English
العربیه
پلی پروپیلن چیست؟
پلی پروپیلن (به لاتین: Polypropylene) یا پلی پروپن (PP)، یک ماده صنعتی ساخت بشر است که به عنوان پلاستیک در گروه پلی الفین، از پلیمر های هیدروکربن با ساختار مشابه پلی اتیلن قرار می‌گیرد.
ویژگی های پلی پروپیلن مانند دوام، نقطه ذوب و توانایی تحمل بار بالا و همچنین مقاومت در برابر واکنش های شیمیایی این ماده را در صنایعی مانند تولید الیاف، ساخت مسکن، نساجی و بسیاری از صنایع روز دنیا شدیدا پرکاربرد کرده است.
در این مقاله از اکسیر پلیمر به بررسی کامل پلیمر پلی پروپیلن، ساختار شیمیایی، فرآیند تشکیل، فواید و خواص و محصولات ساخته شده از آن میپردازیم.
آنچه در این مقاله میخوانید:
پلی پروپیلن چگونه ساخته میشود؟
برای تولید پلی پروپیلن از روشی به نام پلیمری شدن استفاده میکنیم. اول باید مونومرِ پروپیلن (واحد سازنده پلیمر) را فراهم کنیم؛ این کار را می‌توان با استفاده از گازهای طبیعی یا سوخت های فسیلی انجام داد. بعد از استخراج مونومر پروپیلن، واحد های کوچک سازنده پروپیلن وارد فرایندی شیمیایی به نام پلیمری شدن می‌شوند که در آن مونومر ها مانند حلقه های زنجیر به همدیگر وصل می‌شوند و زنجیری بلند به نام پلی پروپیلن می‌سازند. (مانند تصویر بالا)
برای انجام فرآیند پلیمری کردن پروپیلن می‌توان روش های مختلفی را بسته به انتظاراتی که از محصول نهایی داریم به کار برد؛ یکی از روش های محبوب برای انجام هرچه بهتر فرآیند پلیمری کردن استفاده از کاتالیز گر Zeigler-Natta است. این کاتالیز گر به تعدیل و تنظیم جرم پلیمر حاصل و ساختار آن کمک میکند.
یکی دیگر از راه های انجام فرآیند پلیمری کردن استفاده از کاتالیزگز متالوسنی است. برای ایجاد ویژگی هایی مانند مقاومت در برابر حرارت و شفاشیت محصول نهایی، این نوع کاتالیز گر ها به کار می‌روند.
یک روش دیگر برای تولید پلی پروپیلن از طریق فرآیند پلیمری کردن استفاده از فشار و دمای مناسب است. در این روش واحد های سازنده پلی پروپیلن تحت فشار و دمای معینی قرار می‌گیرند تا به طور خودکار به هم بچسبند و ساختار زنجیروار بگیرند.
آرایش شیمیایی (ارایش گروه های جانبی) و ویژگی های مورد نظر دیگری مانند جرم مولکولی پلی پروپیلن تولیدی بر انتخاب روش پلیمری کردن تاثیر می‌گذارند. همه روش های ذکر شده در شرایط خاص مدنظر به کار می‌روند و کاربرد های متفاوت دارند.
ساختار مولکولی و فرمول شیمیایی پلی پروپیلن
از آنجایی که پلی پروپیلن در دسته پلیمر های خطی قرار دارد مونومر های آن در حالتی سازمان یافته و به صورت منظم در خطی صاف کنار هم قرار گرفته اند. برای نام گذاری شیمیایی پلی پروپیلن از n(C3H6) استفاده میکنیم که در آن n نمایانگر تعداد مونومر های تکرار شده در زنجیره پلیمری را نشان می‌دهد.
