Apakah Polipropilena? Sifat, Gred & Kegunaan Perindustrian

Polipropilena (PP): Definisi, Sifat, Gred dan Panduan Pemprosesan

Polipropilena (PP) merupakan plastik kedua paling banyak dihasilkan di dunia di belakang polyethylenePermintaan globalnya melebihi 73 juta tan setiap tahun, menyumbang kepada pelbagai industri seperti pembungkusan makanan hinggalah kepada pembuatan automotif. Namun, di tangan ramai jurutera dan pasukan perolehan, butiran gred PP yang popular hilang akibat kekeliruan, mengakibatkan tempoh pemprosesan yang salah, atau perbezaan halus dalam sifat yang diabaikan oleh pengguna akhir. Panduan ini merangkumi segala-galanya – apa itu polipropilena plastik, jenis sifatnya yang boleh diukur, gred yang tersedia, bagaimana PP dibandingkan dengan PE, bila dan di mana ia digunakan secara industri dan bagaimana PP diproses melalui penyemperitan dan pengacuan menjadi bahagian plastik siap.

Apakah Polipropilena?

Polipropilena (Polipropena) ialah polimer termoplastik yang diperbuat melalui pempolimeran pertumbuhan rantai daripada gas propilena (C3H6) menggunakan sama ada sistem pemangkin Ziegler Natta atau metalosena. Ia adalah sebahagian daripada kumpulan poliolefin dan merupakan salah satu plastik yang paling biasa ditemui yang digunakan dalam pembungkusan makanan, komponen automotif, tekstil dan aplikasi perubatan kerana rintangan kimia dan kakisannya, berat yang rendah dan rintangan lesu. Polipropilena mempunyai kod pengenalan Resin #5 dan dilesenkan sebagai sentuhan makanan yang diluluskan oleh Pentadbiran Makanan dan Ubat-ubatan AS 21 CFR 177.1520.

Pada tahun 1954, ahli kimia Itali Giulio Natta menemui PP di Itali dan di Jerman pada tahun yang sama secara bebas oleh Carl Rehn. Kedua-dua ahli kimia tersebut telah mempatenkan proses untuk mempolimerkan propilena gas ke dalam bentuk kristal, stereosekata (isotaktik). Kerja Natta bergantung pada komposisi pemangkin Titanium klorida (TiCl₄) dan alkil Aluminium untuk merendam propilena pada kelajuan yang betul selama lima minit supaya disebabkan oleh kadar tindak balas, molekul polimer yang terhasil dapat melekat pada rantai bahan tindak balas dalam corak stereosekata.

Selepas kerja ini, pengeluaran perindustrian polipropilena isotaktik pertama bermula pada tahun 1957 di bawah naungan syarikat Montecatini yang berpangkalan di Milan (kini sebahagian daripada LyondellBasell). PP dengan cepat ditapis ke dalam pembungkusan makanan dan minuman, karung tenunan dan produk acuan suntikan dengan cepat. Kemudian menjelang tahun 1970-an, penambahbaikan pembangunan pemangkin – khususnya pembangunan pemangkin generasi keempat hasil tinggi – mengurangkan harga selanjutnya dan mengukuhkan aplikasi yang dipegang untuk polipropilena dalam kejuruteraan automotif, perubatan dan awam.

Hari ini, pengeluaran polipropilena global adalah sekitar 73 juta tan setahun dengan nilai industri lebih $ 125 bilionSecara strukturnya, derivatif PP dikelaskan sebagai plastik komoditi – murah, ringan (0.895-0.92 g/cm2 termoplastik komoditi terendah), boleh dikitar semula (kod #5) dan dengan formula mudah (CH2) yang meletakkan unsur karbon dan hidrogen dalam tulang belakang. Memandangkan struktur tulang belakang tidak mengandungi heteroatom, rintangan kimia PP adalah sangat baik dan ini seterusnya cenderung untuk memacu 0 kos perolehan dari titik harga propilena yang merupakan hasil sampingan pukal petrokimia daripada penapisan petrol dan gas asli.

