیون نت ایجاد کرده و تخمین زده می‌شود که این تقاضا تا سال 2020 به حدود 62 میلیون تن افزایش یابد. بزرگ‌ترین مصرف‌کنندگان نهایی پلی‌پروپیلن، صنعت بسته‌بندی با 30% کل تولید و صنعت برق و تجهیزات با 13% کل تولید این ماده است. صنعت لوازم‌خانگی و خودرو هرکدام 10% و مصالح ساختمانی 5% بازار مصرف این ماده را در اختیار دارند. مصارف دیگر، بقیه بازار مصرف جهانی پلی‌پروپیلن را در اختیار دارند. پلی‌پروپیلن سطح نسبتاً لغزنده‌ای دارد که می‌تواند جایگزین احتمالی پلاستیک‌هایی مثل آستال (POM) برای کاربردهای کم اصطکاک مانند چرخ‌دنده یا نقطه تماس مبلمان باشد. احتمالاً جنبه منفی این ویژگی این است که به‌دشواری با سطوح دیگر پیوند می‌خورد (مثلاً به برخی چسب‌ها که با پلاستیک‌های دیگر مشکلی ندارند نمی‌چسبد و گاهی باید آن را به برخی سطوح جوش داد تا اتصال محکم شود). باوجوداینکه پلی‌پروپیلن در سطح مولکولی لغزنده است اما ضریب اصطکاک بالایی دارد به همین دلیل به‌جای آن از آستال، نایلون یا PTFE استفاده می‌شود. پلی‌پروپیلن نسبت به پلاستیک‌های رایج دیگر چگالی کمتری دارد یعنی وزن کمتر، آن را به گزینه مناسبی برای تولیدکنندگان و توزیع‌کنندگان قطعات قالب‌گیری شده تزریقی پلی‌پروپیلن تبدیل کرده است. این ماده در دمای اتاق مقاومتی استثنائی در برابر حلال‌های ارگانیک مانند چربی‌ها دارد اما در دماهای بالاتر در معرض اکسیداسیون قرار می‌گیرد (مشکلی بالقوه هنگام قالب‌گیری تزریقی). یکی از مهم‌ترین مزایای پلی‌پروپیلن این است که می‌توان آن را به لولای متحرک تبدیل کرد (از طریق CNC یا قالب‌گیری تزریقی، قالب‌گیری حرارتی (ترموفورمینگ) یا شیاردهی). لولاهای متحرک، قطعات بسیار نازکی پلاستیکی هستند که بدون شکستن خم می‌شوند (حتی در دامنه حرکتی بسیار شدید نزدیک به 360 درجه). این قطعات برای کاربردهای ساختمانی مثل نگه داشتن درب‌های سنگین مناسب نیستند اما برای کاربردهای سبک‌وزن مثل درب بطری کچاپ یا شامپو مناسب هستند. پلی‌پروپیلن برای ساخت لولاهای متحرک بسیار مناسب است چون با خم شدن مکرر نمی‌شکند. یکی دیگر از مزایای پلی‌پروپیلن این است که می‌توان برای ساخت لولای متحرک آن را در دستگاه CNC قرار داد که نسبت به روش‌های دیگر هم سریع‌تر و هم ارزان‌تر نمونه اولیه را می‌سازد. مزیت دیگر پلی‌پروپیلن این است که با پلیمرهای دیگر مثل پلی‌اتیلن به‌راحتی کوپلیمریزه (ترکیب شدن برای تبدیل به پلاستیک کامپوزیت) می‌شود.کوپلیمریزه شدن خواص مواد را کاملاً تغییر می‌دهد به همین دلیل کاربردهای مهندسی قدرتمندتری نسبت به پلی‌پروپیلن خالص (که به خودی خود بیشتر نوعی پلاستیک تجاری است) دارد. ویژگی‌های بالا و پایین نشان می‌دهند که پلی‌پروپیلن کاربردهای متنوعی دارد: پلات‌های ایمن ماشین ظرف‌شویی، سینی‌ها، لیوان‌ها، محفظه‌های قابل‌حمل مات، اسباب‌بازی‌ها و غیره.