اتم‌های هیدروژن و کربن عمده ساختار پلی پروپیلن را تشکیل می‌دهند. زنجیر اصلی ساختار را کربن تشکیل می‌دهد که به محصول استحکام و پایداری می‌بخشد. به دلیل آسان بودن شکست پیوند بین مونومر های پ پ به وسیله حرارت، این پلیمر یک پلیمر ترموپلاستیک به شمار میرود بنابراین می‌توان آن را بدون از دست دادن کیفیتش ذوب کرد. این ویژگی پلی پروپیلن را برای بازیافت مناسب و سازگار میکند و همچنین امکان استفاده از روش ها و فرآیند های تولید مختلف را برای ساختش فراهم میکند.
خواص پلی پروپیلن چیست؟
پلی پروپیلن دارای طیف گسترده ای از مزایا و خاصیت هاست که آنرا در استفاده در صنایع محبوب کرده است. در ادامه به برخی از این ویژگی ها میپردازیم:
خواص مکانیکی
بدلیل قابلیت های شگفت انگیز مکانیکی، پلی پروپیلن در بسیاری صنایع به کار میرود. این پلیمر به دلیل مقاومت کششی بالا، می‌تواند نیروهای کششی وارد شده را بدون شکستن تحمل کند. علاوه بر این، پلاستیک پ پ بسیار سخت و محکم است؛ این ویژگی در شرایطی که محصول ساخته شده با پلاستیک PP در معرض تنش خارجی و ضربه قرار می‌گیرد، به حفظ ساختارش کمک میکند. این ویژگی پلاستیک PP را برای کاربرد هایی که نیازمند مقاومت در برابر ضربه هستند (مانند بدنه لوازم خانگی) بسیار کاربردی کرده است.
علاوه بر ویژگی های ذکر شده، پلاستیک پ پ انعطاف پذیری بالایی با توانایی حفظ استحکام حتی درحالت خم شدن دارا ست که آنرا در محصولاتی که نیازمند خم شدن مکرر و طولانی مدت بدون شکستن هستند پر کاربرد می‌سازد.
خواص حرارتی
پلی پروپیلن بدلیل رفتارش در برابر حرارت و مقاومت خوب برار گرما می‌تواند در محصولاتی که در معرض دمای بالا قرار می‌گیرند استفاده شود. این رزین ماده ای با مقاوم به گرما است که می‌تواند دماهای بالا را بدون از دست دادن شکلش تا قبل از رسیدن به نقطه ذوب تحمل کند.
نقطه ذوب پلی پروپیلن بین ۱۳۰ تا ۱۷۱ درجه سانتی گراد متغیر است. علاوه بر این‌ها، پلاستیک PP دارای ضریب انبساط حرارتی پایین نیز می‌باشد؛ این ویژگی به این معنی است که این پلاستیک دچار تغییر حجم بسیار کمی با تغییر دما میشود.
خواص شیمیایی
به دلیل مقاومت استثنایی پلی پروپیلن در برابر واکنش های شیمیایی می‌توان این ماده را در صنایع مختلفی به کار برد. از آنجایی که PP در برابر اسیدها، بازها و حلال‌ها مقاومت خوبی دارد، می‌تواند در شرایط شیمیایی سخت به خوبی عمل کند.
همچنین، پلی پروپیلن در برابر آسیب های آب هم مقاوم است و این ویژگی تطبیق پذیری این محصول برای استفاده آن در شرایط مرطوب را نیز فراهم میکند. نکته ای باید به آن توجه شود این است که پلاستیک پ پ در برابر اکسید کننده های قوی و هیدروکربن های آروماتیک آسیب پذیر است. بنابراین در به کار گیری پلی پروپیلن در محیط هایی که ممکن است در معرض این مواد قرار بگیرند باید محتاط بود.
کاربرد پلی پروپیلن
پلی پروپیلن به دلیل مقاومت شیمیایی، جوش‌خوار بودن، تطبیق پذیری آن با محیط و … می‌تواند در صنایع گوناگون کاربرد داشته باشد. در ادامه به چند مورد از کاربرد های رایج پلی پروپیلن میپردازیم:
خودروسازی
پلاستیک پلی پروپیلن در صنعت خودروسازی به طور گسترده برای ساخت قطعات مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرد؛ برای مثال در ساختار قطعاتی مانند داشبورد، بدنه باتری، تزئینات داخلی و سپر ها پلی پروپیلن نقش پررنگی ایفا میکند. استفاده از پلاستیک PP در طراحی خودرو، به کم کردن وزن خودرو کمک میکند که روی مسائلی مانند کاهش مصرف سوخت و کاهش آلاینده ها موثر است.
