انواع گریدهای پلی پروپیلن، خواص، کاربردها و استانداردهای مرتبط
چکیده
به‌طورکلی پلی‌پروپیلن به دودسته تقسیم می‌شود: پلی‌پروپیلن کوپلیمر و دسته دوم پلی‌پروپیلن هموپلیمر .ازنظر خواص مکانیکی و فیزیکی این دودست از پلی‌پروپیلن‌ها باهم تفاوت دارند. کوپلیمرها از پلیمریزاسیون پروپیلن همراه با کومونومر اتیلن تولید می‌گردد. درحالی‌که هموپلیمر از پلیمریزاسیون پروپیلن به‌تنهایی تشکیل می‌گردد. کوپلیمر پلی‌پروپیلن خود به دودسته تقسیم می‌شود؛ کوپلیمر تصادفی، کوپلیمر بلاک. در مورد خواص کوپلیمر می‌توان گفت مقاومت ضربه‌ای بالایی دارد که باعث استفاده وسیع از این پلی‌پروپیلن در صنعت خودروسازی شده است. کوپلیمر تصادفی به دلیل خواص متمایز خود مانند مقاومت در برابر تشعشعات و دامنه وسیع نقطه ذوب، در تولید انواع لوله و اتصالات آب سرد و گرم کاربرد گسترده‌ای دارد. در مورد کوپلیمر بلاک می‌توان گفت که مقاومت ضربه‌ای بالاتری نسبت به کوپلیمر تصادفی دارد. ازلحاظ ظاهری کوپلیمر بلاک ظاهری کدر و تیره دارد و کوپلیمر تصادفی شفاف است به همین دلیل شناخت این دودسته از کوپلیمرها از روی ظاهر آن به‌راحتی انجام می‌گیرد. هموپلیمرها استحکام کششی بالایی دارند و ازنقطه‌نظر مقاومت ضربه‌ای ضعیف‌تر می‌باشند. هموپلیمرها بر اساس پیکر بندی فضایی به سه دسته تقسیم می‌شوند: ۱-اتاکتیک.۲ -ایزوتاکتیک. ۳- سیندیو تاکتیک. از هموپلیمرها در تولیدات مختلفی استفاده می‌گردد به‌خصوص زمانی که خاصیت استحکام کششی مدنظر باشد؛ مانند تولیدات نساجی، فیلم‌ها و غیره.
مقدمه
در میان انواع پلیمرها (پلاستیک‌های تجاری) پلی‌پروپیلن یکی از معروف‌ترین انواع پلیمرها محسوب می‌شود. این محصول کاربردهای فراوانی دارد. پلی‌پروپیلن یکی از سبک‌ترین انواع ترموپلاستیکها است، که دارای استحکام به وزن (استحکام ویژه) بسیار بالا و صلبیت بیشتری نسبت به سایر انواع پلیالفینها می‌باشد.
از خصوصیات مهم و بارز پلی‌پروپیلن حمل بارهای سبک به مدت‌زمان طولانی در محدوده وسیع دمایی می‌باشد. پروپیلن نسبت به سایر ترموپلاستیکهای همدسته خود مقاومت حرارتی و شیمیایی بیشتری دارد. مقاومت بسیار بالای پلی‌پروپیلن در مقابل آب و محلول‌های آبی نیز بسیار چشمگیر می‌باشد. درزمینه مقاومت الکتریکی نیز پلی‌پروپیلن امتیاز بسیار خوبی کسب می‌کند. این محصول قابل بازیافت است و برای محیط‌زیست مضر نیست.
امروزه از پلی‌پروپیلن هم در شکل پلاستیک هم به‌صورت الیاف در بازار مصرف استفاده می‌شود. پلی‌پروپیلن کمترین دانسیته را در بین انواع پلیمرهای رایج دارد. امروزه بیش ۱۸۰۰۰ گرید مختلف از پلی‌پروپیلن در دنیا تولید می‌گردد. پلی‌پروپیلن از پلیمریزاسیون مونومر پروپیلن ساخته می‌شود. برای تولید آن می‌توان از کاتالیستهای زیگلر ناتا و متا لوسن استفاده کرد.
پلی‌پروپیلن را به‌طورکلی ازلحاظ انواع گریدهای آن می‌توان به دودسته تقسیم کرد؛ کوپلیمر و هموپلیمر. هرکدام از این دسته گریدها خواص و کاربردهای خاص خود را دارند. در این مقاله به معرفی این دو گرید پلی‌پروپیلن می‌پردازیم. خواص و کاربردهای آن را موردبررسی قرار داده و استانداردهای لازم برای انواع پلی‌پروپیلن را معرفی می‌نماییم.
