PP چیست؟ (پلی پروپیلن)?

1. مقدمه

پلی پروپیلن (PP) یک پلی اولفین ترموپلاستیک نیمه بلوری است که به دلیل چگالی کم قابل توجه است, مقاومت شیمیایی گسترده, و پردازش مقرون به صرفه.

این به عنوان هموپلیمر ایزوتاکتیک و چندین خانواده کوپلیمر وجود دارد; افزودنی‌ها و تقویت‌کننده‌ها، پوشش کاربردی خود را از فیلم‌های انعطاف‌پذیر و منسوجات غیر بافته به قطعات ساختاری خودرو پر از شیشه گسترش می‌دهند..

انتخاب گرید PP مناسب نیاز به ریزساختار پلیمری دارد, مواد افزودنی و شرایط پردازش به دمای سرویس, بار مکانیکی, قرار گرفتن در معرض مواد شیمیایی و استراتژی پایان عمر.

2. PP پلاستیک چیست؟?

پلی پروپیلن از مونومر پروپیلن سنتز می شود (C₃H6) با استفاده از کاتالیزور هماهنگی (زیگلر-ناتا یا متالوسن ها).

از زمان تجاری‌سازی در دهه 1950، به یکی از پلاستیک‌های تولید شده در سراسر جهان تبدیل شده است.

استراتژیک, PP بین کالا می نشیند (پستان, PS) و پلاستیک های مهندسی (پا, PBT): ارزان و به طور گسترده قابل پردازش است اما به اندازه کافی برای برنامه های کاربردی قابل تنظیم است, امکان کاهش وزن و کنترل هزینه در بازار انبوه در حالی که بسیاری از الزامات نظارتی و عملکرد را برآورده می کند.

ویژگی های استراتژیک کلیدی:

• وزن مخصوص پایین (≈0.90 g·cm-3) - مزیت برای طراحی سبک وزن.
• پنجره پردازش گسترده - از تولید با توان بالا پشتیبانی می کند.
• مقاومت شیمیایی بالا - مناسب برای تماس با مواد غذایی, قطعات یکبار مصرف پزشکی و صنعتی.
• در دسترس بودن درجه گسترده - تکمیل نشده است, پر شده, تقویت شده, نمرات ضد شعله و تخصصی پزشکی.

3. شیمی و ساختار پلیمری

مسیرهای پلیمریزاسیون و تاثیر کاتالیزور

• کاتالیزورهای زیگلر-ناتا تولید PP ایزوتاکتیک با توزیع وزن مولکولی وسیع; آنها مقرون به صرفه هستند و به طور گسترده برای هموپلیمرها و کوپلیمرهای تصادفی استفاده می شوند.
• کاتالیزورهای متالوسن توزیع وزن مولکولی باریک تر و کنترل ریزساختاری بیشتر را امکان پذیر می کند (تاکتیکی, معماری کوپلیمر بلوکی), بهبود وضوح, سختی و ثبات فرآیند.
• فاز گاز در مقابل دوغاب در مقابل فرآیندهای محلول: انتخاب بر اقتصاد تأثیر می گذارد, وزن مولکولی و مشخصات آلاینده - برای درجه خلوص بالا یا پزشکی مهم است.

تاکتیک و تبلور

• ایزوتاکتیک PP به راحتی متبلور می شود; بلورینگی بالا باعث سفتی می شود, مقاومت شیمیایی و نقطه ذوب بالا (~160-171 درجه سانتیگراد).
• سندیوتاکتیک / آتاکتیک فرم ها طاقچه هستند: syndiotactic بلورینگی کمتری دارد; آتاکتیک تا حد زیادی بی شکل و چسبناک است.
• مورفولوژی کریستالی: اندازه اسفرولیت, چگالی هسته و تاریخ بازپخت نوری را تحت تاثیر قرار می دهد, رفتار مکانیکی و جمع شدگی.

