محصولات ساخته شده از آن در اشکال مختلف بصورت ظروف ترموفورمینگ، تزریقی و بادی و نیز فیلمهای بستهبندی مواد غذایی بطور گستردهای توسعه یافته و صنایع خودروسازی از مزایای آمیزههای آن شامل قیمت ارزانتر و خواص مشابه با پلیمرهای مهندسی بهرهمند میشوند.
پلیپروپیلن در سه گونه متمایز بصورت تجاری تولید میشود. هموپلیمر آن فقط از منومرهای پروپیلن تشکیل شده ولی با افزودن کومنومر اتیلن، با توجه درصد و نحوه افزودن آن، دو نوع کوپلیمر پلیپروپیلن شامل تصادفی و بلوکی بدست میآید. در نوع اول کومنومر اتیلن بصورت تصادفی در بین منومرهای پروپیلن قرار گرفته ولی دومی متشکل از بلوکهای اتیلن و پروپیلن توزیع شده در ماتریسی از هموپلیمر پلیپروپیلن میباشد. نوع اخیر در واقع آمیزه پلیمری محسوب شده که محصول راکتور پلیمریزاسیون میباشد ولی بصورت مصنوعی نیز با افزودن لاستیک به پلیپروپیلن طی فرایند اکستروژن نیز قابل تهیه است هر چند خواص ضعیفتری از گرید راکتوری مشابه دارد.
وضعیت تولید پلیپروپیلن در کشور [1]
تا سال 1395 از مقدار 7/4 میلیون تن پلیالفین (شامل انواع پلیاتیلن و پلیپروپیلن) تولید شده در کشور، 4/23 درصد آن را پلیپروپیلن تشکیل میدهد. منطقه ماهشهر با تولید 670 هزار تن، گوی سبقت را از دو منطقه عسلویه و سایر مناطق با مجموع تولید 435 هزار تن ربوده است. در این منطقه از سه لیسانس موجود، دو لیسانس متعلق به Basell، یک لیسانس به BP و دیگری به A.B.B میباشد. تک مجتمع مستقر در عسلویه تحت لیسانس Basell و دو مجتمع در سایر مناطق با لیسانس Himont فعال هستند. ظرفیت تولید پلیالفینهای کشور در سالهای آینده به حدود 10 میلیون تن در سال خواهد رسید. در این میان افزایش پلیپروپیلن تنها 750 هزار تن بوده که آنهم مربوط به سایر مناطق است. بدین معنی که ماهشهر و عسلویه سهمی از توسعه پلیپروپیلن نخواهند داشت. سهم این پلیمر از کل ظرفیت آتی پلیالفینهای تولیدی کشور با افتی 5/4 درصدی به 9/18 درصد نزول خواهد کرد.
کاربردهای پلیپروپیلن در کشور[2]
لوله
پلیپروپیلن برای کاربردهای لولههای تحت فشار و نیز فشار محیطی کاربرد دارد. برای لولههای تحت فشار شامل آب شرب، گرمایش از کف و رادیاتور از گونه تصادفی پلیپروپیلن و برای کاربردهای غیر از آن مانند فاضلابی انواع کوپلیمر بلوکی استفاده میشوند. شرکتهای پتروشیمی نوید زر، رجال، مارون و شازند گریدهای مورد نیاز صنایع لوله را تأمین مینمایند.
شکل 1- کاربرد پلیپروپیلن در تولید لوله: کف گرمایش (سمت راست)، فاضلابی (وسط)، آب شرب (سمت چپ)
در کاربرد لولههای فاضلابی تأمین مدول خمشی مورد نظر و در کاربرد لولههای تحت فشار مقاومت ضربه مناسب در دماهای پایین از یک سو و حفظ خواص چقرمگی زمانهای طولانی کاربرد مهمترین چالشهای دستیابی به گریدهای مناسب بازار میباشد.
ظروف ترموفورمینگ و کارتن پلاست
استفاده از ظروف پلیپروپیلنی که با روش ترموفورمینگ تولید میشوند در سالهای اخیر توسعه فراوانی در صنایع بستهبندی مواد غذایی کشور داشته است. در این کاربرد از انواع هموپلیمر، کوپلیمرهای تصادفی و بلوکی استفاده میشود. پتروشیمی رجال گونههای متنوعی از هموپلیمرها را در لیسانس خود دارد. در کنار آن شرکت نویدزر شیمی، مارون و جم نیز این نوع پلیپروپیلن را در لیست گریدهای قابل عرضه داشته و امکان تولید کوپلیمرهای آن در اختیار دو شرکت شازند و جم میباشد. عدم شکنندگی خصوصا در دماهای پایین برای این کاربرد الزامی است.