کوپلیمر پلی‌پروپیلن
به‌طورکلی کوپلیمرها از پلیمریزاسیون دو یا چند مونومر مختلف تشکیل می‌شوند. این دسته از پلی‌پروپیلن شامل مقدار کمی اتیلن هستند. در فرآیند تولید هر چه مقدار زنجیره‌های متصل به پروپیلن بزرگ‌تر باشد، باعث تغییر در خواص آن می‌گردد. این فرآیند باعث می‌شود انعطاف‌پذیری پروپیلن افزایش پیدا کند و در ضمن صلبیت و استحکام آن کاهش پیدا کند.
دو نوع از مهم‌ترین کوپلیمرهای تجاری پلی‌پروپیلن به شرح زیر می‌باشد: کوپلیمر تصادفی -کوپلیمر بلاک.
در تولید پلی‌پروپیلن کوپلیمر تصادفی، کومونومرهای اتیلن به‌صورت تصادفی و جدا در طول زنجیره پلیمر قرار می‌گیرند. این مدل ساختاری باعث می‌گردد ذرات اتیلن بسیار کوچک‌شده و درنهایت شفافیت کوپلیمر را به همراه داشته باشد. برای افزایش شفافیت در کوپلیمر تصادفی از عوامل هستهزا نیز استفاده می‌گردد. عوامل هستهزا باعث ریزتر شدن کریستال‌های پلی‌پروپیلن شده و درنتیجه شفافیت بیشتری حاصل می‌گردد.
کوپلیمر تصادفی دارای خواص به شرح زیر است؛ این دسته از پلی‌پروپیلن‌ها شفافیت بالاتری دارند. طیف بسیار گسترده‌ای از نقاط ذوب را شامل می‌شود. در برابر تشعشعات مقاوم هستند. از کاربردهای کوپلیمر تصادفی می‌توان به استفاده در تولید لوله و اتصالات آب سرد و گرم و تولید لوازم خانگی اشاره کرد.
کوپلیمر بلاک- در ساختار کوپلیمر بلاک تفاوت ضریب شکست نور در نواحی اتیلنی باعث کدر شدن و مات شدن کوپلیمر می‌گردد. با توجه به تفاوت ظاهری وجود شفافیت در کوپلیمر تصادفی و کدر بودن کوپلیمر بلاک به‌سادگی می‌توان این دودسته از کوپلیمرها را از هم تشخیص داد. از لحاظ ویژگی مقاومت مکانیکی کوپلیمر بلاک بر کوپلیمر تصادفی برتری داشته و مقاومت ضربه‌ای بالاتری دارد. مقاومت ضربه‌ای بالای کوپلیمر بلاک باعث می‌گردد در تولید محصولاتی که در معرض ضربه و هوای سرد قرار می‌گیرد از این دسته از کوپلیمرها بیشتر استفاده شود.
هموپلیمر پلی‌پروپیلن
این دسته از پلی‌پروپیلن در حقیقت دارای یک سیستم دوفازی است زیرا دارای مناطق آمورف و کریستالی می‌باشد. ساختار غیر بلوری (آمورف) از پلی‌پروپیلن ایزوتاکتیک و اتاکتیک تشکیل می‌گردد. درصد بلورینگی هموپلیمرها حدود ۶۰ درصد و نقطه ذوب آن حدود ۱۸۰ درجه سانتی‌گراد می‌باشد.
هموپلیمرها دارای طیف گسترده‌ای از نقطه ذوب می‌باشند. هموپلیمرها بر اساس نظم فضایی خود به سه دسته تقسیم می‌شوند؛ ۱- اتاکتیک (بی‌نظم) ۲- ایزو تاکتیک (هم نظم) ۳-سیندیوتاکتیک (تک نظم)
دسته اول اتاکتیک-این دسته از هموپلیمرها دمای ذوب پایینی دارند و به‌صورت صمغی شکل تولید می‌گردد. به دلیل خاصیت چسبندگی این دسته از هموپلیمرها از آن‌ها در تولید بعضی از انواع چسب‌ها استفاده می‌گردد. پلیمر اتاکتیک دارای خاصیت انعطاف‌پذیری می‌باشد.