Sifat Utama Polipropilena

Ciri-ciri polipropilena yang disenaraikan menjadikan salah satu plastik komoditi paling versatil dalam pengeluaran hari ini. Berikut adalah nilai yang diukur daripada kaedah ujian ASTM asas – nombor yang dikira apabila menentukan polipropilena untuk reka bentuk atau memilih gred resin tertentu.

Daripada semua sifat yang disenaraikan, rintangan kimia merupakan ciri penentu PP. PP digunakan secara meluas kerana ia tahan terhadap hampir semua asid cair dan pekat termasuk asid hidroklorik (HCl) dan asid sulfurik (HSO), untuk mencairkan hidroksida seperti Natrium hidroksida (NaOH), kepada semua alkohol dan kebanyakan bahan kimia organik seperti yang dibawa pada suhu bilik.

Satu lagi bidang kekuatan ialah rintangan lesu. Polipropilena ialah bahan tahan lesu dengan kekuatan tegangan yang tinggi, yang menjelaskan kegunaannya yang ketara dalam teknologi engsel hidup – 'engsel' fleksibel yang sangat nipis pada penutup botol flip top, kotak alat dan duri pengikat. Engsel hidup Polipropilena yang direka bentuk dengan baik boleh melentur lebih sejuta kali tanpa retak, tahap ketahanan yang mustahil dilakukan dengan polietilena dan polistirena.

Bahan ini juga mempunyai beberapa kelemahan. Sekiranya tiada penstabil UV (Penstabil Cahaya Amina Terhalang – HALS) polipropilena terurai dengan sangat cepat di bawah cahaya matahari, bertukar menjadi kapur dan rapuh dalam beberapa bulan. Rintangan haba adalah munasabah pada 160-165 C untuk takat lebur, tetapi suhu peralihan kaca pada 20 C menentukan suhu di mana bahan menjadi rapuh dan kekuatan hentaman menurun dengan ketara (gred homopolimer amatlah ketara).

Jenis dan Gred Polipropilena

PP bukanlah satu kelas resin. Perbezaan komposisi molekul gred tersebut memberi kesan langsung kepada sifat siap. Tiga jenis polipropilena utama yang tersedia secara komersial ialah homopolimer, kopolimer rawak dan kopolimer blok.

Gred homopolimer PP (PPH) adalah monomer propilena yang paling mudah. ​​Tahap kekristalan yang tinggi (antara 60-70%) bermakna kekakuan yang sangat baik dan takat lebur tertinggi bagi mana-mana plastik tetapi sifat impak terjejas – terutamanya pada suhu rendah. Homopolimer sebahagian besarnya digunakan dalam filem pembungkusan, beg polipropilena tenunan dan pemintalan gentian di mana produk akhir yang tegar diperlukan.

Kopolimer rawak PP (PPR) menggabungkan (1-7%) unit Etilena ke dalam rantai homopolimer ringkas. Pengurangan kekristalan yang disebabkan oleh kerawakan unit etilena menghasilkan kejelasan optik yang lebih besar dengan prestasi hentaman yang lebih baik. Kopolimer rawak ialah bahan lalai untuk bekas makanan jernih dan pembungkusan perubatan di mana hentaman dan kejelasan adalah penting.

Gred kopolimer blok (PPB) mempunyai 'blok' kumpulan molekul Etilena yang ditetapkan dalam siri di seluruh bahan di mana tenaga diserap semasa hentaman. Domain fasa getah dalam struktur menyerap tenaga hentaman dengan berkesan; gred kopolimer blok menjadikan bahan perpaipan dan kemasan dalaman automotif yang ideal.

Gred Polipropilena yang kurang digunakan ialah Polipropilena sindiotaktik (sPP). Menggunakan topologi isotaktik konvensional, orientasi kumpulan metil alternatif yang hilang memberikan bahan yang lebih lembut dan lebih elastik dengan takat lebur yang jauh lebih rendah (sekitar 130°C). Mencari kegunaan khusus dengan filem dan lapisan pengedap sPP yang luar biasa tidak biasa ditemui.