هموپلیمر در مقابل خانواده های کوپلیمر

• هموپلیمر (iPP): بهترین سختی, بالاترین نقطه ذوب, مقاومت شیمیایی خوب; شکننده تر در T پایین تر.
• کوپلیمر تصادفی (RPP): ادغام کوچک اتیلن باعث کاهش بلورینگی می شود → شفافیت بهبود یافته و چقرمگی در دمای سرد; برای بسته بندی مواد غذایی و محصولات قالب گیری تزریقی استفاده می شود که به عملکرد ضربه بهتری نیاز دارند.
• تأثیر (مسدود کردن) کوپلیمر (IPP/CPP / PP-H): دامنه های لاستیکی پراکنده EPR/EPDM چقرمگی ضربه و شکل پذیری بالایی را ارائه می دهند - برای ظروف دیواره نازک استفاده می شود, سپرهای خودرو و لولاهای زنده.
• PP های اصلاح شده تخصصی: هسته دار, حرارت تثبیت شده, ضد شعله, پر شده (تالک, CaCO3, فیبر شیشه ای) و گریدهای سازگار عملکرد مکانیکی و حرارتی را افزایش می دهند.

4. ویژگی های فیزیکی و حرارتی PP

مقادیر معمولی (محدوده های نماینده برای هموپلیمر قالب گیری تزریقی معمولی/PP ایزوتاکتیک; اعداد دقیق به درجه بستگی دارد, پرکننده, و پردازش):

نت طراحی: PP نیمه کریستالی است; رفتار حرارتی به شدت به کریستالی بودن و هسته‌زایی بستگی دارد.

5. ویژگی های کلیدی عملکرد پلی پروپیلن

خصوصیات مکانیکی

محدوده مکانیکی نماینده برای پر نشده است, راه حل (به صورت قالبی) PP:

مقاومت شیمیایی

PP در برابر اکثر حلال های آلی بسیار مقاوم است, اسید, و قلیایی در دمای اتاق.

در برابر اسیدهای رقیق مقاومت می کند (به عنوان مثال, 10% HCL), پایه (به عنوان مثال, 50% سعادت), و هیدروکربن ها اما مستعد اکسیداسیون توسط عوامل اکسید کننده قوی است (به عنوان مثال, HNO3 غلیظ, کلر) و تورم توسط حلال های معطر (به عنوان مثال, بنزن) در دمای بالا.

این بی اثری شیمیایی PP را برای تجهیزات ذخیره سازی و پردازش مواد شیمیایی مناسب می کند.

6. روش های پردازش

پنجره پردازش عمومی و رئولوژی

• پردازش مذاب: 180-240 درجه سانتیگراد بسته به درجه و تجهیزات; حفظ دمای مذاب پایدار برای جلوگیری از تخریب حرارتی و تشکیل فرار.
• MFI / MFR شاخص صنعتی اولیه است: MFR کم → وزن مولکولی بیشتر → خواص مکانیکی بهتر اما گشتاور پردازشی بالاتر.

قالب تزریقی - راهنمایی طراحی

• طراحی دروازه, بسته بندی و خنک کننده: بهینه سازی بسته برای جبران انقباض حجمی; تعادل خنک کننده را برای جلوگیری از آثار سینک.
• دمای قالب: 20-80 درجه سانتی گراد; دماهای بالاتر سطح را بهبود می بخشد و تنش جهت گیری را کاهش می دهد اما زمان چرخه را کاهش می دهد.
• کاهش تاب: حفظ یکنواختی دیوار, دنده ها را با نسبت ضخامت مناسب قرار دهید (<0.5× دیوار) و از روسای پشتیبانی به درستی استفاده کنید.

اکستروژن و فیلم

• تولید BOPP: جهت گیری دو محوری سفتی را بهبود می بخشد, استحکام و شفافیت برای فیلم های بسته بندی; پارامترهای جهت گیری (درجه حرارت, نسبت کشش) خواص کنترلی.
• اکستروژن لوله (PP-R): استحکام هیدرواستاتیک طولانی مدت به کریستالی و توزیع وزن مولکولی بستگی دارد.

قالب گیری دمشی, گرمازا, کف سازی و تولید الیاف

• هر فرآیند از قدرت مذاب و رفتار تبلور PP استفاده می کند; گریدهای فوم از عوامل دمنده شیمیایی یا فیزیکی و عوامل هسته‌زا برای کنترل اندازه و تراکم سلول استفاده می‌کنند..

3D چاپ / تولید مواد افزودنی

• چاپ FFF از PP به دلیل چسبندگی کم بستر و تاب خوردگی، چالش برانگیز است; درجه های تخصصی و درمان های سطحی (میله های PP, تخت های گرم شده, استفاده از قایق) امکان چاپ برای نمونه سازی و قطعات کم حجم.