دسته دوم هموپلیمر ایزوتاکتیک می‌باشد. این دسته از هموپلیمر نقطه ذوب بسیار بالایی دارد. به شکل ماده‌ای کریستالی و چقرمه می‌باشد. ایزوتاکتیکها نسبت به اتاکتیکها انعطاف‌پذیری کمتری داشته و در مقابل بلورینگی بیشتر و سفتی بالاتری دارد.
دسته سوم سیندیوتاکتیک- این دسته از هموپلیمرها از لحاظ ساختاری بسیار شبیه ایزوتاکتیکها هستند؛ اما بلورینگی و شفافیت کمتری دارند، در ضمن می‌توان گفت فرایندهای این دسته نسبت به سایر انواع گریدها مشکلتر می‌باشد.
هموپلیمرها معمولاً با نرخ جریان مذاب مشخص می‌گردند. از موارد کاربرد هموپلیمرها می‌توان به محفظه شیشه‌پاک‌کن‌ها، محافظ فن و میل فرمان خودروها، انواع پوشک و پارچه‌های خودرو اشاره کرد. همچنین پلیمرهای وینیل استات به دلیل داشتن خاصیت چسبندگی برای تولید انواعی از چسب‌ها کاربرد دارند. علاوه بر این با افزودن مواد مشخصی به هموپلیمرها از آن‌ها در تولید الیاف، فیلم‌ها و ورق و همچنین کاربردهای قالب‌گیری تزریقی استفاده می‌شود.
از مزایای خوب هموپلیمرها می‌توان به قابلیت جوش‌پذیری آن نیز اشاره کرد. همچنین پلیمرها قابلیت تماس با مواد غذایی را نیز دارند.
مقایسه بین کوپلیمر پلی‌پروپیلن با هموپلیمر پلی‌پروپیلن
مواد پلی‌پروپیلن به‌طورکلی به دودسته تقسیم می‌شود؛ پلی‌پروپیلن هموپلیمر و پلی‌پروپیلن کوپلیمر. این دودسته از گرید پلی‌پروپیلن ازنظر خواص مکانیکی و فیزیکی با یکدیگر متفاوت می‌باشند.
ازنظر تولید این دو گرید، پلی‌پروپیلن هموپلیمر از پلیمریزاسیون مونومر پروپیلن به‌تنهایی تشکیل می‌گردد. درحالی‌که پلی‌پروپیلن کوپلیمر از پلیمریزاسیون پروپیلن به همراه کومونومر اتیلن تولید می‌گردد. ازنظر خواص فیزیکی و مکانیکی تفاوت هموپلیمر با کوپلیمر در مقاومت ضربه‌ای، استحکام کششی و سختی است.
هموپلیمر استحکام کششی و سختی بیشتر و بالاتری نسبت به نوع کوپلیمر دارد، ولی ازلحاظ مقاومت ضربه‌ای دارای ضعف می‌باشد. درواقع می‌توان گفت هموپلیمر شکننده‌تر از کوپلیمر می‌باشد و این نقص در دماهای پایین و به‌خصوص دماهای زیر صفر بیشتر مشخص می‌گردد. به همین جهت استفاده از هموپلیمر در تولیدات تزریقی که در معرض ضربه و دمای پایین قرار می‌گیرند، محدودیت دارد. برای برطرف کردن این نقص در مرحله پلیمریزاسیون پروپیلن مونومر اتیلن اضافه می‌گردد که سبب تولید کوپلیمر پلی‌پروپیلن می‌شود. کوپلیمر مقاومت ضربه‌ای بالاتری داشته ولی این امر موجب می‌گردد، سختی و سفتی پلیمر کاهش پیدا کند. اضافه کردن اتیلن در پلیمریزاسیون همچنین باعث کاهش نظم ساختاری و کاهش تبلور پلی‌پروپیلن می گردد. مقاومت ضربه‌ای خوب کوپلیمر باعث استفاده وسیع از این پلی‌پروپیلن در صنعت خودروسازی جهت تولیدات سپر، کنسول، داشبورد و غیره گردیده است.
استفاده از کوپلیمر به دلیل دانسیته پایین باعث کاهش وزن خودرو می‌گردد. از گریدهای با شاخص بالا کوپلیمر برای فرآیندهای اکستروژن مانند تولید لوله و اتصالات آب سرد و گرم استفاده می‌شود.
هموپلیمر به دلیل شفافیت زیاد و مقاومت ضربه‌ای پایین بیشتر در صنایع نساجی و تولید فیلم‌ها و ورقه‌های نازک مورداستفاده قرار می‌گیرد. در تولید هموپلیمر استحکام کششی موردتوجه قرارگرفته و به مقاومت ضربه‌ای توجه نشده است. البته گریدهای پایین‌تری از هموپلیمر ساخته می‌شود که در مواردی که سفتی و سختی موردنیاز باشد، از آن استفاده می‌گردد.