Indeks Aliran Lebur mengikut Kaedah Pemprosesan

Indeks aliran lebur (MFI) atau kadar aliran (MFR) kekal sebagai faktor pengaruh terbesar terhadap pilihan gred, kerana ia menentukan kemampuan peralatan terpakai yang lain. Untuk mengelakkan kecacatan yang tidak perlu dari awal, MFI harus ditentukan dengan teliti sebelum membeli.:

Polipropilena vs. Polietilena — Perbezaan Utama

Kedua-dua PP dan polietilena adalah poliolefin yang dihasilkan daripada petroleum dan ia mempamerkan kebolehprosesan yang setanding. Walau bagaimanapun, jangan tertipu. Kedua-duanya mempunyai kebolehprosesan dan sampul prestasi yang berbeza. Jadual bersebelahan di bawah membandingkan PP dengan dua jenis PE yang paling biasa: ketumpatan tinggi (HDPE) dan ketumpatan rendah (LDPE).

Terdapat perbezaan takat lebur yang ketara antara PP dan polietilena. Julat siling PPC 160-165 C membolehkan ia digunakan dalam aplikasi dengan air panas, autoklaf dan cecair mendidih – persekitaran yang akan menyaksikan HDPE melembut dan berubah bentuk, 120-130 C. Sebaliknya, HDPE jauh lebih baik dalam persekitaran luar yang mana kestabilan UV adalah penting. Perabot taman, taman permainan dan aplikasi marina selalunya berasaskan polietilena kerana ia tidak memerlukan pakej tambahan untuk menahan fotodegradasi.

PP juga jelas berfaedah untuk ketahanan terhadap kelesuan. Engsel hidup, penutup snap-fit ​​dan penutup pembungkusan semuanya mengutamakan polipropilena kerana garis lipatan polietilena cenderung retak selepas bilangan kitaran lenturan yang agak kecil. Kedua-dua poliolefin adalah serupa dengan polietilena dari segi kebolehprosesan umum - ia mengalir dengan baik, menghasilkan sangat sedikit asap dan boleh dijalankan pada penyemperit skru tunggal atau skru berkembar yang mudah.

Aplikasi Perindustrian Polipropilena

Produk polipropilena — daripada bekas plastik tahan lama hinggalah filem plastik fleksibel — merangkumi kebanyakan sektor perindustrian utama. Kemampuan PP, kestabilan kimia, kemudahan formulasi dan kebolehprosesan memastikan polipropilena mendapat tempat dalam segala-galanya daripada penutup botol 2-g hingga tangki bahan kimia 500-kg. Pengilang dalam enam sektor perindustrian menggunakan bahan tersebut.

1. Pembungkusan (~30% daripada penggunaan PP): Bekas makanan, penutup botol, cawan yogurt, beg polipropilena tenunan dan filem BOPP (pek snek, stok label). Status sentuhan makanan dan sifat penghalang kelembapan PP yang diluluskan oleh FDA menjadikannya sesuai sebagai bahan pembungkusan dalam rantaian bekalan.

2. Automotif (~20): Penutup bampar (~80% polipropilena), panel papan pemuka, kemasan pintu, bekas bateri, komponen bawah hud. Komponen acuan polipropilena yang diisi boleh menggantikan cangkerang plastik lain yang lebih berat seperti ABS atau nilon pada kos yang lebih rendah, menyokong inisiatif pengurangan berat kenderaan. PP yang diisi talkum pada pemuatan 20% menghasilkan modulus lenturan 2.5-3.5 Gpa – menghampiri sebatian bertetulang kaca tetapi pada harga yang sangat menjimatkan.

3. Tekstil dan Bukan tenunan: Pelapik permaidani, tali polipropilena yang digunakan dalam industri berperahu rekreasi dan perindustrian, fabrik tenunan untuk beg perindustrian dan fabrik lebur untuk penapisan. Fabrik polipropilena bukan tenunan digunakan sebagai bahan penapisan dalam topeng pembedahan dan respirator N95 – segmen pasaran yang berkembang pesat yang menyaksikan peningkatan yang ketara pada tahun 2020.