شکل 2- ظروف ترموفورمینگ پلیپروپیلنی در بستهبندی مواد غذایی
کارتن پلاست چند سالی است که در تولید انواع بستهبندیها استفاده شده و جایگزین خوبی برای مقوا میباشد. در تولید کارتن پلاست از آنجاییکه بخش تولید ورق آن با فرایند ترموفورمینگ مشترک است لذا گریدهای با کاربرد ترموفورمینگ برای آن قابل استفاده هستند. در این کاربرد نیز مقاومت بالا در مقابل ضربه خصوصا در دماهای پایین مطلوب است.
فیلم
فیلمهای پلیپروپیلنی معمولا با دو روش دمشی و ریختهگری تولید میشوند. این گریدها عمدتا از هموپلیمرهای پلیپروپیلن تولید شده ولی شرکت مارون قابلیت عرضه نوع کوپلیمر تصادفی آن را نیز دارد. گریدهای شرکت رجال صرفا برای کاربرد ریختهگری، شرکت پلینار صرفا برای کاربرد دمشی و مجتمعهای شارند، جم و مارون برای هر دو کاربرد میباشند.
گونه تخصصیتر فیلمهای پلیپروپیلن که در دو جهت آرایش یافتهاند و بنام پلیپروپیلن آرایش یافته در دو جهت (BOPP) معروفند از نوع هموپلیمر بوده و توسط شرکتهای جم و نوید زر تولید میشوند. با این حال برای بهبود خاصیت دوخت حرارتی فیلمهای BOPP از یک لایه کوپلیمر تصادفی نیز استفاده میشود که پتروشیمی رجال قابلیت تولید آن را دارد.
شفافیت بالا و به حداقل رساندن دانههای ژل در فیلم نهایی از مهمترین الزامات گریدهای مصرفی در این کاربردها هستند.
شکل 3- کاربرد فیلمهای BOPP در بستهبندی مواد غذایی
قطعات تزریقی
پلیپروپیلن کاربرد گستردهای در صنعت قطعات تزریقی دارد. شرکتهای رجال و پلینار ارائه دهنده گریدهای متنوعی از پلیپروپیلن همو برای این کاربرد میباشند. با این حال انواع کوپلیمرهای تصادفی و بلوکی آن در تنوع محدودتری توسط شرکتهای جم و شازند قابل ارائه هستند.
شکل 4- نمونههایی از قطعات تولید شده با پلیپروپیلن با روش قالبگیری تزریقی
الیاف
الیاف پلیپروپیلنی کاربرد وسیعی در صنعت نساجی، تولید فرش و موکت و انواع طناب دارند. نوع هموپلیمر آن برای این منظور استفاده شده و شرکتهای رجال، پلینار و مارون عرضه کننده گریدهای این کاربرد میباشند. اخیرا استفاده از منسوجات نبافته در کاربردهای بهداشتی بازار جدیدی را به روی پلیپروپیلن باز کرده است.
شکل 5- کاربرد پلیپروپیلن در تولید الیاف و طناب
قالبگیری دمشی
ظروف پلیپروپیلنی تولید شده با این روش از گستردگی همتایان پلیاتیلنی خود برخوردار نیستند. گریدهای هموپلیمر و کوپلیمر تصادفی برای این کاربرد مصرف شده و توسط پتروشیمیهای شازند، جم، نوید زر و رجال تولید میشوند. خط جوش مناسب و پایداری حرارتی بالا دو الزام مهم در این کاربرد میباشند.
شکل 6- نمونهای از کاربرد پلیپروپیلن در تولید قطعات بادی
تسمه و نوار
گرید مناسب تسمه در کشور تولید نشده و لذا تولید کنندگان تسمه به سراغ هموپلیمرهای با کاربرد اکستروژنی میروند.
شکل 7- تسمههای تولید شده از جنس پلیپروپیلن
نوارهایی که تار و پود بافت گونیها هستند از مواد هموپلیمر تولید شده و گریدهای با کاربرد فیلم یا الیاف برای تولید آن استفاده میشوند.
