پلی‌پروپیلن یکی از پرمصرف ترین و اساسی ترین پلیمرهای مورد استفاده در دنیا و بزرگ‌ترین مصرف‌کننده پروپیلن می‌باشد. بنابراین راهکارهایی برای بهبود خواص پلی‌پروپیلن ارائه شده است.
اولین بار در اوایل دهه 1950 در مقیاس آزمایشگاهی تولید شد و سپس در اواخر این دهه به تولید تجاری رسید. از ابتدا برآورد می شد هزینه تولید پلی‌پروپیلنPP از پلی اتیلن PE کمتر است.
پلی‌پروپیلنPP در سه فرم isotactic, syndiotacti, atactic تولید می شود که به صورت عمده به فرم isotactic و با افزودن مقدار کمی از دیگر منومر ها (بیشتر پلی‌اتیلن PE) است.
پلی‌پروپیلن از پلیمریزاسیون پروپیلن در شرایط دما و فشار نسبتاً ملایم ودر حضور کاتالیست معروف زیگلر – ناتا انجام می شود.
وجود این کاتالیست ، پلیمری به صورت ایزوتاکتیک را تشکیل می دهد که قادر به متبلور شدن تا حدود 90 درصد می باشد.
پلی‌پروپیلن یکی از پر مصرف ترین پلاستیک هاست و امروزه کاربرد فراوانی در صنایع مختلف دارد.
پلی‌پروپیلن پلیمری با دانسیته تقریبی 0.9 گرم بر سانتیمتر مکعب از پلیمریزه شدن منومر پروپیلن به دست می آید. این ماده در برابر رطوبت، روغن‌ها و حلال‌های معمولی مقاوم بوده در دمای حدود 170 درجه سانتیگراد ذوب می‌گردد.
این ماده غیر سمی و بی‌بو در هنگام سوختن همانند شمع به قطرات ذوب شده واکس مانند تبدیل شده و با شعله‌ای بدون دود و بویی کمی زننده می‌سوزد. تلفیق خواصی چون سبکی، سختی، چقرمگی(Toughness)، مقاومت شیمیایی و جلای سطحی موجب تنوع محصولات تهیه شده از این ماده گردیده است. یکی از خواص مهم PP پایداری بالای آن در مقابل خم شدن در ضخامت کم است، )فنرهای پلاستیکی Polymeric nge که امکان تولید قطعات بسیار متنوع را ایجاد میکند.
پلی‌پروپیلن‌ یک پلیمر ترموپلاست می‌باشد که در یک بازه گسترده‌ از کاربردها شامل فیلم و ورق‌، قالب‌گیری دمشی، قالب‌گیری تزریقی، بسته‌بندی غذایی، نساجی، تجهیزات آزمایشگاهی و پزشکی، لوله، کاربردهای صنعتی و ساختمانی و اجزاء خودرو مورد استفاده قرار می‌گیرد. علاوه بر این، پلیمر تولید شده از منومر پروپیلن به طور معمول در برابر حلال‌های شیمیایی، بازها و اسیدها مقاوم می‌باشد.
مولکول پروپیلن دارای ساختار شیمیایی نامتقارن می باشد، از این رو فرایند پلیمریزاسیون آن می تواند به سه نوع توالی در ساختار پلیمر حاصل منتهی گردد. به دلیل اثرات ناشی از ممانعت فضایی گروه‌های متیل، توالی سر به دم دارای نظم ساختاری بالاتری نسبت به سایر انواع می‌باشد.
iPP تجاری شده دارای خصوصیات متنوعی می باشد که موجبات استفاده گسترده آن را به خصوص در صنعت پلاستیک و الیاف فراهم آورده است. یکی از مهم‌ترین خصوصیات این ماده نسبت به پلیمرهایی نظیر پلی آمیدها عدم جذب رطوبت در آن می باشد که آن را به عنوان گزینه ای مناسب برای بسیاری از کاربردها تبدیل کرده است.
خصوصیات این ماده را می توان با انجام برخی اصلاحات بعدی بهبود داد. مهم ترین اصلاحاتی که در حال حاضر انجام می گیرد عبارتند از کنترل فرایند تخریب، شبکه‌ای کردن، عاملیت‌دار نمودن و شاخه دار کردن. ساختار مولکول پلی‌پروپیلن به دلیل ماهیت کاتالیست های زیگلر-ناتا خطی می باشد که موجب پایین بودن استحکام مذاب آن می‌گردد. پایین بودن استحکام مذاب سبب محدودیت کاربرد این پلیمر در فرایندهایی نظیر قالب گیری دمشی و ترموفرمینگ می شود.