4. Perubatan: picagari, botol sampel, jaring pembedahan, dulang pakai buang. PP boleh diautoklaf pada suhu 121 selama 20 minit tanpa ubah bentuk jadi digunakan dalam barangan pembedahan yang boleh diguna semula, pembungkusan produk penjagaan diri dan bekas plastik yang boleh disterilkan.

5. Pembinaan: sistem pengagihan air panas dan sejuk menggunakan sistem perpaipan PP-R (kopolimer rawak polipropilena) yang dinilai untuk operasi berterusan pada 70 C & 10 bar, di mana CCS (geotekstil, papan penebat, kepingan pelindung) juga menggunakan PP sebagai resin asas.

6. Barangan Pengguna: Cengkerang bagasi, Bekas perabot modular, Tong simpanan, Alat tulis, Digunakan sebagai pelapik pada bekas plastik - untuk perabot dan bagasi yang boleh disusun. Ketumpatan bahan ini yang rendah merupakan satu kelebihan, kerana barang siap adalah ringan.

Cara Polipropilena Diproses: Penyemperitan, Pengacuan dan Seterusnya

Dihasilkan sebagai produk pengguna, resin polipropilena mesti dipanaskan sehingga cair, dibentuk melalui proses yang melibatkan daya dan tekanan, dan disejukkan ke bentuk akhirnya. Laluan proses (penyemperitan, pengacuan suntikan, pengacuan tiupan, termopembentukan atau pemintalan gentian) berbeza-beza mengikut geometri akhir dan kadar pengeluaran yang dimaksudkan. Semua pengeluaran gred polipropilena terkompaun (diisi dengan talkum, gentian kaca, pewarna atau penstabil UV) terdiri daripada proses penyemperitan, tanpa mengira langkah pembentukan bentuk hiliran.

Profil Suhu Penyemperitan Polipropilena

Profil suhu untuk penyemperitan polipropilena adalah sangat penting – ia merupakan kawalan utama ke atas kualiti leburan, kemasan permukaan dan kestabilan dimensi produk akhir. Profil zon tong biasa dipaparkan di bawah untuk Gred PP (homopolimer, penyemperit skru tunggal) yang biasa diproses:

Reka bentuk skru juga sama pentingnya. L/D standard untuk penyemperitan PP skru tunggal adalah dari 25:1 hingga 36:1. Skru yang lebih panjang memberikan lebih banyak masa pemadatan untuk peleburan dan pencampuran, yang boleh menjadi ketara apabila mengekstrusi gred homopolimer berkehabluran tinggi, yang memerlukan peleburan dan pencampuran yang baik untuk mengelakkan leburan produk akhir.

Penyemperitan Skru Berkembar untuk Pengkompaunan PP

Untuk tujuan pengadunan PP dengan pengisi mineral, tetulang gentian kaca, masterbatch warna atau pakej aditif, penyemperit skru berkembar untuk pengkompaunan PP menyediakan pengeluar dengan kawalan suhu yang jauh lebih tepat semasa pemprosesan serta tahap pencampuran yang tidak dapat dicapai oleh penyemperit skru tunggal. Penyemperit skru berkembar intermeshing yang berputar bersama untuk pengkompaunan PP meningkatkan dengan ketara kemudahan pencampuran serakan (pemecahan gugusan pengisi) sebagai tambahan kepada peningkatan yang ketara dalam pencampuran agihan (penyebaran pengisi di seluruh cair) (nisbah L/D 32:1–48:1).

Proses penyemperit skru berkembar, walaupun tidak begitu biasa, digunakan untuk formulasi PP khas, seperti gred berisi talkum (pembebanan sehingga 40% untuk bahagian automotif) atau gred bertetulang gentian kaca (pembebanan sehingga 30% untuk bahagian struktur). Penyemperitan reaktif seperti cantuman PP dengan anhidrida maleik untuk meningkatkan lekatan pada bahagian kutub juga dicapai melalui proses ini. Skru berkembar intermeshing mengelap sendiri, menghasilkan laras yang bersih semasa pertukaran bahan, mengurangkan sisa dan membolehkan suhu leburan yang sekata dikekalkan dari hadapan ke belakang laras.