همچنین، مقاومت شیمیایی پلی پروپیلن به آن اجازه می‌دهد که بدون مشکل در معرض مایعات و دیگر مواد شیمیایی خودرو قرار بگیرد و طول عمر قطعات مختلف را تضمین کند. مقاومت این پلیمر در برابر حرارت نیز به آن امکان به کارگیری در قطعاتی مانند موتور خودرو که در معرض حرارت هستند را می‌دهد.
بسته بندی
ظروف غذا، نایلون فریزر ها و بطری ها تنها چند مورد از موارد گسترده استفاده پلی پروپیلن در بسته بندی هستند. این ماده به دلیل شفافیت و براق بودن می‌تواند محصول بسته بندی شده را جذاب و جالب توجه مشتری جلوه دهد.
رزین پ پ با جذب کمترین رطوبت از محیط به ماندگاری طولانی محصولات فاسد شدنی کمک میکند. علاوه بر این، مقاومت پلاستیک PP در برابر ضربه نیز آنرا به ماده ای پر کاربرد در حمل و نقل کالاها بدل کرده است. سازگاری بسیار بالای پ پ آنرا به ماده ای عالی برای استفاده در بسته بندی طیف وسیعی از کالاها تبدیل کرده است.
برق و الکترونیک
پلی پروپیلن به دلیل عایق الکتریکی بودن در محصولات الکترونیکی کاربرد گسترده ای دارد. پلاستیک پ پ یکی از بهترین گزینه ها برای عایق کردن کابل هاست تا از نشت برق جلوگیری شود و پایداری سیگنال ها تیز تضمین گردد. پلی پروپن اغلب در خازن ها استفاده میشود و ذخیره و آزادسازی الکتریسیته را تسهیل میکند.
پلی پروپن در ساختار باتری ها هم نقش دارد و در جداکننده باتری ها نیز به کار میرود تا کارکرد ایمن و موثر باتری را تضمین کند. این پلاستیک به دلیل عایق کردن الکتریسیته یک ماده پر کاربرد در محصولات الکترونیکی به شمار می رود و به عملکرد قابل اعتماد و امن قطعات الکترونیکی می افزاید.
پزشکی
پلی پروپیلن در صنعت پزشکی کاربرد فراوانی دارد. ابزار های جراحی،بسته بندی های یکبار مصرف پزشکی، سرنگ‌های تزریق از جمله محصولاتی هستند که با استفاده از پلاستیک PP در نهایتِ کیفیت ساخته می‌شوند. پلاستیک پ پ زیست سازگار است و استفاده از آن خطرات قابل توجهی برای بدن ندارد.
پلی پروپن همچنین به راحتی قابلیت استریلیزه شدن در صورت ریسک حمل مواد خطر آفرین را دارد. مقاومت پلی پروپن در برابر محصولات شیمیایی به کار رفته در صنعت پزشکی، توانایی بالا در حفظ ساختار و یکپارچگی، زیست سازگار بودن و استریلیزه شدن آسان این پلیمر را به ماده ای پرکاربرد در پزشکی بدل کرده است.
صنعت نساجی
در صنعت نساجی، الیاف پلی پروپیلن کاربرد های مختلفی از جمله فرش، مبلمان، پارچه های پرسی (نمد های پلاستیکی مدرن) و ژئوتکستایل دارد. الیاف پلی پ پ به دلیل مقاومت بالا در برابر رطوبت و لکه های آلاینده برای استفاده در زمینه‌های مختلف نساجی بسیار مناسب هستند.
پارچه پلی پروپیلن مقاوم و قابل اعتماد است و حتی در شرایط سخت محیطی عملکرد قابل قبولی را داراست. الیاف پ پ ماده ای محبوب است که علاوه بر تضمین زیبایی پارچه، مقاومت و پایداری در برابر فرسودگی آن را نیز تامین خواهد کرد.