برخی از برجسته‌ترین ویژگی‌های PP چیست؟

  1. مقاومت شیمیایی: بازها و اسیدهای رقیق‌شده با پلی‌پروپیلن واکنش نشان نمی‌دهند به همین دلیل محفظه‌های ساخته شده از این ماده برای نگهداری مایعاتی مثل مواد شوینده، محصولات کمک‌های اولیه و غیره مناسب هستند.
  2. کشسانی و چقرمگی: پلی‌پروپیلن در دامنه انحراف معینی خواص کشسانی دارد ( مثل همه مواد) اما در فرایند تغییر شکل هم تغییر شکل پلاستیکی داده است پس درکل، ماده «چقری» محسوب می‌شود. چقرمگی، اصطلاحی مهندسی است و به معنای توانایی ماده برای تغییر شکل بدون شکستن است (تغییر شکل پلاستیک نه کشسانی).
  3. مقاومت خستگی: پلی‌پروپیلن پس از پیچش‌ها، خم شدن‌ها و/یا انعطاف‌های زیاد شکلش را حفظ می‌کند. این خواص برای ساخت لولاهای متحرک بسیار مفید است.
  4. عایق‌بندی: پلی‌پروپیلن مقاومت بسیار بالایی در برابر الکتریسیته دارد و برای ساخت قطعات الکترونیکی بسیار مفید است.
  5. فرافرست‌پذیری: باوجوداینکه می‌توان پلی‌پروپیلن شفاف باشد اما معمولاً رنگ آن مات است. در موقعیت‌هایی که کمی انتقال نور یا زیبایی اهمیت دارد می‌توان از پلی‌پروپیلن استفاده کرد. اما اگر فرافرست‌پذیری باید زیاد باشد بهتر است از پلاستیک‌هایی مانند آکریلیک یا پلی‌کربنات استفاده کرد.
پلی‌پروپیلن، ماده‌ای «گرمانرم» (در مقابل «گرماسخت») است که تعریف‌کننده واکنش آن نسبت به حرارت است. مواد گرمانرم در نقطه‌جوش خود (تقریباً 130 درجه سانتی‌گراد در مورد پلی‌پروپیلن) به مایع تبدیل می‌شوند. گرمانرم بودن مواد موجب می‌شود که بتوان آن‌ها را تا نقطه‌جوششان حرارت داد، خنک کرد و دوباره حرارت داد بدون اینکه تخریب شود. مواد گرمانرم مثل پلی‌پروپیلن  به‌جای سوختن، به مایع تبدیل می‌شوند به همین دلیل به‌راحتی می‌توان آن‌ها را به‌صورت تزریقی قالب‌گیری کرد و سپس بازیافت نمود. در مقابل، پلاستیک‌های گرماسخت را فقط یک‌بار می‌توان حرارت داد (معمولاً در فرایند قالب‌گیری تزریقی). مواد گرماسخت با اولین حرارت دهی سخت می‌شوند (مثل اپوکسی دوقسمتی) و تغییر شیمیایی صورت گرفته در آن‌ها قابل بازگشت نیست. اگر پلاستیک گرماسخت را برای دومین بار در دمای بالا حرارت دهید، می‌سوزد. این ویژگی موجب می‌شود که مواد گرماسخت برای بازیافت مناسب نباشند.

چرا پلی‌پروپیلن کاربردهای فراوانی دارد؟

این ماده کاربردهای خانگی و صنعتی دارد. خواص منحصربه‌فرد و توانایی سازگار شدن این ماده با تکنیک‌های تولید مختلف موجب شده که ماده ارزشمندی برای کاربردهای متنوع باشد. ویژگی ارزشمند دیگر پلی‌پروپیلن این است که هم به‌صورت ماده پلاستیکی و هم فیبر  (مثل کیف‌های توبره‌ای تبلیغاتی که در رویدادها، مسابقات و غیره به شرکت‌کنندگان می‌دهند) قابل‌استفاده است. پلی‌پروپیلن را می‌توان با روش‌های مختلف تولید کرد و کاربردهای مختلفی برای آن تعریف کرد به همین دلیل به‌زودی بسیاری از مواد جایگزین قدیمی را به‌خصوص در صنایع بسته‌بندی، نساجی و قالب‌گیری تزریقی از میدان به در خواهد کرد. رشد این ماده در طول سال‌ها پایدار بوده است و بازیگر مهمی در صنعت پلاستیک در جهان باقی خواهد ماند.