7. مطلب, پرکننده ها و نمرات اصلاح شده

مطلب, پرکننده ها و اصلاح کننده ها ابزارهایی هستند که پلی پروپیلن پایه را تبدیل می کنند (PP) از یک کالای تک منظوره به مجموعه ای از مواد مهندسی شده.

خانواده های افزودنی و پرکننده

عوامل هسته زا

• هدف: افزایش نرخ کریستالیزاسیون, اندازه اسفرولیت را اصلاح کنید, سفتی و HDT را کمی افزایش دهید, زمان چرخه را کوتاه کنید, وضوح را در برخی از درجات بهبود بخشد.
• انواع: مشتقات سوربیتول (به عنوان مثال, نوع PDO), بنزوات سدیم, نمک های آلی.
• بارگذاری معمولی:0.01 - 0.5 وزنی ٪.
• اثر: زمان خنک شدن کوتاه تر (10-30 ٪), سفتی بالاتر و کاهش تغییرات چرخه.

اصلاح کننده های ضربه / الاستومرها

• هدف: افزایش چقرمگی در دمای پایین و استحکام ضربه ای بریدگی.
• انواع: EPR/EPDM (لاستیک اتیلن – پروپیلن), SEBS (کوپلیمر بلوک استایرنیک).
• بارگذاری معمولی:5 - 25 وزنی ٪ (بستگی به چقرمگی هدف دارد).
• اثر: بهبود بزرگ در ضربه و شکل پذیری بریدگی; مدول کششی و HDT را کاهش می دهد; ممکن است برای سیستم های پر شده به سازگار کننده نیاز داشته باشد.

پرکننده ها (معدنی)

• تالک, میکا, ولاستونیت: افزایش سفتی, بهبود ثبات ابعادی و هسته زایی; طلق اغلب در 50 وزنی.
• کربنات کلسیم (CaCO3): کاهش هزینه, افزایش جزئی سفتی; معمولی 50 وزنی.
• اثر: مدول بالا (به عنوان مثال, تالک 10 تا 20 درصد می تواند مدول را از 1.5 گیگا پاسکال به 2 تا 3 گیگا پاسکال افزایش دهد.); چقرمگی ضربه به طور کلی کاهش می یابد; پرداخت سطح و جریان ممکن است تغییر کند.

تقویت کننده ها (فیبری)

• الیاف شیشه (کوتاه یا بلند): افزایش زیاد مدول/استحکام - معمول است 10@ وزنی (بعضی اوقات تا 60 درصد وزنی در LFT).
• فیبر کربن / ترموپلاستیک های فیبر بلند (LFT): سختی و استحکام بالاتر, هدایت الکتریکی با کربن.
• اثر: مدول تا 3-10+ GPa بسته به محتوای فیبر و جهت; تراکم بالاتر, افزایش سایش و سایش بیشتر ابزار; اگر الیاف به عنوان متمرکز کننده تنش عمل کنند، در برخی از پیکربندی ها تأثیر کاهش می یابد.

بازدارنده های شعله (خط)

• FR هالوژنه: مؤثر, اما در بسیاری از بازارها محدود شده است.
• بدون هالوژن: تری هیدرات آلومینیوم (ATH), هیدروکسید منیزیم, مواد آلی مبتنی بر فسفر, سیستم های متورم.
• بارگذاری معمولی: ATH اغلب 20` وزنی; سیستم های فسفر 5 وزنی.
• اثر: کاهش احتراق; افزایش قابل توجه محتوای پرکننده باعث کاهش خواص مکانیکی می شود; تاثیر بر ویسکوزیته پردازش قابل توجه است.

آنتی اکسیدان ها & تثبیت کننده های حرارتی

• هدف: جلوگیری از تخریب حرارتی اکسیداتیو در طول پردازش و عمر طولانی.
• انواع & در حال بارگذاری: آنتی اکسیدان های فنولی اولیه (0.05-0.5 درصد وزنی), فسفیت های ثانویه (0.05-0.5 درصد وزنی).
• اثر: افزایش پایداری مذاب و عمر حرارتی طولانی مدت; برای خدمات با دمای بالا بسیار مهم است.