پلی‌پروپیلن در مقایسه با دیگر پلیمرها مشخصات متمایز و برجسته‌ای دارد که عبارتند از:

• قیمت نسبتاً ارزان منومر پروپیلن در مقایسه با منومرهای دیگر پلیمرها
• قیمت پائین PP در مقایسه با دیگر پلیمرها
• وزن مخصوص و سبک PP
• انعطاف پذیری و طیف گسترده تولید PP با خصوصیات فیزیکی و شیمیایی متغیر
• افزایش کاربردهای جدید و بهبود خواص گریدهای تولیدی جدید
• افزایش کاربرد PP در وسایل و تجهیزات پزشکی و توسعه کاربردهای PP گرید خاص
• افزایش مصرف PP به صورت آلیاژ با دیگر پلیمرها
• جایگزینی پلیمرهایی مانند PS، PE و غیره

ویژگی‌ها

مقاومت در برابر کشش، چگالی کم، بی رنگی، سختی، مقاومت در برابر اسید، باز و حلال ها، از جمله ویژگی‌های پلی‌پروپیلنPP محسوب می‌شود. هزینه کم تولید آن در مقایسه با دیگر ترموپلاستیک‌ها جایگاه ویژه ای برای پلی‌پروپیلنPP در صنعت ایجاد کرده است.

گریدهای پلی‌پروپیلن

پلی‌پروپیلنPP به صورت عمده در شش دسته زیر تولید می‌شود:

• Injection Moulding (قالب تزریقی)-پلی‌پروپیلن C30S
• Fibres (الیاف)
• Sheet/Film (فیلم و شیت)
• Blow Moulding (قالب بادی)
• Pipe (پایپ)
• Extrution Coating (روکش محافظ)

Injection Moulding (قالب تزریقی)

بیشترین کاربرد پلی‌پروپیلنPP در این دسته است که در تولید وسایل الکتریکی و الکترونیکی، سرپوش وکلاهک، اسباب بازی، چمدان، وسایل خانگی و صنایع بسته بندیو صنعت اتومبیل استفاده می شود.

Fibres (الیاف)

دومین کاربرد پلی‌پروپیلنPP در این دسته است که در تولید الیاف به کار رفته در پشت فرش و زیلو، به عنوان جایگزین در الیاف سیزال و کنف در موکت و نخ های گونی، الیاف non-woven ، پارچه لباس های عایق گرما و سرما.

Sheet/Film (فیلم و شیت)

این بخش از کاربرد پلی‌پروپیلنPP رشد قابل ملاحظه‌ای طی سال‌های اخیر داشته است. صنایع بسته بندی شیرینی و شکلات، سیگار، فیلم های گرافیک و چاپ، شیت های بسته‌بندی مواد غذایی که با حرارت شکل می‌گیرند.

Blow Moulding (قالب بادی)

از این گرید بیشتر در تولید بطری و قوطی استفاده می گردد.

Pipe (پایپ)

انواع لوله‌های فاضلاب و اگو و انواع سیم و کابل از تولیدات این گروه از پلی‌پروپیلن‌ها می‌باشد‌. PPR60

Extrution Coating (روکش محافظ)

این بخش از مصرف پلی‌پروپیلنPP رفته رفته جایگزین کاربرد پلی اتیلن سبک LDPE می شود.
پلی‌پروپیلن (PP) از جمله پلاستیک‌هایی است که کاربردهای متنوعی در قطعات مختلف و نیز به عنوان الیاف دارد. نقطه ذوب و دمای سرویس بالاتر آنها نسبت به دیگر پلیمرها باعث توسعه روز افزون کاربرد آنها در قطعات مختلف گردیده است. از طرف دیگر الیاف آنها به جهت استحکام قابل قبول و جذب آب کم رقیب الیاف نایلونی در بسیاری از کاربردها از جمله برای فرش کردن اطراف استخرها و یا زمین‌های گلف مینیاتوری میباشد.

