انواع پلی پروپیلن| ویژگی مهم و کاربردها

پلی پروپیلن که به نام پلاستیک پ پ نیز معروف است، یک نوع پلی الفین از دسته ترموپلاستیک‌ها بوده که از پلی اتیلن سخت تر و در مقابل ضربه پذیر تر است. پلی پروپیلن مقاومت حرارتی بالایی داشته  و در ساخت انواع قطعات خودرو، بسته بندی، قطعات پزشکی و... کاربرد دارد. پلی پروپیلن از پلیمریزاسیون مونومر پروپن تولید شده و دارای گریدهای مختلفی از جمله هموپلیمر، کوپلیمر و پلی پروپیلن تقویت شده می‌باشد. انواع گسترده ای از پلی پروپیلن وجود داشته که می‌تواند به صورت شفاف، غیر شفاف، سبک، سنگین، سخت، نرم، عایق و... باشد.

بر اساس پلیمریزاسیون پلی پروپیلن می‌تواند دارای سه نوع اتاکتیک (Atactic (aPP))، ایزوتاکتیک (Isotactic (iPP)) و سندیوتاکتیک (Syndiotactic (sPP)) باشد که در شکل زیر نشان داده شده است.

 

تاریخچه

ویژگی و خواص مهم

انواع 

افزودنی

 

تاریخچه تولید پلی پروپیلن

پلی پروپیلن برای اولیه برای در سال 1951 توسط دو شیمیدان هوگان و بانکس (J. Paul Hogan  و Robert Banks) سنتز گردید. در سال‌های بعد تلاش‌های شیمیدانانی چون ناتا سبب گسترش تولید انواع پلی پروپیلن شد. پلی پروپیلن از جمله پلاستیک‌های درحال رشد بوده که عنوان جدید آن از جمله پلی پروپیلن بر پایه بایو در حال در قرن جدید نیز در حال توسعه می‌باشند.

 

ویژگی و خواص مهم پلی پروپیلن

 

پلی پروپیلن در برابر انتشار ترک مقاوم بوده و خواص الکتریکی و شیمیایی خوبی از خود نشان می‌دهد. با وجود آنکه بیشتری پلاستیک‌ها در محدوده 100 درجه ذوب می‌شوند. دمای ذوب پلاستیک پ پ بالا بوده وبالای محدوده 160 درجه سانتی گراد است. از دیگر خواص برجسته پلی پروپیلن دانسیته پایین آن می‌باشد که به عنوان سبک ترین پلاستیک تجاری شناخته می‌شود. دانسیته پلی پروپیلن در محدوده 0.9 قرار داشته و میزان الانگیشن آن در برخی گریدها تا 700درصد نیز می‌رسد.میزان مقاومت ضربه در پلی پروپیلن اصلاح شده با لاستیک به شکل قابل توجه افزایش یافته و عملا نشکن خواهد بود.حداقل دمای سرویس دهی پلی پروپیلن در گریدهای مختلف بین تا منفی 40 درجه سانتی گراد نیز می‌رسد.

 

مقاومت شیمیایی خوب

نیمه شفاف

چقرمگی

مقاومت خستگی خوب

بهداشتی بودن

مقاومت حرارتی خوب

جذب آب پایین

کارایی بالا نسبت به قیمت

بهداشتی بودن

 

از جمله نقاط ضعف پلی پروپیلن می‌توان به میزان شرینکیج بالا، خزش بالا، مقاومت uv  پایین اشاره کرد که بیشتر آنها با استفاده از افزودنی‌های پلیمری قابل بهبود می‌باشند. افزودنی آنتی یو وی، افزودنی آنتی اکسیدان،شفاف کننده، فیلر، افزودنی ضد شعله و پیگمنت‌ها از مهم ترین مواد افزودنی مورد استفاده در پلی پروپیلن هستند. کربنات کلسیم، تالک و الیاف شیشه سه پر کننده مهم در پلی پروپیلن است.

 

انواع پلی پروپیلن

پلی پروپیلن در سه گرید اصلی هموپلیمر، بلاک کوپلیمر و رندوم کوپلیمر در بازار موجود می‌باشد.

