برای تولید الیاف پلیپروپیلنی کدام گرید از مواد مناسب میباشد؟
الیاف پلیپروپیلنی که از طريق پليمريزاسيون پروپيلن به صورت يک پليمر خطي تهيه مي گردند و به اختصار پ-پ ناميده مي شوند بعد از پيدا شدن کاتاليست زيگلرناتا توليد شدند اين کاتا ليست توليد پلي پروپيلن ايزو تاکتيک که قادر به متبلور شدن مي باشد را امکان پذير ساخت . اين الياف در سال ۱۹۶۰در ايتاليا با نام تجاري مراکلون به صورت صنعتي توليد شده وبه بازار عرضه گرديدند . خصوصيات پروپيلن باعث رشد سريع آن در سطح بين المللي گرديد وبعد از مدتي نسبتاً کوتاه ، پلي پروپيلن توانست از نظر مقدار توليد ، چهارمين مقام را بعد از پلي استر ، نايلون وآکريليک کسب نمايد.
عدم امکان رنگررزی الياف پلیپروپيلنی به روشهای متداول براي ديگر الياف، باعث جلو گيری از رشد بيشتر اين ليف مصنوعي گرديده است. در ایران برای تولید الیاف پلیپروپیلنی معمولا از پلیپروپیلن گرید PPZ30S استفاده میکنند. خرید مواد Z30S معمولا از پتروشیمی های اراک یا مارون انجام میگیرد.
الياف و نخ های نواری که دو کاربرد پلي پروپيلن را تشکيل مي دهند نسبتاً به آساني به روش ذوب ريسي تهيه مي گردند و آسان بودن توليد اين نوع الياف و پائين بودن هزينه توليد استقبال بسيار گستردهاي از آن را به همراه داشته است . با بکار گيري مواد بالا برنده مقاومت در مقابل اشعه ماوراء بنفش سعي شده است عيب کم بودن مقاومت پلي پروپيلن در مقابل اين اشعه مرتفع گردد. البته باید یاد آوری کرد شما بجای خرید مواد Z30S میتوانید خرید مواد 552R را جایگزین کنید.
پليپروپيلن داراي دماي ذوب بالا تر (۱۷۵-۱۶۵درجه سانتيگراد)در مقايسه با پلیاتيلن مي باشد. از نقطه نظر استحکام ومقاومت در مقابل سايش ،پلي پروپيلن با پلي اتيلن تفاوت زياد ندارد. همانطور که گفته شد پلي پروپيلن هم مثل پلي اتيلن با روش هاي معمول قابل رنگرزي نبوده و به روش رنگرز ي توده که در آن قبل از تشکيل الياف، به پليمر مذاب اضافه مي شود رنگرزی میگردد.
لازم به ذکراست که الياف الفينی اصلاح شده به روش شيميايي که قادر به رنگرزي شدن با روشهاي معمولي مي باشند توليد شده اند. به عنوان مثال پلیپروپيلن حاوی پلیونيل پيريدين به صورت پخش شده ويا ونيل پيريدين که جزئي ماکرو مولکول را تشکيل میدهد با رنگينه هاي اسيدي قابل رنگرزي است و به هر حال قيمت تمام شده اين نوع الياف باعث گرديده است که از رنگرزی توده به عنوان مهم ترين روش براي رنگرزي اين نوع الياف استفاده گردد.
توليد الیاف پلیپروپیلنی
ماده اوليه توليد الياف پلیپروپيلن را پروپيلن(3CH2=CHCH)تشکيل مي دهد که به صورت يک توليد جانبي در توليد اتيلن به روش شکستن مولکول نفت درصنعت پتروشيمي شکل مي گيرد .گازهاي مابع حاوي پروپيلن ، ديگر ماده اين منبع را تشکيل مي دهند.
پلیپروپيلن از پليمريزاسيون پروپيلن در شرايط دما و فشار نسبتاً ملايم و در حضور کاتاليست معروف زيگلر – ناتا انجام مي شود . وجود اين کاتاليست، پليمري به صورت ايزوتاکتيک را تشکيل مي دهد که قادر به متبلور شدن تا حدود ۹۰ درصد مي باشد.
ديگر فرمهاي آتاکتيک وسيندو تاکتيک پلي پروپيلن دارا ي خواص مناسب جهت تشکيل الياف نمی باشند . با توجه به شرايط سرد شدن ، ساختار بلورين پليپروپيلن دو شکل متفاوت پيدا ميکند . چنانچه پلي پروپيلن مذاب سريعاً سرد گردد ، ساختار بلورين پايدار که پاراکريستالين و ياسمکتيک نام دارد شکل میگيرد.