استانداردهای پلی‌پروپیلن
سازمان بین‌المللی استاندارد (ISO)، انجمن مواد و آزمون آمریکا (ASTM)، موسسه استاندارد آلمان (DIN) و سازمان استاندارد ملی ایران (INSO) استانداردهای متعددی برای بررسی کیفیت محصولات متنوع پلی پروپیلن تدوین و منتشر نموده‌اند. این استانداردها شامل انواع گریدهای پلی‌پروپیلن می‌باشد و با تدوین استانداردهای اساسی درزمینه تولیدات پلی‌پروپیلن راهنمای مشخص و واضحی در اختیار تولیدکنندگان قرار داده که شامل منحنی‌های عمر- فشار-دما- مشخصات ظاهری، هندسی، مکانیکی- اندازه‌ها و غیره است.
مشخص است که بر اساس محصولات تولیدی از انواع گریدهای پلی پروپیلن هر کدام از این تولیدات به صورت جداگانه باید مورد تایید سازمان استاندارد ملی ایران قرار گیرد. بسته به نوع محصول تولید شده این استانداردها متفاوت بوده است و البته دریافت استانداردهای بین المللی برای تولیدات پلی پروپیلن باعث افزایش اعتبار آن می گردد و تولیدکنندگان باید اقدام به اخذ این استانداردها بنمایند. برخی از این استانداردها عبارتند از:
- INSO 11604: ظروف پلی‌پروپیلن تولید شده به روش گرمادهی جهت بسته بندی مواد غذایی
- INSO 6314: پلاستیک‌ها، سیستم لوله‌کشی آب سرد و گرم و داغ پلی‌پروپیلن
- ISIRI 13822-1: پلاستیک‌ها- لوله -اتصالات و سیستم لوله‌کشی پلی‌پروپیلن (pp) مورد مصرف در تخلیه فاضلاب ساختمان
- :ISIRI 11228 بسته‌بندی -ظروف پلاستیکی از جنس پلی‌پروپیلن و پلی استایرن -روش‌های آزمون
نتیجه گیری
پلی‌پروپیلن یکی از معروف‌ترین انواع پلیمرها به‌حساب می‌آید؛ که این پلیمر محبوب به دودسته تقسیم می‌گردد: پلی‌پروپیلن کوپلیمر و پلی‌پروپیلن هموپلیمر. این دو گرید از پلی‌پروپیلن خواص مکانیکی و فیزیکی متفاوت و متناسب با آن کاربرد متفاوتی دارند. کوپلیمر دارای مقاومت ضربه‌ای بالاتری است اما هموپلیمر خاصیت استحکام بیشتری دارد. هرکدام از این گریدهای پلی‌پروپیلن خود به دسته و گروه‌های بیشتری تقسیم می‌گردد که دارای خواص و کاربردهای متنوعی است. هرکدام از محصولات تولیدشده توسط انواع گریدهای پلی‌پروپیلن باید استانداردهای مربوطه را کسب کرده تا مهر تأییدی در کیفیت این محصولات باشد.
منابع
۱. احمد پناه، سید جواد- نیکوکار، محمد- ۱۳۸۲- تقویت و بهبود خواص پلی‌پروپیلن با استفاده از افزودنی‌های پلیمری و معدنی- ششمین کنگره مهندسی شیمی ایران.
۲. کاظمی، شاهین-حقیقت کیش، محمد -محدث مجتهدی، محمدرضا- خسروشاهی، علی-۱۳۸۶- تأثیر میزان پلی‌پروپیلن اتاکتیک بر روی برخی از خواص الیاف پلی‌پروپیلن- ششمین کنفرانس ملی نساجی ایران-اصفهان.
۳. پایان‌نامه مقطع کارشناسی ارشد- رشته نساجی- افزایش مواد افزودنی و پلی‌پروپیلن- ۱۳۸۸.
۴. ناصریان اصل، مجید- شیرکوند هداوند، بهزاد- ناصریان اصل، بتول- جهان فتحی، کیهان- ۱۳۸۹- بررسی ساختار و انواع کوپلیمر اتیلن پروپیلن جهت تولید الاستومرهای کاربردی در صنایع مختلف اولین همایش ملی توسعه تکنولوژی در صنایع و نفت و گاز پتروشیمی -اهواز.
بدون دیدگاه