پلی پروپیلن هموپلیمر: این گرید از پلی پروپیلن گرید عمومی بوده و میزان سفتی و استحکام بیشتر و دمای hdt  بالاتری نسبت به کوپلیمر دارد.  به دلیل داشتن ساختار منظم تر نسبت به کوپلیمر پلی پروپیلن، این نوع پلاستیک مقاومت ضربه کمتری دارد. همچنین پایداری ابعادی و مقاومت حرارتی بلند مدت آن پایین می‌باشد.

هموپلیمر پلی پروپیلن برای تولید الیاف، بطری، تولید طناب، کیسه بافته شده، اسباب بازی، لوازم برقی، بسته بندی غذا و انواع جعبه مورد استفاده قرار می‌گیرد.

 

بلاک کوپلیمر: بلاک کوپلیمر پلی پروپیلن دارای 5 تا 15 درصد مونومر اتیلن به عنوان کومونومر بوده که سبب شده مقاومت ضربه آن افزایش یابد. سفتی و مقاومت ضربه بالا از مزایا عموده کوپلیمر بلاک می‌باشد این پلی پروپیلن نسبت به کوپلیمر رندوم شفافیت و براقیت کمتری دارد. کوپلیمر بلاک بیشتر برای تولید چمدان، قطعات خودرو، سطل رنگ، جعبه باطری، کالسکه کودک، تجهیزات ورزشی و موارد مشابه استفاده می‌شود.

 

کوپلیمر رندوم: رندوم کوپلیمر پلی پروپیلن این نوع پلی پروپیلن دارای 1 تا7 درصد اتیلن به عنوان کومونومر بوده که سبب شده انعطاف پذیری و شفافت آن افزایش یابد.این نوع پلی پروپیلن مقاومت بیشتری در برابر اکسایش داشته و برای محصولاتی که نیاز به مقاومت در برابر اکسایش بیشتر دارند مناسب است. استحکام بالا، انعطاف پذیری، شفافیت بهتر و پایداری ابعادی بهتر از جمله ویژگی مهم رندوم کوپلیمر پلی پروپیلن می‌باشد. این نوع پلی پروپیلن برای فیلم شرینک، تیوپ، مخازن شفاف، لوازم خانگی و... مورد استفاده قرار می‌گیرد.

 

انواع پلی پروپیلن از نظر ساختار کریستالی

ساختار زنجیره مولکولی بیشتر پلی پروپیلن موجود در بازار به صورت ایزوتاکتیک است. به این معنی که تمام گروه‌های متیل در یک سمت زنجیره پلیمری قرار دارند. در نوع اتاکتیک گروه متیل به صورت نامنظم در دو طرف زنجیره قرار دارند، پلی پروپیلن اتاکتیک متداول نیست با این وجود گریدهایی که در ساختارشان دارای نواحی اتاکتیک نیز هستند دارای خواص لاستیکی و الاستومری خوبی بوده که برای برخی کاربردها مناسب می‌باشند.

همچنین نوع سندیوتاکتیک پلی پروپیلن نیز وجود دارد که با کاتالیست متالوسنی تولید شده و دمای ذوب کمتری نسبت به پلی پروپیلن ایزوتاکتیک دارد.

 

سایر انواع پلی پروپیلن: ترپلیمر پلی پروپیلن از دیگر انواع این ترموپلاستیک است که از ترکیب مونومر اتیلن و بوتان در آن استفاده شده و دارای شفافیت بالایی بوده و جهت تولید فیلم پلاستیکی کاربرد دارد.

پلی پروپیلن فوم یا EPP  دیگر کاربرد پلاستیک پ پ است. این فوم استحکام ضربه خوبی داشته و خواص عایق حرارتی بالایی دارد. پلی پروپیلن فوم در صنعت خودروسازی و ساختمان سازی کاربرد دارد.

پلی پروپیلن مقاوم در برابر ضربه یا Polypropylene, Impact Copolymer نوع مقاوم به ضربه شده پلاستیک پ پ است که از کوپلیمر شدن پروپیلن و درصد بالایی از اتیلن حاصل می‌شود. همانطور که از نام آن مشخص است، مقاومت ضربه بالایی داشته و در تولید لوله، بسته بندی، قطعات خودرو ... کاربرد دارد.