چنانچه پلي پرو پيلن مذاب به آرامي سرد گردد . ساختار بلورين معروف به منوکلينيک بوجود مي آيد. حرارت دادن پلي پروپيلن ازنوع پاراکريستالين به بيش از ۸۰ درجه سانتيگراد باعث تغيير ساختار بلورين آن به شگل منوکلينيک مي گردد. در الياف پلیالفيني ،پيوندهاي شيميايي ويوني بين ماکرو مولکول هاي پلي پروپيلن وجود نداشته ونيرو هاي بين زنجيره اي به نيرو هاي واندروالس محدودمي گردند . ازاين رو براي کسب خواص فيزيکي مناسب با وزن مولکولي الياف پلیالفيني در مقايسه با الياف ديگر بالاتر انتخاب گردد. با توجه به سرعت توليد و دماي پليمر مذاب ، سرعت سرد شدن وکشش بعد از توليد ، الياف پلیپروپيلن ازنظر جهت گيري بلورهاي خود نسبت به محور ليف با يکديگر تفاوت دارند و افزايش سرعت ريسندگي اوليه واعمال کشش بعد از توليد ، جهت گيري بلورها رادر جهت محور ليف افزايش مي دهد.
پليمريزاسيون پروپيلن به سه روش امکان پذير مي باشد. در روش تعليق که يک روش کلاسيک بحساب مي آيد پروپيلن در يک محيط رقيق کننده که معمولاً يک هيدرو کربن آليفاتيک مي باشد پليمريزه مي گردد مکمل اين روش، پليمريزاسيون فاز گاز مي باشند.
شدر ذوب ريسي پلي پروپيلن ، مشابه ديگر الياف ترموپلاستيک مثل پلي استر وپلي اميد ، وزن مولکولي متوسط ، توزيع وزن مولکولي و همچنين شاخص جريان توده پليمري مذاب (MFI) وخصوصيات الياف توليد شده را تحت تأثير خود قرار مي دهند . بطور کلي افزايش وزن مولکولي پليمر ، افزايش استحکام الياف توليد شده را به همراه دارد.
براي الياف پلیپروپيلن که به منظور مصرف در صنعت نساجي توليد مي گردندوزن مولکولي متوسط و براي الياف پلي پروپيلن با استحکام زياد که به عنوان الياف با کارايي بالا توليد مي کردند وزن مولکولي بالا انتخاب مي گردد .صنعت نساجی صنعت بسیار گسترده ایی میباشد حتی گونی بافی نیز جزیی از این صنعت بشمار میرود. در صنعت گونی بافی خرید مواد PPC30S بعنوان گرید مناسب معرفی شده است. PPC30S تولید پتروشیمی های مارون و اراک میباشد. بعضا میتوان خرید PP510L را جایگزین مواد C30S کرد. باتوجه به مربوط بودن شاخص جريان مذاب و وزن مولکولي متوسط به يکديگر ، شاخص جريان مذاب مناسب درتوليد الياف نساجي ۲۵-۱۵ گرم بر۱۰ دقيقه وبراي الياف با کارايي بالا ۵-۳ گرم بر۱۰ دقيقه ذکرشده است آزمايشات نشان داده است که محدوده کوچکتر توزيع وزن مولکولي پليمر ، به قابليت ريسندگي اوليه بهتر ، کمک مي نمايد. باتوجه به بالابودن وزن مولکولي پلي پروپيلن که افزايش ويسکوزيته توده مذاب در ريسندگي اوليه آنرا به همراه دارد ، دماي پلي پروپيلن مذاب درريسندگي اوليه آنها۷۰ تا۱۲۰درجه بيش از دماي پليمربوده ودرمحدوده ۲۳۰ تا ۲۸۰ درجه سانتيگراد انتخاب مي گردد . شکل زير ذوب ريسي رابه صورت شماتيک نشان مي دهد.در اين روش پليمربه صورت گرانول از تغذيه کننده (هاپر) وارد مارپيچي ذوبکننده شده بر اثر گرمايش توسط مارپيچي ذوب مي گردد. پليمر مذاب سپس به کمک پمپ تغذيه از طريق ***** به رشته ساز تغذيه شده وپس از خروج از روزنه هاي رشته ساز تحت تاثير نيروي کششي قرار مي گيرد و با از دست دادن گرما به محيط خود جامد گرديده وسر انجام روي بسته اي پيچيده شده ويا آنکه به صورت مداوم به بخشي ديگر از خط توليد نهايي تغذيه میگردد.
