پلی پروپیلن یک پلاستیک خوش آتیه

دسته: مقالات منتشر شده در 08 مرداد 1401
نوشته شده توسط Admin بازدید: 380

بررسی پلی پروپیلن بعنوان یک پلاستیک خوش آتیه

این مقاله به بررسی مواد پلی پروپیلن (PP) از چند لحاظ می پردازد. هدف از این مطالعه اثبات این موضوع است که پلی پروپیلن با دارا بودن خواص شیمیایی، فیزیکی و مکانیکی عالی به درک و مقایسه بین انواع PP و همچنین ترموپلاستیک ها به منظور شناسایی مزایا و معایب آنها، ارائه تفسیر جامعی از فناوری DOW/UNIPOL  در PP و بررسی گستردۀ کاربردهای PP کمک می کند. مشخص شد که PP خروجی اصلی پروپیلن در میان سایر مشتقات با نرخ مصرف دو سوم محسوب می شود. از طرفی، سبک ترین نوع پلاستیک با چگالی 0.90 گرم بر سانتیمتر مکعب است. هموپلیمر PP (HPP) 75-65 درصد از بازار پتروشیمی را به خود اختصاص داده است. شاخه بندی، تقویت و پرکردن PP چند روش تولید پلاستیک با خواص مکانیکی منحصر به فرد هستند. پلی پروپیلن ایزوتاکتیک نیمه کریستالی (iPP) پس از بازیافت، از خواص نوری مناسی برخوردار است. فیلم های BOPP و PP-OH بعنوان پلاستیک های ایده آلی برای کاربردهای الکتریکی مطرح هستند. امروزه، در سراسر جهان 26 کارخانه PP در حال فعالیت و 4 کارخانۀ دیگر هم در دست احداث هستند. از کاربردهای PP می توان به ساخت پارچه، فیلم، بطری، ورق و تجهیزات خودرو اشاره کرد.

 

پلاستیک ها در چهار گروه اصلی دسته بندی می شوند: ترموپلاستیک ها، الاستومرها، ترموست ها و ترکیبات پلیمری. ساختارهای ماکرومولکولی کلاس هر ماده پلاستیکی و خواص فیزیکی آن را متمایز می کند. الاستومرها و ترموست ها به ترتیب دارای خواص ارتجاعی نرم و سخت بوده و رزین آنها را نمی توان برای بازیافت ذوب کرد. با این حال، ترموپلاستیک ها یا آمورف هستند یا نیمه کریستالی. رزین های آمورف درشت مولکول های آماری نامنظمی هستند اما رزین های نیمه کریستالی چون با فازهای کریستالی تعبیه شده اند، درشت مولکول های تقریبآ مرتبی هستند. رزین های آمورف معمولی شامل پلی کربنات (PC)، پلی استایرن (PS)، پلی وینیل کلراید (PVC) می شوند که در آن رزین های نیمه کریستالی معمولی همچون پلی آمید (PA) و پلی پروپیلن (PP) قرار دارند. از آنجایی که PP در کلاس نیمه کریستالی قرار دارد، در اینجا بر این مبحث متمرکز شده ایم. پلی پروپیلن در سال 1954 کشف شد و به این دلیل که کمترین چگالی را در بین پلاستیک های کامودیتی (کالایی) دارد، بسیار مورد توجه قرار گرفته است. PP مقاومت شیمیایی بسیار خوبی دارد و می تواند با کمک روش های مختلفی مانند قالب گیری تزریقی و اکستروژن پردازش شود. PP پلیمری است که به صورت کاتالیستی از پروپیلن تهیه می شود. مزیت اصلی آن مقاومت در برابر درجه حرارت بالا است که باعث می شود از آن برای ساخت سینی، قیف، سطل، بطری، قرابه و شیشه های ابزار که بایستی مرتب استریل شوند استفاده شود. علاوه براین، ماده ایبدون رنگ با خواص مکانیکی عالی است و به دلیل مزیت های ذکر شده در بالا بر پروپیلن برتری دارد. همچنین، یک محصول پتروشیمی پایین دستی است که از مونومر الفین پروپیلن به دست می آید. پلیمر از طریق فرایند اتصال مونومر به نام پلیمریزاسیون افزودنی تهیه می شود. در این فرایند گرما، تابش دید و یک استارتر یا یک کاتالیزور برای ترکیب مونومرها افزوده می شوند. با این حال، مولکول های پروپیلن به مولکول ها یا زنجیره های پلیمری بسیار طولانی پلیمریزه می شوند. چهار روش مختلف برای افزایش پلیمریزاسیون هر پلیمر وجود دارد: پلیمریزاسیون محلول، سوسپانسیون، توده ای و فاز-گاز. خواص پلی پروپیلن با توجه به شرایط فرایند، اجزای کوپلیمر، وزن مولکولی و توزیع وزن مولکولی متفاوت است. همانطور که در شکل زیر مشخص شده است، پلی پروپیلن یک پلیمر وینیل است که در آن هر اتم کربن به یک گروه متیل متصل است.