Proses pemprosesan tambahan: Pengacuan suntikan (MFI 20-70 g/10 min) ialah laluan pemprosesan plastik yang dominan untuk termoplastik yang diacukan suntikan, termasuk penutup botol, automotif dan bahagian bekas simpanan yang lain. Pengacuan tiupan membentuk bentuk berongga seperti botol dan tangki. Pembentukan termo membentuk pembungkusan dinding nipis seperti pembalut makanan daripada kepingan PP yang diekstrusi. Pemintalan gentian membentuk filamen berterusan daripada PP untuk digunakan sebagai aplikasi gentian tekstil dan bukan tenunan – julat MFI 15-40 g/10 min menyediakan daya tarikan yang mencukupi.

Adakah Polipropilena Selamat dan Boleh Dikitar Semula?

Sebab-sebab kebimbangan mengenai keselamatan dan impak alam sekitar adalah sesuai untuk sebarang plastik yang digunakan dalam sentuhan makanan, perubatan dan aplikasi pengguna. Polipropilena berfungsi dengan baik pada banyak metrik keselamatan, tetapi menunjukkan isu akhir hayat yang sama seperti yang dihadapi untuk semua polimer berasaskan petroleum.

Kelulusan FDA (Pentadbiran Makanan dan Ubat-ubatan): Polipropilena diluluskan di bawah 21 177.1520 CFR untuk sentuhan langsung makanan, peraturan yang meletakkannya sebagai polimer olefin yang boleh diterima untuk menghasilkan artikel yang bersentuhan langsung dengan makanan. Kelulusan ini terpakai kepada homopolimer PP dan gred kopolimer rawak yang direka untuk bekas makanan, pembalut dan permukaan peralatan pemprosesan yang bersentuhan langsung dengan makanan.

Bebas BPA dan bebas ftalat: PP tidak mengandungi bisfenol A, kerana rantai polisomer hanya mengandungi monomer propilena – tiada kumpulan fenol yang terdapat. Tiada pemplastik ftalat diperlukan dalam formulasi PP kerana polimer mempunyai fleksibiliti yang baik secara semula jadi; sebaliknya ia dicapai melalui kopolimerisasi. Tiada kebimbangan gangguan endokrin yang diketahui berkaitan dengan polipropilena, tidak seperti beberapa formulasi PVC yang memerlukan pelembut ftalat.

Kebolehkitar semula: PP mempunyai kod id resin #5, dan diterima di kebanyakan depot kitar semula tepi jalan AS. PP semula (rPP) yang dikitar semula sering menemui jalannya ke dalam aplikasi bukan sentuhan makanan seperti automotif, perabot taman dan bekas industri. Sifat-sifat PP kitar semula mengurangkan kira-kira 10-15% setiap proses kitar semula dari segi degradasi rantai, tetapi campuran PP dara dan kitar semula dll. boleh digunakan dengan mudah untuk menghasilkan pelbagai produk.

Had alam sekitar: Polipropilena tidak boleh terbiodegradasi. Kadar degradasi tapak pelupusan sampah adalah kira-kira 20-30 tahun di bawah keadaan standard dan bahan tersebut akan kekal dalam persekitaran marin untuk tempoh yang lebih lama. Serat PP – terutamanya sebagai gentian mikro yang timbul daripada cucian tekstil dan bahan fabrik bukan tenunan yang terdegradasi – telah dikenal pasti sebagai komponen pelepasan mikroplastik yang semakin meningkat ke saluran air/lautan. Terdapat kajian berterusan mengenai polipropilena berasaskan bio – yang diperbuat daripada bio-propilena dan bukannya daripada bahan mentah berasaskan petroleum – tetapi isipadunya masih agak kecil.

Soalan Lazim