 

انواع گریدهای تجاری پلی پروپیلن در ایران

پلی پروپیلن X30g

پلی پروپیلن X30G  از نوع هموپلیمر پلی پروپیلن بوده و در پتروشیمی مارون تولید شده است. پلی پروپیلن X30G  خواص جریان پذیری خوبی داشته و برای تولید قطعات با سفتی بالا در فرآیند تزریق پلاستیک از جمله مخازن، لوازم خانگی و اسباب بازی و... مناسب می‌باشد. همچنین از X30G  جهت تولید قطعات لوازم خودرو استفاده می‌شود.

 

پلی پروپیلن T30G

پلی پروپیلن T30G  از نوع هموپلیمر پلی پروپیلن بوده و در فرآیند تولید تزریق پلاستیک مورد استفاده قرار می‌گیرد. پلی پروپیلن T30G  دارای خواص خوبی از جمله سفتی و مقاومت ضربه و همچنین فرآیند پذیری خوب می‌باشد. این پلی پروپیلن برای تولید لوازم خانگی، مخازن کوچک، اسباب بازی و قطعات خودرو مورد استفاده قرار می‌گیرد.

 

پلی پروپیلن EP440L

پلی پروپیلن EP440L  از نوع کوپلیمر پلی پروپیلن بوده و در پتروشیمی جم تولید شده است. پلی پروپیلن EP440L  دارای شاخص جریان مذاب 6 و مقاومت ضربه 200J/M می‌باشد. همچنین این گرید پلی پروپیلن مقاومت ضربه خوبی در دمایی پایین دارد. پلی پروپیلن EP440L  برای طیف گسترده ای از محصولات قالبگیری تزریقی از جمله انواع چمدان، سطل رنگ، مخازن، سبد، باتری و اسباب بازی مناسب است.

 

پلی پروپیلن EP3130UV

پلی پروپیلن گرید EP3130UV  از نوع کوپلیمر پلی پروپیلن بوده و در پتروشیمی جم تولید شده است. پلی پروپیلن EP3130UV  برای تولید قطعات خودرو استفاده می‌شود چرا که مقاومت ضربه آن بالا بوده و در محدوده 500j/m  قرار دارد. شاخص جریان مذاب این پلی پروپیلن در محدوده 10 است و برای تولید در فرآیند قالبگیری تزریقی مناسب است.

 

پلی پروپیلن EP440G

پلی پروپیلن گرید EP440G  از نوع کوپلیمرپلی پروپیلن بوده و در پتروشیمی جم تولید شده است. این گرید از پلی پروپیلن دارای خواص چون سفتی بالا، پایداری ابعادی خوب و مقاومت ضربه بالا می‌باشد.مقاومت ضربه پلی پروپیلن EP440G  در محدوده 500j/m  می‌باشد. این پلاستیک در تولید انواع پروفیل، لوله کاروگیت، لوله و اتصالات کابلی، بطری و مخازن بادی و ... مورد استفاده قرار می‌گیرد.

 

پلی پروپیلن RP345S

پلی پروپیلن RP345S  از نوع رندوم کوپلیمر و با جریان پذیری بالا است که در پتروشیمی جم تولید شده است. از جمه خواص مهم پلی پروپیلن RP345S  شفافیت و خواص نوری خوب می‌باشد. کاربرد عمده این پلی پروپیلن در فرآیند تزریق پلاستیک و تولید به روش ISBM  است. در واقع پلی پروپیلن RP345S  یک جایگزین برای پی وی سی و پلی اتیلن ترفتالات در تولید به روش ISBM  می‌باشد. MFI  بالای این ماده که در محدوده 40 می‌باشد سبب شده تا قابلیت بازیافت پذیری خوبی داشته باشد.