مزایا و مضرات پلی پروپیلن چیست؟
در ادامه برخی از مزایا و مضرات اصلی این ماده پرکاربرد آورده شده است:
مزایا
تطبیق پذیری
پلاستیک پلی پروپیلن با طیف گسترده ای از ساختار و کیفیت های متفاوت برای کارکرد های متفاوت کارآمد است. سازگاری این پلاستیک بخاطر سرسختی در شرایط و انعطاف پذیری نسبت به شرایط مختلف بسیار بالا می‌باشد.
جرم پایین
پلی پروپیلن به دلیل جرم بسیار کم، ماده ای مفید برای تولیداتی است که پایین بودن جرم یکی از اهداف تولید است. این پلاستیک را به دلیل چگالی کم، می توان در ساختار هواپیما و خودرو استفاده کرد که به کاهش مصرف سوخت و کمتر کردن تولید آلاینده کمک می کند.
مقرون به صرفه بودن
در مقایسه با سایر پلیمر های صنعتی، پلی پروپیلن بسیار مقرون به صرفه تر است.این ویژگی برای نیازهایی که در آن مسئله قیمت مطرح است، مخصوصا در خرید های عمده تولید کنندگان از نظر قیمتی برتر می‌سازد.
قابلیت بازیافت
می‌توان با ذوب محصولات پلاستیک های ساخته شده از این پلیمر و تبدیل آن به گرانول پلی پروپیلن بازیافتی، از آن برای تولید قطعات پلاستیکی جدید استفاده کرد. این قابلیت ضایعات و زباله های صنعتی را کاهش می‌دهد و به اقتصاد صنعت مورد نظر نیز کمک میکند.
معایب
مقاومت کم در برابر دما نسبت به بقیه پلیمرها
پلی پروپیلن در برابر دما تا حدی مقاوم است اما این مقاومت در حد دیگر پلیمر های صنعتی نیست و استفاده از آن در کاربرد هایی که مستلزم کار کنار دمای بالا است خطرناک محسوب میشود.
مستعد تخریب توسط اشعه فرا بنفش
اگر پلی پروپیلن به مدت طولانی در معرض اشعه فلا بنفش قرار بگیرد منجر به آسیب دیدن بافت و تخریب آن شود. برای افزایش مقطعی مقاومت پلاستیک پلی پروپن در برابر اشعه فرا بنفش می‌توان از چند سری پوشش یا افزودنی استفاده کرد. هرچند این مواد حتما باید در خارج محیط بسته به کار گرفته شوند.
قابلیت اشتعال
پلی پروپیلن یکی از موادی است که به راحتی قابل احتراق است و به سرعت آتش می‌گیرد. هرچند می‌توان با افزودن چند ماده شیمیایی در مرحله تولید، این پلاستیک را مقابل آتش تا حدی مقاوم کرد اما این ماده همچنان مقابل آتش ضعف‌هایی خواهد داشت.
اتصال مشکل به باقی مواد
به دلیل وجود انرژی کم روی سطح پلی پروپیلن، اتصال این ماده با جامد های دیگر سخت است و حتما باید از چسب های خاصی استفاده شود تا اتصال مدنظر به مدت طولانی برقرار باشد.
انواع پلی پروپیلن
پلی پروپیلن در انواع مختلفی از نظر ساختاری و ترکیب موادی ساخته میشود تا پاسخگوی انواع نیازهای گوناگون باشد. در ادامه به دو نوع معروف آن میپردازیم:
هموپلیمر
فرآیند پلیمری شدن که به برهمکنش مونومرهای پروپیلن با یک کاتالیزور در دما و فشار بالا نیاز دارد، باعث تولید هموپلیمر پلی پروپیلن، یک ماده ترموپلاستیک می شود. پروپیلن تنها واحد مونومری است که این هموپلیمر را تشکیل می دهد.