سایر کاربردها
پلیپروپیلن بدلیل ویژگی پذیرش آسان مقادیر بالای انواع فیلرها و تقویتکنندهها توانسته است در کاربردهای صنعتی جایگزین پلیمرهای مهندسی و حتی قطعات فلزی شده و در نتیجه بازار گستردهای به روی آن گشوده شود. در کنار آن، آلیاژسازی با سایر پلیمرها موجب تنوع بخشیدن به گریدها و کاربردهای این پلیمر شده است.
ریز ساختار و خواص [2]
پلیپروپیلن بدلیل استحکام بالا در بین پلیالفینها معروف است. از طرف دیگر مقاومت ضربه میتواند پاشنه آشیل آن محسوب شود. لذا در ادامه دو خاصیت مقاومت ضربه و مدول و چگونگی ارتباط آنها با ریزساختار ماده بحث میشود.
مقاومت ضربه پلیپروپیلن تحت تأثیر طول زنجیر پلیمر و درصد تبلور آن میباشد. هر چه متوسط وزنی وزن مولکولی بالاتر و درصد تبلور کمتر باشد مقاومت ضربه بالاتری حاصل میشود. البته بجای متوسط وزن مولکولی از شاخص جریان مذاب (MFI) استفاده میشود که با آن نسبت عکس دارد. از میان MFI و درصد تبلور اولی تأثیر بزرگتری بر مقاومت ضربه داشته و در صورت مشابهت یا نزدیکی مقادیر آن، درصد تبلور تأثیر خود را بر مقاومت ضربه بروز میدهد. در این صورت با افزایش درصد تبلور مقاومت ضربه کاهش مییابد.
در کوپلیمرهای از نوع بلوکی، MFI و درصد کومنومر اتیلن (که در بازه 4 تا 10 درصد متغیر میباشد) بر خواص ضربه موثرند بطوریکه MFI کمتر و درصد اتیلن بالاتر موجب دستیابی به مقادیر بالای مقاومت ضربه میشود. وقتی مقدار MFI پایین (حدودا کمتر از gr/10min5/0 در شرایط دمای 230 درجه و وزنه kg16/2) میباشد مقدار اتیلن چندان بر مقاومت ضربه موثر نیست. بطور کلی نسبت مقدار اتیلن به MFI شاخص مناسبی برای ارزیابی مقاومت ضربه کوپلیمرهای بلوکی است که با افزایش آن مقادیر بیشتر مقاومت ضربه حاصل میشود. برای دستیابی به نوع عدم شکست در تست ضربه، مقادیر این نسبت باید بیش از 14 باشد.
در انواع کوپلیمر تصادفی مقدار اتیلن استفاده شده معمولا در محدوده 3 تا 4 درصد متغیر است و لذا بعد از MFI توزیع کومنومر اتیلن بر خواص ضربه موثر است. در اینجا نیز مانند قبل MFI پایینتر به مقادیر بالاتر مقاومت ضربه منجر میشود اما توزیع کومنومر اتیلن بطوریکه منجر به ایجاد درصد تبلور کمتر و بلورهای با ابعاد کوچکتری شود میتواند مقاومت ضربه را اتقاء دهد.
مدول خمشی معیاری از سفتی و استحکام ماده بوده و با آن نسبت مستقیم دارد. بطور کلی در گریدهای پلیپروپیلن همو و کوپلیمر تصادفی هر چه درصد تبلور بالاتر باشد مدول خمشی نیز افزایش نشان میدهد. از طرف دیگر افزایش MFI به نفع مدول بالاتر است. در انواع کوپلیمر بلوکی مقدار کومنومر نیز موثر است. در شرایطی که درصدهای تبلور بهم نزدیک باشند مقادیر کمتر کومنومر به مدولهای بالاتری منجر میشود.
سید مهدی قافله باشی ؛ مجید حبیب الهی- شرکت پژوهش و فناوری پتروشیمی
مراجع
[1] کتابچه طرحهای پتروشیمی، سال 1394
[2] پروژه پژوهشی با عنوان بررسی ریزساختار، خواص و ارتباط آنها در گریدهای داخلی و خارجی پلیپروپیلن، مجید حبیب الهی، شرکت پژوهش و فناوری پتروشیمی، 1393