پلی پروپیلن

پلی پروپیلن (PP) یک پلیمر نیمه بلوری است که از طریق پلیمریزاسیون منومر پروپیلن با استفاده از کاتالیزور زیگلر-ناتا تهیه می‌شود. گروه جانبی متیل می‌تواند موقعیت‌های مختلفی در ساختار داشته باشد. اگر تمام گروه‌های متیل

• در یک طرف زنجیر قرار داشته باشند isotactic
• به صورت متناوب قرار گرفته باشند syndiotactic
•  اگر به صورت تصادفی باشند، atactic نامیده می‌شوند. در شکل بالا، این ساختارها نشان داده شده است.

خواص مکانیکی و حرارتی PP به آرایش ساختار، وزن مولکولی و توزیع آن، بلورینگی، نوع و مقدار کومنومر بستگی دارد. علاوه‌براین، PP مانند سایر ترموپلاستیک‌ها دارای خاصیت ویسکوالاستیک هستند. بنابراین خواص مکانیکی آن‌ها به شدت به زمان، دما و مقدار تنش بستگی دارد. PP دارای خواص فیزیکی، مکانیکی و حرارتی خوب در دمای اتاق است. از این‌رو نسبتا سفت است، نقطه ذوب بالا، چگالی کم و مقاومت نسبتا خوبی در برابر ضربه دارد. این خصوصیات را می‌توان با تغییر در مقدار و توزیع نظم زنجیره، طول متوسط زنجیره، اتصال یک کومنومر مانند اتیلن در زنجیره‌های پلیمری و با استفاده از یک اصلاح کننده ضربه در پلیمر اصلاح کرد. مقدار نسبی هر فاز به ویژگی‌های ساختاری زنجیره‌های پلیمری بستگی دارد. پلی پروپیلنی که تنها حاوی منومر پلی پروپیلن است به عنوان هموپلیمر (HPP) شناخته شده است. در حالی‌که پلی پروپیلن حاوی یک کومنومر مانند اتیلن در زنجیرهای PP، کوپلیمر نامیده و به اختصار RCP نشان داده می‌شود. معمولا مقدار این کوپلیمر حدود 1-8 درصد است. از طرف دیگر؛ هموپلیمر حاوی یک فاز RCP که دارای 65-45 درصد اتیلن است به عنوان کوپلیمر ضربه‌پذیر (ICP) نامیده می‌شود. 

هموپلیمر HPP

هموپلیمر با پلیمریزاسیون پروپیلن در حضور یک کاتالیزور تعیین کننده محل استخلاف (stereospecific) تولید می‌شود. هموپلیمرها از استحکام کششی و سختی بالایی برخوردار هستند و نسبت به کوپلیمرها در دماهای بالاتر مقاومت بهتری دارند اما استحکام ضربه آن‌ها به ویژه در دماهای کم و زیر صفر کم است.

کاربرد این گروه شامل مخازن شیشه شوی اتومبیل، روکش فن‌ها، بدنه وسایل خانگی مانند سشوار، پارچه های مبلی، لباس، ژئوتکستایل، پوشک یکبار مصرف، پارچه‌های پزشکی و پارچه های داخلی خودرو.

کوپلیمر

خواص PP به نوع و مقدار کومنومر بستگی دارد، که به دو گروه کلی تقسیم می‌شوند: کوپلیمر رندم و بلوکی. تصادفی به این صورت است که این پلیمرها حاوی 1.5 تا 6 درصد وزنی اتیلن یا آلکن‌های بالاتر مانند 1-بوتن هستند که در توزیع تصادفی قرار می‌گیرند و یک فاز شیمیایی را تشکیل می‌دهند. تفاوت اصلی رندم با کوپلیمر بلوکی این است که کومنومر بلوکی به شکل فاز لاستیکی پراکنده است. ساختار آن‌ها در شکل 2 آورده شده است:

کوپلیمرهای PP نسبت به هموپلیمر محصولات نرم‌تری مانند فیلم و الیاف به دست می‌دهند. اما نسبت به هموپلیمر گران‌ترند. کاربردهای کوپلیمرهای PP: محفظه باطری، تیکه گاه‌های سپر، تزئیینات داخلی، صندلی‌های اداری، ظروف یک بار مصرف، جعبه‌ها و محفظه‌های لوازم خانگی.

