انواع راکتوری پلی پروپیلن

1-هوموپلیمر

معمولا هموپلیمر پلی پروپیلن مستحکم ترین عضو از خانواده پلیمرهای پلی پروپیلن است و استحکام خود را در دماهای بالا نیز حفظ می کند. شکست نور به وسیله ساختار بلوری هموپلیمر پلی پروپیلن، باعث ایجاد شفافیت متوسط در این پلیمر می شود. پلی پروپیلن هم نظم برای بسیاری از کاربردها از جمله الیاف، فیلم ها، لوله ها و بخش های قالب گیری تزریقی مفید است. اما دمای انتقال شیشه پلی پروپیلن حدود 5 است که باعث شکنندگی آن در کمتر از این دما می شود و تحت اعمال ضربه، به ویژه در دماهای پایین تر از صفر درجه سانتی گراد ترد و شکننده می شود. افزون بر این، برای برخی از کاربردها هموپلیمر پلی پروپیلن بسیار صلب است و از شفافیت کافی برخوردار نیست. از این رو، برای افزایش کاربردهای آن، انعطاف پذیری و شفافیت بیشتری مورد نیاز است که در این حالت استفاده از کوپلیمرها ضروری به نظر می رسد.

2-کوپلیمر نامنظم

کوپلیمرهای نامنظم پلی پروپیلن از کوپلیمر شدن پروپیلن در مجاورت مقادیر اندک ( 2 تا 5 درصد وزنی) اتیلن به عنوان کومونومر به دست می آیند. وجود کومونومر در زنجیرهای پلیمری با کاهش ضخامت لایه های بلوری، باعث تغییر بلورینگی و شکل شناسی می شود. کاهش بلورینگی و انتخاب صحیح افزودنی، عوامل کلیدی در رسیدن به محصولاتی شفاف تر از هوموپلیمر هستند.

از کوپلیمرهای نامنظم در کاربردهایی که به شفافیت زیاد نیاز است، استفاده می شود. هم چنین، در این پلیمرها در مقایسه با هوموپلیمر، پدیده سفید شدن در برابر تنش در ناحیه اعمال ضربه کاهش می یابد. بنابراین، آنها را برای کاربردهای خاص مناسب می سازد.

3-کوپلیمرهای دوفازی یا ناهمگون

پلی پروپیلن در کاربرد به عنوان پلاستیک مهندسی چقرمگی کمی ( به ویژه در دمای پایین) از خود نشان می دهد. بررسی ها نشان می دهد، ماده حاوی یک کوپلیمر الاستومری( پلی پروپیلن_ کو _اتیلن)، که در یک ماتریس هموپلیمری توزیع شده باشد، مقاومت به ضربه بیشتری در دمای پایین، همراه با سختی مناسب از خود نشان می دهد. مقاومت به ضربه همراه با استحکام مناسب در دمای پایین، می تواند تلفیقی جالب از خواص پلی پروپیلن باشد. امروزه می توان به این خواص از راه کوپلیمر شدن چند مرحله ای دست یافت. محصولاتی که از این راه بدست می آیند، کوپلیمر دوفازی نام دارند. مقاومت به ضربه این کوپلیمرها در دمای معمولی بسیار خوب است و تنها نوعی از پلی پروپیلن است که در دماهای کمتر از صفر درجه سانتی گراد نیز مقاومت به ضربه مناسبی نشان می دهد. کوپلیمرهای چند فازی با پلیمرشدن چند مرحله ای به دست می آیند که در آن هموپلیمر پلی پروپیلن در مرحله اول و کوپلیمر لاستیکی اتیلن_ پلی پروپیلن در مرحله دوم تولید می شوند. هر دو جزء سیستمی واحد به وجود می آورند که هموپلیمر تامین کننده سختی مناسب است، در حالی که کوپلیمر لاستیکی، نقش تقویت کننده مقاومت ضربه را ایفا می کند. هرچه مقدار کوپلیمر لاستیکی بیشتر باشد، مقاومت به ضربه آن بیشتر می شود. کوپلیمرهای چند فازی سختی کمتری از هموپلیمر داشته و به دلیل اینکه فاز لاستیکی نور را منتشر می سازد، مات هستند.

ارتباط بین ساختار و خواص انواع پلی پروپیلن

1-هموپلیمر پلی پروپیلن

خواص اصلی هموپلیمر پلی پروپیلن، استحکام خوب و مقاومت گرمایی زیاد همراه با مقاومت به ضربه محدود در دمای پایین است. عوامل ساختاری اصلی که روی این خواص اثر می گذارند، نظم فضایی، جرم مولکولی و توزیع آن هستند که به طور عمده از راه تاثیر روی بلورینگی اثر گذارند. آثار مقدار نظم فضایی از سایر عوامل بیشتر است، زیرا استعداد اولیه و قابلیت پلیمر برای تبلور به وسیله نظم فضایی معین می شود. این مسئله ساده ترین و بنیادی ترین وابستگی شکل شناسی و خواص نهایی است.