از آنجايي که پلي پرو پلين داراي گرماي ويژه بالا (KJ/Kg-K2-6/1) وضريب هدايتي کم (J/m.s.k3/0-1/0) مي باشد ، لذا طول منطقه سرد کننده بعد از رشته ساز در مقايسه با اليافي مثل نايلون ويا پلي استر ، بايد طويل تر انتخاب گردد. به همين ترتيب سرعت هاي توليد بالاتر به منطقه سرد کننده طويل تري احتياج دارند. از اين رو ، طول ستون ريسندگي ممکن است به 10متر برسد. با توجه به پائين بودن دماي ترانزيسيون ثانويه الياف الفيني از دماي اطاق ، تبلور الياف نه تنها در سرد شدن در ستون ريسندگي اوليه شکل مي گيرد بلکه اين فرآيند ممکن است بعداً هم روي بوبين ادامه پيدا مي کند بنابراين شرايط انجماد در ستون ريسندگي و همچنين شرايط نگهداري بوبين پس از توليد ، تبلور الياف الفيني را تحت تأثير خود قرار مي دهند تعداد روزنه هاي رشته سازهاي توليد کننده نخهاي فيلامنتي ممکن است با توجه فيلامنت هاي مورد احتياج بين ۱۵۰- ۱۰ متغير ميباشد رشته سازهايي که براي توليد الياف به منظور بريده شدن و مورد استفاده قرار گرفتن به صورت کوتاه ( استيپل) به کار گرفته ميشوند ممکن است تا ۲۰۰۰۰ روزنه داشته باشند با توجه به سرعت توليد ، الياف توليد شده ممکن است تا ۶ برابر طول اوليه خود کشيده شوند تا خواص مکانيکي مطلوب را بدست آورند . درجه کشش قابل کسب براي پلي پروپيلن پاراکريستالين بيشتر از پلي پروپيلن منو کلينيک مي باشد واين تفارت به مکانيک تغيير شکل مختلف براي ساختار منو کلينيک پاراکريستالين ربط داده شده است. پديده هاي فيزيکي مهم در ذوب ريسي را مي توان به صورت زير خلاصه نمود:
- رفتار توده مذاب از نقطه نظر رئولوژي
- کاهش قطر جريان در روزنه رشته ساز
- سرمايش جريان
- تبلور وتشکيل ساختار ليف
با اعمال کشش به الياف بعد از ريسندگي اوليه ، نظم داخلي آنها افزايش يافته وتبلور بيشتري شکل مي گيرد. با توجه به دماي تبديل شيشه اي پائين اين نوع الياف، کشش آنها با سرعت کم به مقدار ۳تا۸ برابر بدون گرمايش امکان پذير است.
کشش الياف بدون گرمايش به کشش سرد معروف است. برای افزايش سرعت کشش، الیاف پلیپروپیلنی حرارت داده مي شوند. کشش همراه با گرمايش به کشش گرم معروف است. ساختار جديد بعد از کشش، معمولاً با سرد نمودن الياف پايدار مي گردد.
الياف پلي پروپيلن با توجه به قيمت ارزانتر انها نسبت به الياف ديگر براي طيف گسترده اي از کاربرد ها مورد استفاده قرار گرفته اند. به عنوان مثال ،نخ کفپوش هاي از نوع تافتينگ،نخ خامه قالي ، الياف کفپوشهای نمدي ،کاربردهای نساحي الیاف پلیپروپیلنی را تشکيل مي دهند. کاربردهاي صنعتي پلي پروپيلن را طناب، منسوجات کشاورزي و***** ، منسوجات عمراني (کاربرد در عمران)گوني ،توري وموارد ديگري تشکيل مي دهند. براي کاربردهاي صنعتي هم از الياف پلیاتيلن استفاده مي شود. سبک بودن پلي اتيلن وپلي پروپيلن از آب وهمچنين عدم جذب آب توسط اين الياف و در نتيحه عدم تغيير در خواص مکانيکي انها بر اثر تماس با رطوبت از خصوصيات بارز اين دو نوع ليف در مقايسه با الياف ديگر است. الياف الفينی علاوه بر داشتن نهايت خاصيت آبگريزي ،در مقابل تعداد زيادي از اسيدهاي غير آلي ، بازها وحلال هاي آلي در دماي اطاق مقاوم باشند .