 

پلی پروپیلن HP510L

پلی پروپیلن HP510L  از جمله گریدهای هموپلیمر پلی پروپیلن تولید شده در پتروشیمی جم می‌باشد. پلی پروپیلن دارای شاخص مذابی در محدوده 6 می‌باشد و برای تولید نخ، فیلامنت، تولید فیلم به روش کستینگ، ورق، چمن مصنوعی، حصیر، کیف، پارچه صنعتی، ورق نازک برای لوازم التحریر، ورق ترموفرمینگ و...استفاده می‌گردد.

 

پلی پروپیلن c30s

پلی پروپیلن C30S  از نوع هموپلیمر پلی پروپیلن با خواص جریان پذیری بالا است که در پتروشیمی مارون تولید شده است. پلی پروپیلن C30S  برای اکستروژن فیلم، ورق، کستینگ فیلم و مونو فیلامنت میباشد. این گرید از پلی پروپیلن خواص مکانیکی و فرآیند پذیری خوب است. شاخص جریان مذاب پلی پروپیلن c30s  در محوده 6 می‌باشد. و میزان مقاومت ضربه آن 4kj/m2  است.

 

پلی پروپیلن z30s

پلی پروپیلن z30s  از دسته هموپلیمر پلی پروپیلن با جریان مذاب بالا است که برای تولید الیاف پلی پروپیلن مورد استفاده قرار می‌گیرد. الیاف تولید شده با پلی پروپیلن z30s  دارای خواص ارتجاعی و مقاومت مکانیکی خوبی هستند. از پلی پروپیلن z30s  برای تولید انواع کوله پشتی، موکت، کمربند ایمنی و موارد مشابه استفاده می‌شد.

 

 

الیاف پلی پروپیلن

پلی پروپیلن، پلی آمید و پلی استرها سه نوع پلیمر مهمی هستند که در صنایع نساجی برای تولید انواع پارچه، فرش و لباس مورد استفاده قرار می‌گیرند. پلی پروپیلن از مهم ترین پلیمرهای مورد استفاده به عنوان الیاف بوده که در داخل کشور نیز تولید می‌شود. الیاف pp  به شکل گسترده ای در تولید لباس ورزشی، لوازم جانبی پوشاک، ماسک صورت نبافته ((non-woven تولید انواع گونی و ...مورد استفاده قرار می‌گیرند. ماسک و لباس محافظتی تولید شده از پلی پروپیلن نقش مهمی در محافظت انسان در برابر covid-19  مابین 2019 تا 2020 داشت. در صنعت خودروسازی از الیفا پلی پروپیلن برای روکش صندلی و موکت کف خودرو استفاده می‌شود. منسوجات نبافته پلی پروپیلن کاربرد گسترده ای در بهداشت و صنایع پزشکی داشته و به عنوان ماسک، لباس جراحی و فیلتر مورد استفاده قرار می‌گیرد. انواع ساک تبلیغاتی، کیسه خرید و ... از دیگر محصولات تولید شده از پلی پروپیلن گرید نساجی هستند.

 

بازارهای رو به رشد در صنعت پلی پروپیلن

از جمله کاربردهای رو به رشد پلاستیک پ پ تولید انواع نانوکامپوزیت پلی پروپیلن می‌باشد. نانو کامپوزیت تولید شده با گرافن با هدف افزایش استحکاک کششی و مقاومت ضربه برای کاربرد در سلول خورشیدی، لوله و تولید دوچرخه. پلی پروپیلن تولید شده با نانو ذرات نقره برای بهبود خواص ضد میکروب به منظور کاربردهای بهداشتی، تولید پلی پروپیلن با نانوذرات آهن به منظور افزایش استحکام کششی جهت کاربرد در بسته بندی غذایی از جمله مثال‌هایی برای کاربردهای جدید پلی پروپیلن هستند. همچنین نانوکلی ، نانوسلولز، نانوسیلیکا، نانو کربنات کلسیم، نانو ذرات مس و ...از دیگر موادی هستند که برای تولید انواع کامپوزیت پلی پروپیلن استفاده می‌شوند.

 

بازیافت پلی پروپیلن

پلی پروپیلن نیز مانند اکثر پلاستیک‌ها قابل بازیافت است. با توجه به گستردگی مصرف پلی پروپیلن بازیافت این ماده از اهمیت بالایی برخوردار است. همچنین در سال‌های گذشته تلاش‌هایی برای افزایش زیست تخریب پذیری این پلاستیک صورت گرفته است.