موارد مصرف

پلی‌پروپیلن در انواع زمینه ها مثلاً در صنعت اتومبیل در ساخت پانل دربها ، تزئینات داخلی ، پروانه ها، کفپوش اتومبیل، جعبه باطری و …. مصرف میشود. اغلب نیهای نوشیدنی از PP ساخته میشود. بیشتر قطعات ساک و اسباب بازی‌ها نیز از این پلیمر تهیه می شوند. تقریباً 10 % تولید PP در ساخت فیلم مصرف میشودکه در بسته بندی مواد غذایی کاربرد دارند. حدود 30% دیگر PP تولیدی در ساخت تک رشته ها و الیاف مصرف میشود . الیاف PP در ساخت موکت، فرش، طناب، گونی و … استفاده میشوند . پلی‌پروپیلن چیست؟ (PP)
هر چند پلی‌پروپیلن به صورت هموپلیمر مصرف خیلی زیادی دارد ولی کوپلیمر پروپیلن با اتیلن نیز بازار رو به رشدی دارد. با افزایش اتیلن هنگام پلیمریزاسیون پلیمری با مدول کمتر و مقاومت به ضربه بیشتری بدست می آید. هر چه میزان اتیلن بیشتر باشد اثرات فوق بارز تر خواهد بود. این کوپلیمرها هم به صورت بی نظم (Random Copolymer) و هم بلوکی (Block Copolymer) در دسترس میباشند.
پلی‌پروپیلنPP440L مقاوم به ضربه، یکی از انواع PP است که در کاربردهایی که جذب انرژی ضربه اهمیت داشته باشد مورد استفاده قرار می‌گیرد. پلی‌پروپیلن یکی از معروف‌ترین و پرکاربردترین مواد پلیمری است که در کاربرد بسیار زیادی در صنایع مختلف دارد. بسیاری از محصولاتی که در زندگی روزمره با آنها مواجه می‌شویم، از پلی‌پروپیلن تولید می‌شوند. بررسی‌های آماری نشان می‌دهد که پلی‌پروپیلن در حال حاضر به عنوان پر مصرف‌ترین ماده پلیمری در سطح دنیا به حساب می‌آید. همین مسئله باعث شده است که محققان به فکر راه‌های تقویت خواص این ماده پلیمری باشند. یکی از این خواص مورد نظر افزایش قابلیت مقاومت به ضربه در این ماده است. در ادامه بررسی خواهیم کرد که پلی‌پروپیلن مقاوم به ضربه چیست و چگونه تولید می‌شود.

پلی‌پروپیلن مقاوم به ضربه چیست؟

مصرف سالانه پلی‌پروپیلن در حال حاضر در سطح دنیا، حدود ۸۰ میلیون تن در سال است. این میزان مصرف مرتبط با گریدهای مختلف این ماده پلیمری است. اما یکی از نقاط ضعفی که در خصوص استفاده از پلی‌پروپیلن به صورت مستقل وجود دارد، میزان ضربه‌پذیری یا چقرمگی پایین آن است. چقرمگی اصطلاحا به میزان تحمل ضربه توسط یه ماده در واحد سطح گفته می‌شود. بررسی‌های آزمایشگاهی نشان داده است که دلیل مقاومت پایین پلی‌پروپیلن در برابر ضربه، ساختار بلورین آن است.
مجموعه‌های تحقیقاتی و مهندسی، تلاش بسیار زیادی در دهه‌های گذشته کرده‌اند تا به کمک روش‌هایی میزان ضربه‌پذیری پلی‌پروپیلن را تا حد زیادی افزایش دهند. در نتیجه این اقدامات خواص ضربه‌پذیری پلی‌پروپیلن بهبود یافته است. باید در نظر داشته باشید که قیمت پلی‌پروپیلن مقاوم به ضربه به دلیل فرآیندهای مختلفی که روی آنها اعمال شده است، در مقایسه با پلی‌پروپیلن معمولی بیشتر است.

پلی‌پروپیلن مقاوم به ضربه چگونه تولید می‌شود؟

برای افزایش قابلیت چقرمگی پلی‌پروپیلنPPMR230، مواد اصلاح‌کننده‌ای در فرآیند تولید به آن افزوده می‌شود. این مواد که به عنوان بهبوددهنده ضربه‌پذیری پلی‌پروپیلن نیز شناخته می‌شوند،‌ میزان چقرمگی آن را افزایش می‌دهد. یکی از گزینه‌های مناسب برای افزایش چقرمگی پلی‌پروپیلن، الاستومرها یا لاستیک‌ها هستند. همان طور که گفته شد، ساختار بلوری پلی‌پروپیلن موجب شکنندگی بالای آن می‌شود. بنابراین باید به دنبال افزودن اصلاح‌کننده‌ای نرم و انعطاف‌پذیر به آن بود.
ارتقای سطح چقرمگی پلیمرها، در حین واکنش پلیمریزاسیون صورت می‌پذیرد. در واقع در حین پلیمریزاسیون ماده افزودنی نرم، در ساختار بلوری پلی‌پروپیلن نفوذ می‌کند و این باعث می‌شود که از میزان شکنندگی آن کاسته شود. در ادامه قصد داریم تا موادی را که به عنوان اصلاح‌کننده خاصیت چقرمگی به پلی‌پروپیلن افزوده می‌شود، را معرفی کنیم.

