الياف پلي پروپيلن (پ پ)چيست؟

عدم امكان رنگررزي الياف پروپيلن به روشهاي متداول براي ديگر الياف ، باعث جلو گيري از رشد بيشتر اين ليف مصنوعي گرديده است.

الياف و نخ هاي نواري كه دو كاربرد پلي پروپيلن را تشكيل مي دهند نسبتاً به آساني به روش ذوب ريسي تهيه مي گردند و آسان بودن توليد اين نوع الياف و پائين بودن هزينه توليد استقبال بسيار گستردهاي از آن را به همراه داشته است . با بكار گيري مواد بالا برنده مقاومت در مقابل اشعه ماوراء بنفش سعي شده است عيب كم بودن مقاومت پلي پروپيلن در مقابل اين اشعه مرتفع گردد.

پلي پروپيلن داراي دماي ذوب بالا تر (175-165درجه سانتيگراد)در مقايسه با پلي اتيلن مي باشد . از نقطه نظر استحكام ومقاومت در مقابل سايش ،پلي پروپيلن با پلي اتيلن تفاوت زياد ندارد . 

همانطور كه گفته شد پلي پروپيلن هم مثل پلي اتيلن با روش هاي معمول قابل رنگرزي نبوده و به روش رنگرز ي توده كه در آن قبل از تشكيل الياف ، به پليمر مذاب اضافه مي شود رنگرزي مي گردد. 

لازم به ذكراست كه الياف الفيني اصلاح شده به روش شيميايي كه قادر به رنگرزي شدن با روشهاي معمولي مي باشند توليد شده اند . 

به عنوان مثال پلي پروپيلن حاوي پلي ونيل پيريدين به صورت پخش شده ويا ونيل پيريدين كه جزئي ماكرو مولكول را تشكيل مي دهد با رنگينه هاي اسيدي قابل رنگرزي است و به هر حال قيمت تمام شده اين نوع الياف باعث گرديده است كه از رنگرزي توده به عنوان مهم ترين روش براي رنگرزي اين نوع الياف استفاده گردد.

توليد الياف پلي پروپيلن

ماده اوليه توليد الياف پلي پروپيلن را پروپيلن(3CH2=CHCH)تشكيل مي دهد كه به صورت يك توليد جانبي در توليد اتيلن به روش شكستن مولكول نفت درصنعت پتروشيمي شكل مي گيرد .گازهاي مابع حاوي پروپيلن ، ديگر ماده اين منبع را تشكيل مي دهند .

پلي پروپيلن از پليمريزاسيون پروپيلن در شرايط دما و فشار نسبتاً ملايم ودر حضور كاتاليست معروف زيگلر – ناتا انجام مي شود . وجود اين كاتاليست ، پليمري به صورت ايزوتاكتيك را تشكيل مي دهد كه قادر به متبلور شدن تا حدود 90 درصد مي باشد . 

ديگر فرمهاي آتاكتيك وسيندو تاكتيك پلي پروپيلن دارا ي خواص مناسب جهت تشكيل الياف نمي باشند . با توجه به شرايط سرد شدن ، ساختار بلورين پلي پروپيلن دو شكل متفاوت پيدا ميكند . چنانچه پلي پروپيلن مذاب سريعاً سرد گردد ، ساختار بلورين پايدار كه پاراكريستالين و ياسمكتيك نام دارد شكل مي گيرد . 

چنانچه پلي پرو پيلن مذاب به آرامي سرد گردد . ساختار بلورين معروف به منوكلينيك بوجود مي آيد.حرارت دادن پلي پروپيلن ازنوع پاراكريستالين به بيش از 80 درجه سانتيگراد باعث تغيير ساختار بلورين آن به شگل منوكلينيك مي گردد 

در الياف پلي الفيني ،پيوندهاي شيميايي ويوني بين ماكرو مولكول هاي پلي پروپيلن وجود نداشته ونيرو هاي بين زنجيره اي به نيرو هاي واندروالس محدودمي گردند . ازاين رو براي كسب خواص فيزيكي مناسب با وزن مولكولي الياف پلي الفيني در مقايسه با الياف ديگر بالاتر انتخاب گردد.