 

خواص فیزیکی پلی‌پروپیلن

همه انواع پلی پروپیلن خام (پر نشده ) دانسیته پایینی دارند (حدود 0.9  گرم بر سانتی متر مکعب) که از همه ی ترموپلاستیک های تجاری موجود پایین تر می باشد. به طور کلی رزین های پلی پروپیلن برای استفاده در جاهایی که تشعشع استریل کننده وجود دارد پیشنهاد نمی شود،  تشعشع سبب زرد شدن و کاهش خواص فیزیکی و در نتیجه شکنندگی قطعه می شود.

چگالی Density, g/cm3	0.9-0.91
مقاومت در برابر اشعه گاما Gamma Radiation Resistance	ضعیف
دمای انتقال شیشه ای، درجه سانتی گراد Glass Transition Temperature, °C	10-
انقباض، % Shrinkage, %	1-3
مقاومت در برابر ضدعفونی(تکرار شده) Sterilization Resistance (Repeated)	ضعیف
مقاومت در برابر نور UV UV Light Resistance	متعادل
جذب آب 24 ساعته، % Water Absorption 24 hours, %	0.01-0.1

 

خواص مکانیکی پلی‌پروپیلن

دما اثر زیادی بر مقاومت ضربه نمونه ها دارد، در بسیاری از کاربرد ها پلی پروپیلن همو پلیمر و کوپلیمر رندوم مقاومت ضربه خوبی دارند با این حال برای کاربرد هایی که مقاومت ضربه در دمای پایین نیاز است از کوپلیمر مقاوم در برابر ضربه استفاده می شود.
PP نیز مانند سایر پلیمر های کریستالی تا حدی نسبت به ضربه حساس است، بنابراین در محیط ناچ خورده یا شکاف دار مانند گوشه های تیز وجود یک انحنا در گوشه برای کاهش تنش و بهبود مقاومت ضربه ضروری است.به توانایی قطعه در برابر تغییر شکل در اثر یک نیروی ثابت در زمان نسبتا طولانی مقاومت خزشی گفته می شود.پلی پروپیلن نسبت به سایر پلی الفین ها مقاومت خزشی بهتری دارد با این حال این خاصیت را می توان با افزودن الیاف شیشه بهبود داد.گرید هموپلیمر پلی پروپیلن مقاومت خزشی بهتر نسبت به گرید های کو پلیمر دارند.

ازدیاد طول در نقطه شکستن، ٪ Elongation at Break, %	150-600
مدول خمشی (سفتی)، Gpa Flexural Modulus (Stiffness), Gpa	1.2-1.6
سختی Hardness Rockwell M	1-30
سختی شاخص D Hardness Shore D	70-83
استحکام کششی در زمان شکست، MPa Tensile Strength at Break, MPa	20-40
استحکام کششی در تسلیم Tensile Strength at Yield, MPa	35-40
مدول خمشی Young's Modulus, GPa	1.1-1.6
مقاومت در برابر ضربه در دما پایین Toughness at Low Temperature, J/m	27-107
چقرمگی Toughness, J/m	20-60

 

خواص تحمل حرارتی پلی پروپیلن

پلی پروپیلن دارای دمای ذوب نسبتا بالایی است و پلی پروپیلن‌های تقویت شده با برخی مواد از جمله تالک توانایی خوبی در تحمل حرارت داشته و برای قطعات زیر کاپوت خودرو ویا اننتقال آب گرم مناسب هستند. 

دمای انتقال شکل پذیر / شکننده، درجه سانتی گراد   Ductile / Brittle Transition Temperature, °C	10- ـ 20-
HDT @0.46 Mpa (67 psi)، درجه سانتی گراد   HDT @0.46 Mpa (67 psi), °C	100-120
HDT @1.8 Mpa (264 psi)، درجه سانتی گراد   HDT @1.8 Mpa (264 psi), °C	50-60
حداکثر دمای سرویس مداوم، درجه سانتیگراد   Max Continuous Service Temperature, °C	100-130
حداقل دمای سرویس مداوم، درجه سانتیگراد Min Continuous Service Temperature, °C	10- -20-

 

مشخصات حرارتی پلی پروپیلن

پلی پروپیلن مقاومت کمی در برابر نور UV   دارد. با این حال با مخلوط کردن 2 تا 2.5 درصد پیگمنت دوده  می توان به مدت 20 سال به راحتی در محیط بیرون نگه داری کرد.
اگر محصول مورد نظر سیاه نباشد می توان با افزودنی های UV  این خاصیت را بهبود داد.