کوپلیمر رندم

کوپلیمر رندوم، کوپلیمر پروپیلن-اتیلن است که از طریق کوپلیمریزاسیون پروپیلن با مقادیر کمی از اتیلن (1.5-6%) یا واحدهای الفین بالاتر مانند بوتن و هگزن است که به طور تصادفی در بین واحدهای پروپیلن پراکنده شده است. حضور اتیلن در زنجیره پلیمری منجر به کاهش تمایل بلورینگی و در نتیجه بهبود استحکام ضربه، محدوده وسیع‌تری از پایداری حرارتی و شفافیت بهتر می‌شود. به دلیل بلورینگی کم‌تر، نقطه ذوب و وزن مخصوص کم‌تری نسبت به هموپلیمر دارند. این ترکیب کوپلیمرهای جذابی را برای تولید ظروف خانگی با استفاده از قالب‌گیری تزریق، ترموفومیگ و قالب‌گیری دمشی می‌سازد. از کوپلیمرها می‌توان به عنوان جایگرین PS، PVC و PET در بسته بندی‌ مواد غذایی استفاده کرد.

کوپلیمر بلوکی

هموپلیمرPP با اتیلن کوپلیمر می‌شوند. در کوپلیمرهای بلوکی، مقدار اتیلن بسیار بیشتر از کوپلیمرهای تصادفی است. بخش کوپلیمر شده لاستیکی است و یک فاز پراکنده‌ در ماتریس PP تشکیل می‌دهد. بنابراین، کوپلیمر بلوکی چقرمگی بسیار بیشتری نسبت به هموپلیمر دارد. می‌تواند در برابر ضربه‌های بالاتر حتی در دماهای پایین‌تر مقاومت کند اما به قیمت از دست دادن شفافیت و نقطه نرم شدگی. کاربرد اصلی PP کوپلیمر شده بلوکی مشابه PP اصلاح شده با الاستومر است اما در مواردی که خواص ضربه حیاتی نباشد.

PP اصلاح شده با الاستومر

برای رسیدن به چقرمگی بسیار بالا در دمای پایین، می‌توان PP را با الاستومرها اصلاح کرد. معمولا از الاستومر EPR (لاستیک اتیلن پروپیلن)، EPDM (اتیلن پروپیلن دی ان) و پلاستومرها استفاده می‌کنند. Plastomerها کوپلیمری از اتیلن و یک الفین تولید شده با استفاده از متالوسن است که چگالی بسیار کمی دارند. پلاستومرها می‌توانند توزیع وزن مولکولی باریک با شاخه‌های جانبی بلند EPR و EPDM داشته باشند. اصلاح PP با الاستومرها با از دست دادن سفتی و سختی همراه است و کاربرد آن‌ها معمولا در صنایع خودرو می‌باشد.

کاربردهای پلی پروییلن

PP به پلیمر مهندسی کم هزینه معروف است. از خصوصیات مهم این پلیمر می‌توان به سفتی نسبتا بالا همراه با چگالی کم، مقاومت به دما هنگامی‌که تحت فشار مکانیکی قرار نگیرند؛ به ویژه نسبت به HDPE و LDPE، اشاره کرد. علاوه‌براین؛ مقاومت خوبی در برابر خستگی و ترک خوردگی دارند و از سختی و فرآیندپذیری خوبی برخوردار هستند. مقایسه‌ای از خواص PP اصلاح نشده با سایر ترموپلاستیک‌های رقیب رایج در جدول 1 آورده شده است.

ABS	PVC	HIPS	HDPE	LDPE	PP	خواص
2.7	3.0	2.1	1.3	0.3	1.5	Flexural modulus (GPa)
47	51	42	32	10	33	Tensile Strength (MPa)
		1.08	0.96	0.92	0.905	Specific density
2.57	2.14	1.94	1.35	0.33	1.66	Specific modulus (GPa)
98	70	85	75	50	105	HDT at 0.45 MPa (oC)

از جدول می‌توان دریافت که بر اساس مدول ویژه (نسبت مدول به چگالی)، دمای تغییر شکل (HDT)، PP نسبت به اکثر مواد رقیب مزیت‌هایی دارد.

همچنین جدول2 نشان می‌دهد که PP نسبت به HIPS، PVC و ABS، به طور قابل ملاحظه‌ای جمع شدگی و انبساط حرارتی بالاتر و استحکام ضربه کم‌تری را در دمای پایین نشان می‌دهد،  در حالی‌که جمع شدگی و انبساط حرارتی کم‌تری نسبت به LDPE و HDPE دارد.

ABS	PVC	HIPS	HDPE	LDPE	PP	خواص
0.6	0.4	0.5	3.0	3.0	1.9	Mould shrinkage (%)
8	6	7	12	20	10	Thermal expansion (×10-5)
0.2	0.08	0.1	0.15	>1.06	0.07	Notched Izod impact strength (KJ/mol) at 23°C

از کاربردهای این پلیمر می‌توان به تولید فیلم، ورق، قالب‌گیری دمشی، قالب‌گیری تزریقی، بسته بندی مواد غذایی، نساجی، تولید لوله، کاربردهای صنعتی و ساختمانی و خودرو اشاره کرد.