مقدار بلورینگی عمده ترین عاملی است که می تواند روی این خواص اثر بگذارد. افزایش بلورینگی باعث ازدیاد برخی از خواص وابسته مانند مدول، حداکثر دمای کاربردی، سفتی، نفوذ ناپذیری و مقاومت شیمیایی می شود. در حالی که مقاومت ضربه و ازدیاد طول با افزایش بلورینگی کاهش نشان می دهند، به طور کلی انتظار می رود، هر یک از متغیرهایی که بلورینگی را افزایش می دهند به روشی مشابه روی خواص نهایی نیز اثر بگذارند. به عنوان مثال، جرم مولکولی کمتر، توزیع جرم مولکولی پهن تر یا دمای بلور شدن بالا چه از راه سرعت سرد کردن آهسته تر یا هسته گذاری، همه می توانند بلورینگی، مقادیر مدول و خواص وابسته را افزایش دهند. جرم مولکولی یکی از مهمترین عوامل دخیل در تعیین خواص است. در بررسی های انجام شده برای ارتباط مقدار افت مقاومت به ضربه با افزایش سرعت جریان مذاب برای هموپلیمر و پلیمرهای ضربه پذیر، نتایج نشان داد، تنها افزایش سرعت جریان مذاب به مقدار 6 برابر، می تواند مقاومت ضربه یک کوپلیمر ضربه پذیر را تا حد هوموپلیمر تقلیل دهد. افزایش شاخص جریان مذاب به مقدار اندک به شدت باعث کاهش مقاومت به ضربه، مقاومت کششی و ازدیاد طول می شود، به ویژه هنگامی که یکی از این خواص نزدیک به محدوده قابل قبول باشند.

توزیع جرم مولکولی نیز روی بلورینگی و خواص وابسته به مدول اثر می گذارد. پلی پروپیلن با توزیع جرم مولکولی پهن بلورینگی بیشتری از نمونه های با توزیع جرم مولکولی معمولی دارد و جهت گیری بیشتری نیز می دهد. در نتیجه، نمونه های قالب گیری تزریقی مدول بیشتری دارند.

دست یابی به پلیمری با توزیع گسترده جرم مولکولی از راه تولید پلیمرهایی با جرم مولکولی های متفاوت به وسیله فرایند پلیمر شدن در راکتورهای جداگانه و سپس ترکیب آنها یا با استفاده از سیستم های کاتالیزوری ویژه امکان پذیر است. دست یابی به توزیع جرم مولکولی باریک نیز پس از فرایند پلیمر شدن به وسیله پراکسیدها ( نوع CR) یا طی فرایند پلیمر شدن با انتخاب مناسب سیستم کاتالیزوری امکانن پذیر است.

2-ارتباط بین ساختار و خواص کوپلیمرهای نامنظم( تصادفی)

کوپلیمرهای نامنظم پروپیلن و اتیلن، در کاربردهایی که خواص نوری یا پایین بودن دمای ذوب برای کاربردهای درزگیری مدنظر باشد، مناسب اند. مانند هموپلیمرها، پارامترهای ساختاری از قبیل جرم مولکولی و توزیع آن نقش یکسانی در خواص کوپلیمرهای اتفاقی ایفا می کنند، در حالی که مبحث فضاویژگی در این کوپلیمر معنایی تازه پیدا می کند. در حقیقت، وجود مونومر دوم در زنجیر پلیمر باعث ایجاد یک ناپیوستگی شده و روی رفتار بلورینگی مولکول ها کاملا اثر می گذارد و مشاهده شده است که سرغت تبلور کاهش و به دلیل عدم تبلور کامل، دمای ذوب نیز کاهش می یابد.

کوپلیمرهای نامنظم نسبت به هموپلیمر، مدول کشسانی و حداکثر دمای سرویس دهی کمتری دارند. در حالی که اثر آنها بر پراکنش نور( به دلیل کمتر بودن مقدار بلورینگی)، کمتر است. از این رو، ویژگی های نوری آنها به طور قابل توجهی تقویت می شود. مقاومت به ضربه نیز تا حدی بهبود می یابد، هر چند که این خاصیت در دمای پایین در حد بحرانی باقی می ماند. درجه تبلور در این کوپلیمرها به طور عمده بستگی به مقدار، ماهیت و نحوه توزیع مونومر دوم در زنجیر دارد.

به عنوان یک قاعده کلی، توزیع نامطلوب واحدهای کومونومر می تواند منجر به تولید زنجیرهایی شود که قابلیت تبلورشان را از دست داده اند. این جزء که به کمک استخراج با حلال زایلن قابل جداسازی و اندازه گیری است، در کاهش دمای ذوب نقشی ایفا نمی کند، بلکه در عوض در جزء لاستیکی قابل جدا شدن، سهیم است. در این باره، رفتار مونومرهای معمول کاملا متفاوت است. اتیلن در تغییر شکل زنجیر بسیار موثر است، اما نسبت به 1-بوتن سهم جزء حل شونده در زایلن را افزایش می دهد. در کاربرد کوپلیمرهای پلی پروپیلن در بسته بندی مواد غذایی، مقدار جزء انحلال پذیر در زایلن باید از حد استاندارد تعریف شده تجاوز نکند. در این موارد باید با انتخاب مناسب نسبت کومونومرها، بین کاهش دمای ذوب و نیز مقدار جزء حل شدنی در زایلن، توازن برقرار شود. در واقع، انتخاب نوع و مقدار هر یک از کومونومرها با در نظر گرفتن آثار متقابلی است که در خواص نهایی محصول می گذارد.