تثبیت کننده های UV و جاذب نور

• هالز (تثبیت کننده های نور آمین مانع) و جاذب های UV (بنزوتریازول ها): 0.1-1.5 درصد وزنی.
• اثر: کاهش نور اکسیداسیون و تغییر رنگ در استفاده در فضای باز; کربن سیاه معمولاً در مواردی استفاده می شود که فقط به محافظت در برابر اشعه ماوراء بنفش نیاز است و رنگ آن مهم نیست.

کمک های پردازشی, روان کننده ها و آنتی استات ها

• استئارات ها, اروکامید: 0.1-1.0 درصد وزنی تجمع قالب را کاهش می دهد و رهاسازی قالب را بهبود می بخشد.
• افزودنی های آنتی استات: آمین ها یا مواد یونی برای درجه های فیلم; 0.2-2% وزنی معمولی.

رنگدانه ها و رنگدانه ها

• مستربچ ها به طور گسترده استفاده می شود; رنگدانه ها باید با دمای پردازش و محدودیت های نظارتی سازگار باشند (تماس با غذا, پزشکی).

نانو پرکننده ها و افزودنی های کاربردی

• نانو رس ها, گرافن, CNTS, نانو سلولز: بارگذاری کم 0.5%5 وزنی می تواند خواص مانع را افزایش دهد, مدول و رسانایی.
• اثرات & چالش: سود اموال قوی در بارهای کم, اما پراکندگی, رئولوژی, مسائل بهداشتی/ایمنی و هزینه‌ها بی‌اهمیت هستند.

سازگار کننده ها و عوامل جفت کننده

• Pp-g-on (مالئیک انیدرید پیوندی PP) و سازگار کننده های مشابه هنگام مخلوط کردن PP با پرکننده های قطبی ضروری هستند (الیاف شیشه با اندازه, تالک, پرکننده های معدنی) یا با جریان های قطبی بازیافتی. استفاده معمولی 0.5-3 درصد وزنی.
• آنها چسبندگی پرکننده-ماتریس را بهبود می بخشند, افزایش استحکام کششی/خمشی و کاهش وابستگی سطحی تحت بار.

8. نمرات رایج PP

9. کاربردهای PP

تطبیق پذیری PP باعث استفاده از آن در صنایع مختلف می شود, با مصرف جهانی بیش از حد 80 میلیون تن متریک در سال (2024 داده های سازمان بین المللی صنعت پلاستیک):

صنعت بسته بندی (35% تقاضای PP)

بزرگترین بخش برنامه, از جمله پلی پروپیلن دو محوره (BOPP) فیلم (در بسته بندی مواد غذایی استفاده می شود, برچسب),

ظروف غذای تزریقی (به عنوان مثال, کاسه های قابل استفاده در مایکروویو), بطری های دمشی (به عنوان مثال, شامپو, مواد مخدر), و پارچه های نبافته (به عنوان مثال, ماسک های صورت, آستر پوشک). شفافیت RCP و سختی HPP آنها را برای این کاربردها ایده آل می کند.

صنعت خودرو (20% تقاضای PP)

PP پرمصرف ترین پلاستیک در خودروها است, حسابداری برای 15-20% از محتوای پلاستیکی خودرو.

از جمله برنامه های کاربردی می توان به ضربه گیر اشاره کرد (BCP), تزئینات داخلی (PP اصلاح شده با ضربه), جعبه های باتری (HPP), و اجزای زیرپوش (PP تثبیت شده با حرارت). چگالی کم آن باعث کاهش وزن خودرو می شود, بهبود بهره وری سوخت.

صنعت پزشکی

گریدهای PP قابل استریل شدن (از طریق اتوکلاو در دمای 121 درجه سانتیگراد) در سرنگ استفاده می شود, سازهای جراحی, دستگاه های تشخیصی, و بسته بندی دارو.

شفافیت و بی اثری شیمیایی RCP سازگاری با داروها و مایعات بیولوژیکی را تضمین می کند., مطابق با FDA 21 قسمت CFR 177 و ایزو 10993 معیارها.

صنعتی و ساختمانی

لوله ها و اتصالات PP به طور گسترده ای برای تامین آب استفاده می شود, حمل و نقل شیمیایی, و تصفیه فاضلاب به دلیل مقاومت در برابر خوردگی و عمر طولانی آنها (تا 50 سال).

PP تقویت شده با الیاف شیشه نیز در مخازن شیمیایی استفاده می شود, محفظه پمپاژ, و الگوهای ساخت و ساز.

