105

مروری بر تولیدگنندان و کابردهای انواع پلی پروپیلن در ایران با نگاهی به ارتباط ریزساختار با خواص آن

مروری بر تولیدگنندان و کابردهای انواع پلی پروپیلن در ایران با نگاهی به ارتباط ریزساختار با خواص آن
(چهارشنبه ۱۵ آذر ۱۳۹۶) ۰۸:۰۰

پلی پروپیلن از جمله پلیمرهای مهم تجاری بوده که همانند هم خانواده اش پلی اتیلن کاربردهای متنوعی را پوشش می دهد.

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.

 

 

پژوهش

 

 

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.

 

 پژوهش

                                                                                     

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.

 

 

 پژوهش

 

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.

 

پژوهش  

 

 

 

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.

 

 

 

 پژوهش

 

 

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.

 

 

 پژوهش

 

 

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.

 

 

 پژوهش

 

 

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

ایمیل را وارد کنید
تعداد کاراکتر باقیمانده: 500
نظر خود را وارد کنید

لوگو-پیام پترو

سایت اطلاع رسانی روابط عمومی

شرکت ملی صنایع پتروشیمی