پلی پروپیلن به دلیل نقطه ذوب بالا، سختی و مقاومت شیمیایی بالا، می‌تواند در انواع شرایط دشوار محیطی به کار برود. این ماده همچنین ویژگی هایی مانند استحکام در برابر ضربات، حداقل جذب رطوبت و رسانایی حداقلی الکتریسیته را دارا است.
هومو پلیمر ماده شفافی است که به راحتی ذوب، اکسترود و قالب‌گیری میشود. همچنین هزینه کمتری نسبت به پلیمرهای فنی مشابه دارد که آن را به انتخاب اقتصادی مناسبی برای تولیدکنندگان تبدیل می کند. در بسیاری از تولیدات صنعتی پلی پروپیلن از جمله محصولات مصرف خانگی، خودرو، بسته بندی، تجهیزات پزشکی و ظروف مواد غذایی، عموما از هموپلیمر استفاده میشود.
مقاومت شیمیایی بالا و توانایی تحمل مواد شیمیایی خورنده، هومو پلیمرها را به موادی عالی برای استفاده در ساختمان مخازن، خطوط لوله و تجهیزات آزمایشگاهی تبدیل کرده است. هموپلیمر به دلیل پایداری ابعادی بالا برای ساخت قطعات ظریفی مانند چرخ دنده و یاتاقان (اصطلاح برای تکیه گاه) نیز گزینه مناسبی است.
الیاف، نایلون ها، ملافه های پلاستیکی، فرش ها و پلاستیک های محافظ بسته بندی نیز از پلی پروپیلن هوموپلمیر ساخته می‌شوند. نایلون های ساخته شده از هموپلیمر شفافیت بسیار زیاد و حداقل تیرگی را در عین حالی که مستحکم هستند دارا می باشند.
کوپلمیر
کوپلیمر نوعی ترموپلاستیک پلی پروپیلنی است. این ماده زمانی ساخته میشود که مونومر های اتیلن و پروپیلن تحت فشار و دمای معینی با حضور کاتالیزگر به هم پیوسته و ساختار زنجیروار تشکیل دهند. ساختار مولکولی محصول نهایی فرآیند پلیمری شدن کوپلمیر دارای هر دو مولکول اتیلن و پروپیلن است و این تفاوت بین کوپلمیر و هوموپلمیر است.
پلاستیک های پلی پروپیلنی همواره بهترین گزینه برای مصارفی هستند که مستلزم استحکام بالا در عین سبکی هستند، علت این موضوع پایداری و استحکام بالای این مواد در برابر ضربات، عدم واکنش دهی و در نتیجه حفظ ساختار در برابر خورنده های شیمیایی و چگالی کم این مواد می باشد.
مقاومت بالای این مواد انها را در استفاده محصولاتی که تحت فشار مکرر قرار میگرند ایده آل میکند. همچنین شفافیت و براق بودن این محصولات آنها را برای محصولات بسته بندی ظاهری مناسب کرده است.
پلی پروپن در بسته بندی، ظروف پلاستیک خانگی، قطعات خودرو، مسنوجات، تجهیزات پزشکی و پارچه های تولید شده تحت فشار برای انواع فیلتر ها به کار میرود.
جمع بندی
پلی پروپیلن در طیف گسترده ای از محصولات استفاده می شود که بخش بسته بندی به دلیل انعطاف پذیری، دوام، مقاومت شیمیایی و سایر ویژگی های مفید این پلاستیک، مهمترین محصول آن است. در حالی که تصور میشود این پلیمر ترموپلاستیک فاقد است BPA و هیچ خطری برای سلامتی انسان ندارد، قرار گرفتن طولانی‌مدت در معرض اشعه فرابنفش یا دمای بسیار بالا ممکن است باعث شکسته شدن ساختار آن یا حتی نشت مواد شیمیایی شود.
اگرچه روش‌های قالب‌گیری دیگری نیز در تولید پلاستیک استفاده میشود، اما قالب‌گیری تزریقی روشی است که اغلب برای پردازش پلاستیک پلی پروپن استفاده میشود.