با توجه به سرعت توليد و دماي پليمر مذاب ، سرعت سرد شدن وكشش بعد از توليد ، الياف پلي پروپيلن ازنظر جهت گيري بلورهاي خود نسبت به محور ليف با يكديگر تفاوت دارند و افزايش سرعت ريسندگي اوليه واعمال كشش بعد از توليد ، جهت گيري بلورها رادر جهت محور ليف افزايش مي دهد.

پليمريزاسيون پروپيلن به سه روش امكان پذير مي باشد . در روش تعليق كه يك روش كلاسيك بحساب مي آيد پروپيلن در يك محيط رقيق كننده كه معمولاً يك هيدرو كربن آليفاتيك مي باشد پليمريزه مي گردد مكمل اين روش ، پليمريزاسيون فاز گاز مي باشند.

شدر ذوب ريسي پلي پروپيلن ، مشابه ديگر الياف ترموپلاستيك مثل پلي استر وپلي اميد ، وزن مولكولي متوسط ، توزيع وزن مولكولي و همچنين شاخص جريان توده پليمري مذاب (MFI) وخصوصيات الياف توليد شده را تحت تأثير خود قرار مي دهند . بطور كلي افزايش وزن مولكولي پليمر ، افزايش استحكام الياف توليد شده را به همراه دارد.

براي الياف پلي پروپيلن كه به منظور مصرف در صنعت نساجي توليد مي گردندوزن مولكولي متوسط و براي الياف پلي پروپيلن با استحكام زياد كه به عنوان الياف با كارايي بالا توليد مي كردند وزن مولكولي بالا انتخاب مي گردد . 

باتوجه به مربوط بودن شاخص جريان مذاب و وزن مولكولي متوسط به يكديگر ، شاخص جريان مذاب مناسب درتوليد الياف نساجي 25-15 گرم بر10 دقيقه وبراي الياف باكارايي بالا 5-3 گرم بر10 دقيقه ذكرشده است 

آزمايشات نشان داده است كه محدوده كوچكتر توزيع وزن مولكولي پليمر ، به قابليت ريسندگي اوليه بهتر ، كمك مي نمايد . باتوجه به بالابودن وزن مولكولي پلي پروپيلن كه افزايش ويسكوزيته توده مذاب در ريسندگي اوليه آنرا به همراه دارد ، دماي پلي پروپيلن مذاب درريسندگي اوليه آنها70 تا120درجه بيش از دماي پليمربوده ودرمحدوده 230 تا 280 درجه سانتيگراد انتخاب مي گردد . شكل زير ذوب ريسي رابه صورت شماتيك نشان مي دهد 

دراين روش پليمربه صورت گرانول از تغذيه كننده (هاپر) وارد مارپيچي ذوب كننده شده بر اثر گرمايش توسط مارپيچي ذوب مي گردد 

. پليمر مذاب سپس به كمك پمپ تغذيه از طريق ***** به رشته ساز تغذيه شده وپس از خروج از روزنه هاي رشته ساز تحت تاثير نيروي كششي قرار مي گيرد و با از دست دادن گرما به محيط خود جامد گرديده وسر انجام روي بسته اي پيچيده شده ويا آنكه به صورت مداوم به بخشي ديگر از خط توليد نهايي تغذيه مي گردد . 

از آنجايي كه پلي پرو پلين داراي گرماي ويژه بالا (KJ/Kg-K2-6/1) وضريب هدايتي كم (J/m.s.k3/0-1/0) مي باشد ، لذا طول منطقه سرد كننده بعد از رشته ساز در مقايسه با اليافي مثل نايلون ويا پلي استر ، بايد طويل تر انتخاب گردد . به همين ترتيب سرعت هاي توليد بالاتر به منطقه سرد كننده طويل تري احتياج دارند . از اين رو ، طول ستون ريسندگي ممكن است به 10متر برسد .