ضریب انبساط حرارتی Coefficient of Linear Thermal Expansion x 10-5, /°C	6-17
عایق حرارتی Thermal Insulation, W/m.K	0.15-0.21
مقاومت در برابر آتش Fire Resistance (LOI)	17-18
اشتعال پذیری Flammability, UL94	HB

 

مشخصات نوری پلی‌پروپیلن

براقیت قطعات تولید شد با PP  خوب و قابل قوب است با این حال با افزودن عوامل هسته ساز براقیت محصول افزایش می یابد، عومال هسته ساز سرعت کریستاله شدن را افزایش می دهند همچنین کریستال های تولید شده ریز تر می باشند این افزودنی همچنین سبب بهبود سختی و ضربه پذیری پلی پروپیلن می شود. پلی پروپیلن پر نشده کاملا غیر آب دوست است و نیازی به خشک کردن ندارد.

براقیت Gloss, %	75-90
مه Haze, %	11
شفافیت Transparency (Visible Light Transmission), %	85-90

 

 مشخصات الکتریکی پلی‌پروپیلن

مقیاس قوس Arc Resistance, sec	135-180
ثابت دی الکتریک Dielectric Constant	2.3
مقاومت حجمی Volume Resistivity x 1015, Ohm.cm	16-18
قدرت دی‌الکتریک Dielectric Strength, kV/mm	20-28
ضریب اتلاف Dissipation Factor x 10-4	3-5

 

خواص شیمیایی پلی پروپیلن

پلی پروپیلن نیز مانند سایر پلی الفین ها مقاومت خوبی در برابر حلال ها و مواد شیمایی دارد، پلی پروپیلن در برابر حلال های قطبی کاملا مقاوم است ولی در معرض حلالهای غیر قطبی مانند تولئن، بنزن، تتراکلرید کربن و ... متورم و نرم می شود.

 

ویژگی	هموپلیمر PP	کوپلیمر PP	PP مقاوم در برابر ضربه
دانسیته	0.9	0.9	0.9
سختی  Shore hardness, D	70-83	70-80	45-55
درصد الانگیشن در نقطه پارگی Elongation at break, %	15-600	200-600	20-700
مدول تنسایل Tensile modulus, GPa	1.1-1.6	1-1.2	0.4-1
استحکام ضربه آیزود Notched impact strength ASTM D256, J/m	20-60	60-500	110-No Break
حداقل دمای سرویس دهی Minimum service temperature, °C	20TO-10-	20TO-10-	40TO-20-

 

نکاتی فنی در مورد پلی پروپیلن:

چرا امکان استفاده از نرم کننده در پلی پروپیلن نیست؟

به طور کلی پلیمرهای نیمه پلیمری به دلیل داشتن ساختار منظم امکان ایجاد پیوندهای شبه کراس لینک در بین زنجیره پلیمری را نمی‌دهند در نتیجه استفاده از نرم کننده در این پلاستیک‌ها توجیه فنی ندارد. در این نوع پلاستیک‌ها با کاهش نواحی کریستالی و ایجاد کوپلیمر با استفاده از اتیلن و الاستومرها می‌توان چقرمگی را افزایش داد.

 

افزودنی پلی پروپیلن

به جهت تقویت و اصلاح خواص پلی پروپیلن می‌توان این پلاستیک را با افزودنی مختلفی ترکیب کرد و کامپاندی با خواص مطلوب تر ایجاد نمود. مهم ترین افزودنی مورد استفاده در پلاستیک پ پ آنتی یو وی، فیلر، شفاف کننده، پیگمنت، ضد شعله، روان کننده و... می‌باشند.