3-ارتباط بین ساختار و خواص کوپلیمرهای ناهمگون( دوفازی)

هدف اصلی در طراحی و ارائه کوپلیمرهای ناهمگون در سال 1960، بهبود رفتار مقاومت، ضربه و به ویژه عملکرد محصول در دمای کم بود. این هدف با ایجاد ساختار پلیمری واقعیت پیدا کرد که در آن فاز پراکنده، که معمولا شامل کوپلیمرالاستومری از اتیلن_پروپیلن است، به طور یکنواخت در درون یک ماتریس هوموپلیمر نیمه بلوری پلی پروپیلن توزیع شده باشد.

چقرمگی ماده در اثر قطع شکاف های در حال انتشار در طول ماتریس حاصل می آید. وقتی لبه ترک به یک ذره لاستیکی می رسد، در اثر انبساط فاز الاستومری و توزیع انرژی در فصل مشترک، شدت تنش کاهش یافته و به حدی می رسد که از مقاومت بحرانی ماتریس کمتر است. چنین مکانیسمی که در دماهایی پایین تر از دمای شیشه ای ماتریس معتبر است، موادی با خواص مفید در دمای پایین ایجاد می کند.

کارایی چقرمه کردن مواد به وسیله ماهیت فاز لاستیکی، مقدار و توزیع آن در ماتریس کنترل می شود. ترکیب فاز الاستومری و کیفیت آن، رفتار تغییر شکل ذرات پراکنده و قابلیت این فاز را در جذب و رهایش انرژی معین می کند. بهبود خواص ضربه، همراه با حفظ عملکرد مدول کشسانی، تعادل مناسب بین ضربه پذیری و استحکامهنگامی که با خواص گرمایی، فیزیکی و شیمیایی پلی پروپیلن همراه باشد، دامنه وسیعی از کاربردها را ایجاد می کند. چنین موادی در تولید قطعات اتومبیل، قطعات بادوام و نیز در صنعت بسته بندی کاربردهای منحصر به فرد و کلیدی پیدا کرده اند.

ارتباط بین ساختار و خواص کوپلیمرهای ناهمگون پلی پروپیلن در مقایسه با آن چه که در هوموپلیمر و یا کوپلیمرهای اتفاقی مشاهده می شود، پیچیده تر است. این مسئله نتیجه مستقیم آثار گوناگون ساختارهای پیچیده وآثار متقابل بین این فازهاست. افزایش فاز الاستومری، مدول کشسانی محصول و تنش تسلیم را کاهش می دهد، در حالی که مقاومت ضربه ایزود نمونه ها افزایش نشان می دهد. برای دست یابی به بهترین سازگاری و توافق بین مدول کشسانی و مقاومت ضربه، ضریب توزیع فاز لاستیکی بسیار حیاتی است. انتخاب و کنترل نسبت گرانروی دو فاز این امکان را به وجود می آورد که بتوان تعادل بین خواص را بهینه ساخت. در طراحی ساختار دو فازی پلی پروپیلن برای رسیدن به تعادل در خواص ضربه برای کاربردهای خاص، باید نسبت گرانروی ها بهینه شود.

پس از توزیع فاز لاستیکی، مهم ترین عامل طراحی، ترکیب ساختاری فاز الاستومری است، که به وسیله نسبت کومونومرها کنترل می شود. در کاربردهای ویژه، افزون بر مقاومت ضربه که به وسیله نسبت مونومرها معین می شود، توجه به برخی خواص رفتاری- ساختاری نیز مهم است. در بررسی انجام شده انرژی ضربه به عنوان تابعی از دما برای ترکیبات مختلف از مونومرها در کوپلیمر اتیلن_ پروپیلن مشاهده شد که با عبور نسبت مونومرها از 50 به 50 خواص الاستومری کوپلیمر افت می کند و مقاومت به ضربه در دمای پایین نیز کاهش می یابد. هنگامی که ترکیب از پروپیلن غنی است،کوپلیمر دوفازی نزدیکی بیشتری به ماتریس نشان می دهد و توزیع پذیری در مرحله اختلاط بهبود می یابد. در نتیجه همگونی بیشتر، خواص نوری بهتر و مقاومت به ضربه عالی در دمای محیط حاصل می شود، در حالی که در دمای پایین عملکرد پلیمر کاهش می یابد. به عبارتی، کوپلیمر دوفازی غنی از اتیلن خواص ضربه بهتری در دمای پایین نشان می دهد و سفید شدن در اثر تنش در ناحیه ضربه کاهش می یابد. سفید شدن در اثر ضربه، که عموما به آن blushing  اطلاق می شود، نتیجه تفرق نور به دلیل تشکیل ترک در اطراف ذرات لاستیکی است.

واحد تحقیق و توسعه شرکت فناوران رنگدانه سپاهان