پلی‌‌الفین‌ها

یکی از مهم‌ترین موادی که به عنوان اصلاح‌کننده به پلی‌پروپیلن افزوده می‌شود، پلی الفین‌ها هستند. در سال‌های اخیر میزان استفاده از پلی الفین‌ها به طرز چشمگیری در صنایع مختلف افزایش یافته است. البته باید به یک نکته مهم توجه داشته باشید. این مواد صرفا برای پلی‌پروپیلن‌ مقاوم به ضربه که قرار است در شرایط دمایی بالا مورد استفاده قرار گیرند، کاربرد دارد و در شرایط دمایی پایین، این ماده به صورت شکننده عمل می‌کند.

• برای بهبود خواص پلی‌پروپيلن با استفاده از نانوذرات اكسيد گرافن با دو چالش اساسي مواجه هستيم. اول، عدم توزيع مناسب نانوذره درون شبكه پلی‌پروپيلن. دوم، عدم چسبندگی مناسب بين نانوذره و زنجيره‌های پليمری. در اين كار ابتدا اكسيد گرافن با استفاده از روش اصلاح شده هامر از گرافيت خام سنتز و سپس به منظور توزيع بهتر و همچنين افزايش چسبندگی بين اكسيد گرافن و پلی‌پروپيلن گروه‌های 12 كربني آلكيل طی یک واكنش ساده جانشينی هسته دوستي دومولكولی بر روي سطح اكسيد گرافن نشانده می‌شود. اثبات وجود گروه‌های آلكيلی بر روی سطح اكسيد گرافن با استفاده از نتايج طيف سنجی تبديل فوريه فروسرخ (FT-IR) بررسي شد. جهت جلوگيری از كلوخه شدن اكسيد گرافن آلكيل دارشده (AGO) در شبكه پلی‌پروپيلن، از روش اختلاط محلولي براي تهيه نانو كامپوزيت هاي PP/AGO با درصد جرمی 0.1، 0.3 و 0.5% AGO استفاده شده است. عدم كلوخگی ذرات با استفاده از عكس برداري SEM به تاييد رسيده است. استحكام مكانيكي نانو كامپوزيت‌های تهيه شده با بررسي رفتار تنش-كرنش آن ها موردبررسي قرار گرفت و مشخص شد با افزودن 0.1، 0.3 و 0.5% از AGO به شبكه پلي پروپيلن مدول يانگ پليمر به ترتيب 20، 30 و 34% افزايش پيدا می‌كند. پايداري حرارتي نيز با استفاده از آناليز وزن سنجی حرارتی (TGA) مورد بررسي قرار گرفت و دماي افت جرم 10% براي نانوكامپوزيت با 0.1، 0.3 و 0.5% AGO به ترتيب 2، 8 و 12 درجه سلسيوس افزايش نسبت به پلی‌پروپيلن خالص نشان داد.

• به منظور بهبود خواص پلی‌پروپیلنPP440G (PP) ، از برخی الاستومرها و پرکننده ها استفاده می شود . در این تحقیق، اثر پرکننده ها و الاستومر های مختلف بر روی خواص مکانیکی پلی‌پروپیلن بررسی گردید . خواص ضربه پذیری و قدرت کششی پلی‌پروپیلن از طریق افزودنیهای معدنی و پلیمری تقویت می گردند . همچنین این افزودنیها خواص حرارتی پلی‌پروپیلن را بهبود می بخشند . افزودن پلی اتیلن سبک (LDPE) ، پلی اتیلن سنگین (HDPE) یا کوپلیمر استایرن – بوتادین – استایرن (SBS)، خواص ضربه پذیری پلی‌پروپیلن را تقویت می نمایند . در ضمن کوپلیمر پروپیلن – اتیلن از نظر خواص مکانیکی نسبت به مخلوط فیزیکی پلی‌پروپیلن با پ لی اتیلن بسیار مقاومتر می باشد . کوپلیمر اتیلن – وینیل استات (EVA) خواص چاپی پلی‌پروپیلن را بهبود می بخشد . همچنین کربنات کلسیم که با عامل جفت کننده تیتانات اصلاح شده است، خواص پلی‌پروپیلن را بهبود می دهد . نتایج آزمایشات نشان می دهد کوپلیمر استایرن – بوتادین – استایرن(SBS)بیش از کوپلیمر اتیلن – وینیل استات (EVA) خواص مکانیکی پلی‌پروپیلن را بهبود می‌بخشد. در نهایت خواص مکانیکی ترکیبهای پلی‌پروپیلن کوپلیمر بررسی گردید که نتایج نشاندهنده بهبود خواص مکانیکی این ترکیبات نسبت به ترکیبات پلی‌پروپیلن می ‌باشد.