 

شکل 1:

 Polypropylene structure

 

سالانه، تقاضای جهانی برای تولید پلاستیک به 245 میلیون تن رسیده است و پیش بینی می شود به دلیل افزایش تقاضای عمومی، این فرآورده رشد چشمگیری داشته باشد. شکل زیر حجم تقاضای پلاستیک را تا سال 2006 نشان می دهد.

 

شکل 2:

 World plastics demand by resin types 2006

 

حدود 90 درصد از کل تقاضا برای پنج فرآورده اصلی پلاستیک پلی پروپیلن (PP)، پلی اتیلن (PE)، پلی وینیل کلراید (PVC)، پلی استایرن (PS) و پلی اتیلن ترفتالات (PET) است. در سال 1954، جولیو ناتا PP را کشف کرد اما تولید تجاری آن در سال 1957 آغاز شد. PP پرمصرف ترین ترموپلاستیک زیرا چون که به خاطر انعطاف پذیر بودن، قالب گیری آن بسیار کم هزینه است. دومین پلاستیک رایج پلی اتیلن است. گریدهای مختلفی از پلی اتیلن من جمله با چگالی کم (LDPE)، چگالی بالا (HDPE)، چگالی متوسط (MDPE) و چگالی کم خطی (LLDPE) وجود دارد. چگالی این گریدها بین 0.965-0.925 متغیر است و بدیهی است که بالاتر از PP است. با این حال، منحصر به فرد بودن PVC با محتوای کلر (57 درصد وزنی) در ساختار آن مرتبط است. تقاضای سالانۀ PVC در سراسر جهان تقریبآ 35 میلیون تن است. طبق مطالعات قبلی، پلاستیک قابل بازیافت ترین مواد هستند و در سال 2006، 4.4 میلیون تن پلاستیک بازیافت شده است. مقاومت شیمیایی پلی پروپیلن را می توان در مقاومت عالی در برابر اسیدهای رقیق و غلیظ، الکل ها و بازها، مقاومت خوب در برابر آلدئیدها، استرها، هیدروکربن های آلیفاتیک، کتون ها، مقاومت محدود در برابر هیدروکربن های آروماتیک، هالوژنه و عوامل اکسید کننده تفسیر کرد. پلی پروپیلن، در مقایسه با سایر ترموپلاستیک های تجاری، دارای ساختار کریستالی با سطح سختی و نقطه ذوب بالا است. سختی آن از گروه های متیل در ساختار زنجیره مولکولی آن ناشی می شود. علاوه براین، یک پلیمر سبک وزن با چگالی 0.90 گرم بر سانتیمتر مکعب است که کاربردهای صنعتی آن را افزایش می دهد. با این حال، برای استفاده در دمای کمتر از 10 درجه سانتیگراد مناسب نیست.

 

با در نظر گرفتن مصرف جهانی پروپیلن، غیر منطقی است که از محصولات دیگر به استثنای پلی پروپیلن استفاده کنیم. مصرف بالای پروپیلن به دلیل تولید بالای پلی پروپیلن است که در بسیاری از صنایع کاربرد زیادی دارد. هیچ پلاستیک دیگری مانند PP از کاربردهای متنوع برخوردار نیست. با داشتن برنامه های نامحدود به یک فرآوردۀ منحصر به فرد تبدیل شده است. از زمان کشف آن در سال 1954، پیشرفت خوبی در تولید داشته است و بایستی به این روند ادامه دهد تا بتواند تقاضای روزافزون در سطح جهان را پوشش دهد. شاخه بندی، تقویت و پرکردن از تکنیک های تولید PP با خواص مکانیکی برتر هستند. حفظ خواص نوری در PP بازیافت شده بسیار مهم است. با این حال، پلی پروپیلن ایزوتاکتیک نیمه کریستالی (iPP) پس از بازیافت خواص نوری خوبی از خود نشان می دهد. با این وجود، محققان بایستی تحقیقات بیشتری در زمینه BOPP انجام دهند و فیلم های PP-OH پلاستیک های ایده آل در کاربردهای الکتریکی محسوب می شوند. علاوه براین، توصیه می شود مطالعاتی در رابطه با غلبه بر مشکلات کوچک در فرایند پردازش پلی پروپیلن با توسعه کاتالیزورهای جدید، افزایش بازدهی و درصد تبدیل، و کاهش محصولات جانبی صورت گیرد. شرکت DOW ده ها PP را به بازار عرضه می کند که هر گرید کاربرد خاص خود را دارد. بنابراین، دستیابی به گریدهای پلی پروپیلن جدید برای انواع خاصی از کاربردها حیاتی است و مطالعات باید در مسیر آن دنبال شود تا انتخابی عالی برای نیازهای آینده باشد.