با توجه به پائين بودن دماي ترانزيسيون ثانويه الياف الفيني از دماي اطاق ، تبلور الياف نه تنها در سرد شدن در ستون ريسندگي اوليه شكل مي گيرد بلكه اين فرآيند ممكن است بعداً هم روي بوبين ادامه پيدا مي كند بنابراين شرايط انجماد در ستون ريسندگي و همچنين شرايط نگهداري بوبين پس از توليد ، تبلور الياف الفيني را تحت تأثير خود قرار مي دهند تعداد روزنه هاي رشته سازهاي توليد كننده نخهاي فيلامنتي ممكن است با توجه فيلامنت هاي مورد احتياج بين 150- 10 متغير ميباشد رشته سازهايي كه براي توليد الياف به منظور بريده شدن و مورد استفاده قرار گرفتن به صورت كوتاه ( استيپل) به كار گرفته ميشوند ممكن است تا 20000 روزنه داشته باشند 

با توجه به سرعت توليد ، الياف توليد شده ممكن است تا 6 برابر طول اوليه خود كشيده شوند تا خواص مكانيكي مطلوب را بدست آورند . درجه كشش قابل كسب براي پلي پروپيلن پاراكريستالين بيشتر از پلي پروپيلن منو كلينيك مي باشد واين تفارت به مكانيك تغيير شكل مختلف براي ساختار منو كلينيك پاراكريستالين ربط داده شده است .

پديده هاي فيزيكي مهم در ذوب ريسي را مي توان به صورت زير خلاصه نمود:

-رفتار توده مذاب از نقطه نظر رئولوژي 

-كاهش قطر جريان در روزنه رشته ساز 

-سرمايش جريان 

-تبلور وتشكيل ساختار ليف

كشش الياف بدون گرمايش به كشش سرد معروف است.براي افزايش سرعت كشش ،الياف پلي پروپيلن حرارت داده مي شوند .كشش همراه با گرمايش به كشش گرم معروف است.ساختار جديد بعد از كشش ، معمولاً با سرد نمودن الياف پايدار مي گردد.

الياف پلي پروپيلن با توجه به قيمت ارزانتر انها نسبت به الياف ديگر براي طيف گسترده اي از كاربرد ها مورد استفاده قرار گرفته اند .به عنوان مثال ،نخ كفپوش هاي از نوع تافتينگ،نخ خامه قالي ، الياف كفپوشهاي نمدي ،كاربردهاي نساحي الياف پلي پروپيلن را تشكيل مي دهند.كاربردهاي صنعتي پلي پروپيلن را طناب، منسوجات كشاورزي و***** ، منسوجات عمراني (كاربرد در عمران)گوني ،توري وموارد ديگري تشكيل مي دهند . براي كاربردهاي صنعتي هم از الياف پلي اتيلن استفاده مي شود 

سبك بودن پلي اتيلن وپلي پروپيلن از آب وهمچنين عدم جذب آب توسط اين الياف ودر نتيحه عدم تغيير در خواص مكانيكي انها بر اثر تماس با رطوبت از خصوصيات بارز اين دو نوع ليف در مقايسه با الياف ديگر است.

الياف الفيني علاوه بر داشتن نهايت خاصيت آبگريزي ،در مقابل تعداد زيادي از اسيدهاي غير آلي ، بازها وحلال هاي آلي در دماي اطاق مقاوم باشند . اين خواص تا حدودي به وزن مولكولي بسيار بالاي اين الياف مربوط مي گردد. سولفوريك ونيتريك اسيد وهمچنين ديگر اسيدهاي قوي در دماهاي بالا قادر به تخريب پلي الفين ها مي باشند.پلي پروپيلن معمولي كه به بازار عرضه مي گردد داراي مقدار زيادي مواد افزودني مي باشد .نمونه هايي از اين مواد كه به منظور امكان پذير ساختن توليد پلي پروپيلن به ان اضافه مي گردند به قرار زير است :