اين خواص تا حدودي به وزن مولکولي بسيار بالاي اين الياف مربوط مي گردد. سولفوريک ونيتريک اسيد وهمچنين ديگر اسيدهاي قوي در دماهاي بالا قادر به تخريب پلي الفين ها مي باشند. پلیپروپيلن معمولي که به بازار عرضه مي گردد دارای مقدار زيادی مواد افزودني مي باشد. نمونههايی از اين مواد که به منظور امکان پذير ساختن توليد پلیپروپيلن به آن اضافه مي گردند به قرار زير است:
ضد اسيد
مواد ضد اسيد مثل کلسيم ويا سديم استئارت نقش خنثي سازي بقاياي کاتاليست مورد استفاده قرار گرفته در مرحله پليمريزاسيون را به عهده دارند.در غير اينصورت امکان تشکيل اسيد وجود دارد که مي تواند مشکلاتي مثل اثر سوء بر دستگاههاي تبديل را به همراه داشته باشد.
ضد اکسيداسيون
مواد ضد اکسيداسيون به عنوان محافظت از پليمر در مقابل شکسته شدن ماکرومولکول در حين توليد و بعد از آن مورد استفاده قرار مي گيرند.فنل با ممانعت فضايي نمونه اي از مواد ضد دي اکسيداسيون (آنتي اکسيدان )مي باشد. لازم به ذکر است که عليرغم به همراه داشتن اين مواد افزودني ،پليپروپيلن به عنوان اصلاح شده در نظر گرفته نمي شود. عليرغم مزاياي چشمگير، الیاف پلیپروپیلنی داراي سه مشکل عمده در رابطه با کاربرد خود بصورت زير مي باشند:
الف) دماي ذوب نسبتاً پائين
تفاوت زياد بين دماي ذوب الیاف پلیپروپیلنی و ديگر الياف مثل پلیاستر و پلي آميد، کاربرد وسيعتر پلیپروپيلن را محدود ساخته است.
ب) تخريب بر اثر اکسيداسيون
وجود پيوند C-H نوع سوم د رپلي پروپيلن تخريب آنرا بر اثر اکسيداسيون شدت مي بخشد . گرما ونور به عنوان يک کاتاليست براي واکنش اکسيداسيون عمل مي نمايد . از اين رو ، مقاومت کم الیاف پلیپروپیلنی معمولي در مقابل نور و گرما ، عيب بزرگي براي آنها بشمار مي آيد . جذب اکسيژن توسط اين پليمر ، باعث شکستن ماکرومولکول و در نتيجه کاهش درجه پليمريزاسيون بر اثر تشکيل هيدروپراکسيدها در دماي بالا مي باشد . به همين علت ، در پليمريزاسيون آن از مواد ضد اکسيد کننده استفاده مي شود. از نقطه نظر تخريب بر اثر گرما ، پلي پروپيلن به علت دارا بودن کربن نوع سوم در معرض خطر بيشتر نسبت به پلي اتيلن قرار دارد . نور خورشيد هم از طريق مکانيزم فتواکسيداسيون با اثري مشابه گرما باعث تخريب پلي الفين ها مي گردد . بخش ماوراي بنفش نور خورشيد نقش عمده اي در تخريب به عهده دارد . الياف ظريف سريعتر از الياف ضخيم تحت تأثير نور خورشيد قرار مي گيرند .
ج)عدم امکان رنگرزی با روشها متداول برای ديگر الياف
همان طور که قبلاً گفته شد با توجه با عدم وجود گروههاي قطبي در پلي پروپيلن ، اين ليف بدون اصلاح شدن قادر به قبول تعداد زيادي از رنگينه هاي مختلف نبوده و رنگرزي نوع معمولي آن امروزه به کمک رنگرزي توده انجام مي شود .
براي کاهش کمبودهاي پلي پروپيلن سعي شده است که اين نوع ليف ترموپلاستيک با توجه به هدف خاص اصلاح گردد . اين اصلاح ممکن است که خواص ديگري را نيز تحت تأثير خود قرار دهد . اصلاحات براي بهبود و حتي کسب خصوصيات ديگر ممکن است از طريق اصلاح شيميايي پليمر و يا اصلاح فيزيکي در مرحله توليد و يا بعد از آن انجام شود.
دیدگاهتان را بنویسید