کالاهای مصرفی

لوازم خانگی (به عنوان مثال, درام ماشین لباسشویی, قطعات یخچال), اسباب, مبلمان (به عنوان مثال, پوسته های صندلی), و منسوجات (به عنوان مثال, الیاف فرش, طناب ها) از دوام PP استفاده کنید, مقرون به صرفه, و قابلیت پردازش.

10. پایداری و تاثیرات زیست محیطی

به عنوان یک کالای پلاستیکی, پایداری PP توجه بیشتری را به خود جلب کرده است, با پیشرفت در بازیافت, تولید مبتنی بر زیست, و ابتکارات اقتصاد دایره ای:

بازیافت

PP قابل بازیافت است (کد شناسایی رزین 5) با نرخ بازیافت 30% در سطح جهان (در اروپا بالاتر است, 45 ~). PP بازیافت شده (RPP) حفظ کردن 80-90% از خواص PP بکر است و در بسته بندی های غیر غذایی استفاده می شود, قطعات خودرو, و مصالح ساختمانی.

بازیافت مواد شیمیایی (پیرولیز) می تواند ضایعات PP مخلوط را به مونومرهای پروپیلن تبدیل کند, امکان بازیافت حلقه بسته.

PP مبتنی بر زیست

PP مبتنی بر زیست از مواد اولیه تجدید پذیر تولید می شود (به عنوان مثال, نیشکر, پروپیلن مشتق شده از ذرت).

خواصی مشابه با PP بکر دارد و در طول چرخه عمر خود از کربن خنثی است, با برندهایی مانند Braskem's I'm green™ PP که در بسته بندی و کاربردهای خودرو مورد توجه قرار گرفته اند..

PP تجزیه پذیر

PP تجزیه پذیر اکسو (افزودنی شده با پرو اکسیدان ها) تحت نور UV یا گرما به میکروپلاستیک ها تجزیه می شود, افزایش نگرانی های زیست محیطی.

مخلوط های PP زیست تخریب پذیر (با نشاسته یا PLA) برای کاربردهای یکبار مصرف در حال توسعه هستند (به عنوان مثال, کارد و چنگال) اما نیازمند شرایط کمپوست صنعتی است (58درجه سانتی گراد برای 180 روز) به طور کامل تنزل یابد.

11. مقایسه با سایر ترموپلاستیک های کالایی

12. نوآوری ها و جهت گیری های نسل بعدی - جایی که PP در حرکت است

• متالوسن PP و MWD با تنظیم دقیق: چقرمگی و خواص نوری بهبود یافته را برای بسته بندی ها و فیلم های سطح بالا ایجاد می کند.
• کامپوزیت های ترموپلاستیک فیبر بلند (LFT): بخش‌های ساختاری را فعال می‌کند که در ابتکارات سبک وزن با فلزات رقابت می‌کنند.
• افزایش مقیاس بازیافت مواد شیمیایی: پروژه‌های تجاری با هدف بازیابی جریان‌های پلی اولفین مخلوط به مونومر یا مواد اولیه قابل تکرار هستند.
• کارکردی سازی & مطلب: PP رسانا برای محافظ EMI, افزودنی های ضد میکروبی برای تجهیزات پزشکی, و بهبود سیستم های مقاوم در برابر شعله که مطابق با استانداردهای زیست محیطی هستند.

13. پایان

پلی پروپیلن (PP) یک ترموپلاستیک پایه است که موفقیت آن در عملکرد متعادل آن نهفته است, مقرون به صرفه, و سازگاری.

از ساختار استریو ایزومری آن که ویژگی های متناسب را امکان پذیر می کند تا کاربردهای متنوع آن در بسته بندی, خودرو, و صنایع پزشکی, PP با پیشرفت در کاتالیز به تکامل خود ادامه می دهد, اصلاح, و پایداری.

به عنوان تقاضا برای سبک وزن, مواد قابل بازیافت رشد می کند, PP مبتنی بر زیست, فناوری های پیشرفته بازیافت, و نمرات اصلاح شده با کارایی بالا موقعیت آن را به عنوان یک ماده حیاتی در اقتصاد جهانی بیشتر مستحکم می کند.

درک ویژگی های اصلی و طبقه بندی PP برای انتخاب درجه مناسب برای برنامه های خاص ضروری است, تضمین عملکرد و پایداری مطلوب.