ضد اسيد 

مواد ضد اسيد مثل كلسيم ويا سديم استئارت نقش خنثي سازي بقاياي كاتاليست مورد استفاده قرار گرفته در مرحله پليمريزاسيون را به عهده دارند.در غير اينصورت امكان تشكيل اسيد وجود دارد كه مي تواند مشكلاتي مثل اثر سوء بر دستگاههاي تبديل را به همراه داشته باشد.

ضد اكسيداسيون

مواد ضد اكسيداسيون به عنوان محافظت از پليمر در مقابل شكسته شدن ماكرومولكول در حين توليد و بعد از آن مورد استفاده قرار مي گيرند.فنل با ممانعت فضايي نمونه اي از مواد ضد دي اكسيداسيون (آنتي اكسيدان )مي باشد . لازم به ذكر است كه عليرغم به همراه داشتن اين مواد افزودني ،پلي پروپيلن به عنوان اصلاح شده در نظر گرفته نمي شود. 

عليرغم مزاياي چشمگير ، الياف پلي پروپيلن داراي سه مشكل عمده در رابطه با كاربرد خود بصورت زير مي باشند :

الف : دماي ذوب نسبتاً پائين:

تفاوت زياد بين دماي ذوب الياف پلي پروپيلن و ديگر الياف مثل پلي استر و پلي آميد ، كاربرد وسيعتر پلي پروپيلن را محدود ساخته است . 

ب : تخريب بر اثر اكسيداسيون 

وجود پيوند C-H نوع سوم د رپلي پروپيلن تخريب آنرا بر اثر اكسيداسيون شدت مي بخشد . گرما ونور به عنوان يك كاتاليست براي واكنش اكسيداسيون عمل مي نمايد . از اين رو ، مقاومت كم الياف پلي پروپيلن معمولي در مقابل نور و گرما ، عيب بزرگي براي آنها بشمار مي آيد . جذب اكسيژن توسط اين پليمر ، باعث شكستن ماكرومولكول و در نتيجه كاهش درجه پليمريزاسيون بر اثر تشكيل هيدروپراكسيدها در دماي بالا مي باشد . به همين علت ، در پليمريزاسيون آن از مواد ضد اكسيد كننده استفاده مي شود.

از نقطه نظر تخريب بر اثر گرما ، پلي پروپيلن به علت دارا بودن كربن نوع سوم در معرض خطر بيشتر نسبت به پلي اتيلن قرار دارد . نور خورشيد هم از طريق مكانيزم فتواكسيداسيون با اثري مشابه گرما باعث تخريب پلي الفين ها مي گردد . بخش ماوراي بنفش نور خورشيد نقش عمده اي در تخريب به عهده دارد . الياف ظريف سريعتر از الياف ضخيم تحت تأثير نور خورشيد قرار مي گيرند . 

ج : عدم امكان رنگرزي با روشها متداول براي ديگر الياف

همان طور كه قبلاً گفته شد با توجه با عدم وجود گروههاي قطبي در پلي پروپيلن ، اين ليف بدون اصلاح شدن قادر به قبول تعداد زيادي از رنگينه هاي مختلف نبوده و رنگرزي نوع معمولي آن امروزه به كمك رنگرزي توده انجام مي شود .

براي كاهش كمبودهاي پلي پروپيلن سعي شده است كه اين نوع ليف ترموپلاستيك با توجه به هدف خاص اصلاح گردد . اين اصلاح ممكن است كه خواص ديگري را نيز تحت تأثير خود قرار دهد . اصلاحات براي بهبود و حتي كسب خصوصيات ديگر ممكن است از طريق اصلاح شيميايي پليمر و يا اصلاح فيزيكي در مرحله توليد و يا بعد از آن انجام شود.

منبع: لوله