انواع مختلف پلی‌پروپیلن کدام است؟

دو نوع پلی‌پروپیلن مهم عبارت‌اند از: هموپلیمرها و کوپلیمرها. کوپلیمرها به دو دسته کوپلیمرهای دسته‌ای و کوپلیمرهای تصادفی تقسیم می‌شوند. هر دسته برای کاربردهای معینی مناسب‌تر هستند. پلی‌پروپیلن معمولاً با نام «استیل» صنعت پلاستیک خوانده می‌شود چون می‌توان آن را به روش‌های مختلف تغییر شکل داد تا برای اهداف متفاوت مناسب‌سازی شود. این تغییر معمولاً با افزودن مواد ویژه یا تولید آن به روشی مخصوص ایجاد می‌شود. این سازگارپذیری خاصیت حیاتی این ماده است. پلی‌پروپیلن هموپلیمر، کاربردی عمومی دارد. می‌توان گفت پلی‌پروپیلن هموپلیمر، حالت پیش‌فرض ماده پلی‌پروپیلن است. پلی‌پروپیلن کوپلیمر دسته‌ای دارای واحدهای کومونومری است که در دسته‌هایی قرار گرفته‌اند (با الگویی منظم) و حاوی 5 تا 15 درصد اتیلن است. اتیلن برخی خواص مانند مقاومت در برابر ضربه را بهبود می‌بخشد و افزودنی‌های دیگر خواص دیگری را بهبود می‌بخشد. پلی‌پروپیلن کوپلیمر تصادفی – در مقابل پلی‌پروپیلن کوپلیمر دسته‌ای – دارای واحدهای کومونومری با الگوهای تصادفی و نامنظم است که در راستای مولکول پلی‌پروپیلن قرار گرفته‌اند. معمولاً حاوی 1 تا 7 درصد اتیلن است و برای تولید محصولات چکش‌خوارتر و شفاف‌تر استفاده می‌شود.

پلی‌پروپیلن چگونه ساخته می‌شود؟

این ماده هم مانند پلاستیک‌های دیگر با تقطیر سوخت‌های هیدروکربنی (در این مورد، اتان) و تبدیل آن به گروه‌های سبک‌تر به نام «فرکشن» حیاتش شروع می‌شود که برخی از آن‌ها با کاتالیزورهای دیگر ترکیب می‌شوند تا پلاستیک‌ها تولید شوند (معمولاً از طریق پلیمر شدن یا پلیمر شدن تکاملی).

مزایا

  1. به‌راحتی در دسترس و نسبتاً ارزان‌قیمت است.
  2. به دلیل ماهیت نیمه بلوری‌اش مقاومت خمشی بالایی دارد.
  3. سطح نسبتاً لغزنده‌ای دارد.
  4. در برابر جذب رطوبت بسیار مقاوم است.
  5. مقاومت شیمیایی خوبی در برابر دامنه گسترده‌ای از بازها و اسیدها دارد.
  6. مقاومت خستگی خوبی دارد.
  7. استحکام ضربه‌ای خوبی دارد.
  8. عایق الکتریکی خوبی است.

معایب

  1. ضریب انبساط گرمایی بالایی دارد به همین دلیل کاربرد آن در دمای بالا را محدود می‌کند.
  2. در برابر تخریب اشعه فرابنفش آسیب‌پذیر است.
  3. مقاومت کمی در برابر مواد معطر و حلال‌های کلردار دارد.
  4. نمی‌توان آن به‌راحتی رنگ زد چون خواص چسبندگی ضعیفی دارد.
  5. اشتعال‌پذیری بالایی دارد.
  6. مستعد اکسیداسیون است.
پلی‌پروپیلن گذشته از معایبی که دارد، درکل ماده فوق‌العاده‌ای است. این ماده دارای مجموعه منحصربه‌فردی از ویژگی‌هایی است که در هیچ ماده دیگری وجود ندارد به همین دلیل انتخاب ایده‌آلی برای بسیاری از پروژه‌هاست.

گریدهای مختلف پلی‌پروپیلن

گریدهای مختلف پلی‌پروپیلن عبارتند از: