دانلود مقاله افزایش مواد افزودنی بر پلی پروپلین ‌

word قابل ویرایش
43 صفحه
9700 تومان
97,000 ریال – خرید و دانلود

فصل اول
مقدمه:
از زمان‌های گذشته همواره بشر جهت حمل‌ونقل بسیاری از کالاها احتیاج به چیزی داشته است تا آن را بسته‌بندی نموده و به سهولت جابجا نماید. از این‌رو کیسه‌های بافته‌شده یکی از این بسته‌بندیها می‌باشند که در زمان‌های گذشته از جنس کنف بوده (که البته هنوز هم در مواردی کاربرد دارند) و با پیشرفت علم و تکنولوژی و ورود پلیمر به دنیای صنعت و نساجی به تدریج جای خود را به کیسه‌های بافته‌شده از جنس پلی‌پروپیلن داده‌اند.کیسه های پلی پروپیلن یکی از اقلام پر مصرف در صنایع بسته بندی در همه کشورها و از جمله ایران می باشد که مصرف آن از یک سو بدلیل افزایش جمعیت واز سوی دیگر بدلیل پیدایش کاربردهای جدید رو به افزایش است.

 

شکل ۱) مصارف کیسه های پلی پروپیلن در صنعت بسته بندی
پلی‌پروپیلن، پلیمری چند منظوره با خواصی جالب توجه برای کاربردهای متفاوت است. این پلیمر همراه با پیشرفت علوم و فنون مختلف با کمک پژوهشهای علمی به وجود آمده و به کمک پژوهشهای علمی ،خواص آن بهبود یافته است.

شواهد به دست آمده در دهه‌های ۱۳۳۰ و ۱۳۴۰ شمسی نشان داد خواص فیزیکی و عمومی مواد پلیمری بشدت وابسته به ساختار فیزیکی است. ساختار فیزیکی جدای از ساختار و ترکیب شیمیایی است و نشان‌دهنده چگونگی قرار گرفتن ملکول‌های زنجیری در ماده پلیمری است. یک پلیمر با وزن ملکولی و توزیع وزن ملکولی مشخص می‌تواند خواص فیزیکی (ضربه‌پذیری، شکنندگی، چقرمگی، سختی، قابلیت کش آمدن) متفاوتی داشته باشد. این تفاوت در خواص در اثر چگونگی قرار گرفتن ملکول‌های زنجیره‌ای نسبت به هم و نسبت به یک راستای معین است که ساختار فیزیکی را تعیین می‌کند و به نظر می‌رسد با توسعه

دانش در این زمینه در آینده امکان به وجود آمدن تنوع در خواص ساخته‌های پلی‌پروپیلنی پدیدار شود. در سال‌های گذشته روش‌های تولید پلی‌پروپیلن از محصولات پتروشیمی پیشرفتهای جالب توجهی داشته است. لیکن هنوز سرمایه‌گذاری قابل توجهی لازم است تا محصول مناسبی تولید شود.
دستگاههای تبدیل گرانول پلی‌پروپیلن به قطعات فیلم و الیاف در حال توسعه و تکامل‌اند. تکامل این دستگاهها به طور عموم در افزایش سرعت تولید و کاهش انرژی مصرفی است.

 

آشنایی با پلی‌پروپیلن(Poly propylene) :
پلی‌پروپیلن ماده‌ای سبک، با جرم مخصوص کمتر از آب است که از پلیمر شدن گاز پروپیلن به دست می آید. پلی پروپیلن در برابر رطوبت، روغن‌ها و حلا لهای معمولی مقاوم است. این ماده به صورت جامد سفید رنگ شفاف می‌باشد که در حلال‌های سرد نامحلول و در دی‌کالین داغ، تترالین داغ و تتراکلرواتان جوشان محلول است. همچنین قابل احتراق است. پلی‌پروپیلن دارای نقطه ذوب ۱۷۱-۱۶۸ درجه سانتیگراد و وزن مولکولی بیشتر از ۰۰۰/۴۰ می‌باشد. پلی‌پروپیلن از خانواده پلاستیک‌ها بوده و از نوع گرمانرماها یا ترموپلاستیک‌ها Thermoplastics بشمار می‌آید و دارای چگالی مابین می‌باشد.فرمول شیمیایی پلی‌پروپیلن به این صورت است.

مشخصات شیمیایی پلی‌پروپیلن:

دمای ذوب:
دمای ذوب یا محدوده دمای ذوب پلی پروپیلن، بسته به ساختار شیمیایی و خلوصش، در نظم فضایی مولکولی آن متغیر است. وجود کومونومرها با نبود نظم فضایی مولکولها، موجب کاهش دمای ذوب یا وسیع شدن محدوده ذوب می شود. به طور کلی دمای ذوب پلیمرهای تصادفی، کمتر از دمای ذوب پلیمر خالص و بیشتر از کوپلیمر تصادفی است. دمای ذوب تعیین شده، به روش اندازه‌گیری آن بستگی دارد. با روش حجم سنجی، دمای ذوب پلی پروپیلن تعیین شده است در حالی که با روش گرماسنجی پویشی تقاضلی (DSC) دمای ذوب تعیین شده است. تغییر سرعت گرم کردن، موجب تغییر چند درجه‌ای در دمای ذوب می‌شود.

درشکل (۲ ) نمودار حاصل از گرماسنجی پویشی تفاضلی پلی پرو پیلن تجارتیs 730 نشان داده شده است. در این اندازه گیری، دما بین ۲۵۰-۲۵ درجه سانتیگراد و با سرعت ده درجه در دقیقه تغییر داده شده است. دمای ذوب آن ۱۷۱ درجه سانتیگراد تعیین شده است.

شکل ۲) نمودار حاصل از گرماسنجی پویشی تفاضلیDSC پلی پرو پیلنs 730 تجارتی
تبلور:

مولکولهای زنجیره‌ای پلی پروپیلن ایزوتاکتیک بلوری به شکل مارپیچ است، که سه مونومر در هر حلقه مارپیچ قرار دارد. شکل۳ ، شکل فضایی مولکول را نشان می دهد. هر واحد تکرار

شونده دارای طول ۶٫۵ درجه است. گروههای متیل به طور متقارن در اطراف مارپیچ قرار گرفته و زاویه بین آنها تقریباً ۱۲۰ درجه است. این نظم ساختاری، به وجود آمدن سلولهای واحد با تنگ چین مونوکلینیک را ممکن می سازد.

شکل ۳) شکل فضایی مولکولهای پلی پروپیلن در یک واحد بلوری

ساختار بلوری به وجود آمده در پلی پروپیلن به شرایط محیط، دما، تنش و نوع هسته گذارها بستگی دارد. به تنگچین مونوکلینیک، شکل آلفا (a) گفته می شود. البته شکلهای دیگری برای پلی پروپیلن بلوری به نامهای بتا (B) و گاما ( ) نیز وجود دارد.

درصد تبلور پلی پرو پیلنهای تولید شده معمولاً ۶۰-۴۵ درصد است. با حرارت دادن در دمای ۱۵۵-۱۴۵ درجه سانتیگراد پلی پروپیلن ایزوتاکتیک متبلور می شود. وجود کومونومرها موجب تغییر دمای متبلور شدن می‌شود. انواع مواد هسته گذار موجب تغییر دمای متبلور شدن می گردند. مواد هسته گذار مانند اسید بنزوییک، دمای متبلور شدن را به ۱۴۰-۱۳۰می رساند. تمام هسته گذارها موجب افزایش سرعت متبلور شدن می گردند،که این باعث می شود تعداد گویچه‌ها افزایش یابد و اندازه آنها کوچک شود.

در محدوده دمایی متبلور شدن، با کاهش دما سرعت متبلور شدن افزایش می یابد؛ اما در دمایی کمتر از سرعت بشدت کاهش می یابد، بنابراین اگر پلیمر درحالت مذاب به سرعت سرد شود، تبلور کمی به وجود می آید و اندازه گویچه‌ها کوچک می شود. چون قابلیت انتقال دادن حرارت در این پلیمر بسیار کم است، اگر از مواد هسته گذار استفاده نشود، وقتی نمونه ای نسبتاً بزرگ به آرامی سرد می شود، در آن گویچه‌های نسبتاً بزرگی تشکیل می شود.

گویچه‌ها به وسیله میکروسکوپ نور پلاریزه بین پلاریزه کننده‌های متعامد قابل مشاهده است. گویچه‌ها خود بلور کامل نیستند. گویچه از قسمتهای بلوری و بی نظم ساخته شده است. در آن بر حسب نوع، مولکولها در راستای شعاع گویچه از قسمتهای بلوری و بی نظم ساخته شده است. در آن بر حسب نوع،

مولکولها در راستای شعاع گویچه‌ها، عمود بر شعاع قرار گرفته اند. وقتی فیلم حاوی گویچه‌ها کشیده می شود، هنگام کشش گویچه‌ها از بین می‌روند و فیلم به صورت آرایش یافته در می‌آید. شکل(۴) گویچه‌های به وجود آمده در یک فیلم پلی پروپیلن را که پس از ذوب، به آهستگی سرد شده است نشان می‌دهد.

شکل۴) گویچه ها در فیلم پلی پروپیلن کشیده نشده

دمای تبدیل شیشه‌ای(Tg):
دمای تبدیل شیشه‌ای پلی‌پروپیلن اتاکتیک در محدوده ۱۰-الی ۲۰- درجه سانتیگرادو دمای تبدیل شیشه‌ای پلی پروپیلن ایزوتاکتیک، ۰¬ الی ۳۵ درجه سانتیگراد گزارش شده است، که مقدار آن بستگی به درصد تبلور دارد. دمای تبدیل شیشه‌ای به روش و سرعت اندازه‌گیری بستگی دارد. در سرعت کم اندازه‌گیری، دمای تبدیل شیشه ای کوچکتری ملاحظه شده است. در اندازه گیریهای معمول به طریق گرماسنجی پویشی تفاضلی، دمای تبدیل شیشه‌ای قابل مشاهده نیست.

ریز ساختار:
با اندازه‌گیری تغییر حجم مخصوص یک نمونه پلی پروپیلن بر حسب دما، نسبت مقدار ایزوتاکتیک بلوری، اتاکتیک بی نظم و ایزوتاکتیک غیر بلوری را می‌توان مشخص ساخت. یک نمونه معمولی تجاری ممکن است دارای ۵۰ الی ۶۰ درصد ایزوتاکتیک بلوری، ۲۰الی ۳۰ درصد ایزوتاکتیک غیر بلوری و۱۰الی ۲۰ درصد پلیمر اتاکتیک غیر بلوری باشد. به هر حال باید توجه داشت که درصد بلوری در نمونه‌های مختلف متفاوت است و به عملیات حرارتی بستگی دارد که روی نمونه انجام شده است. چگونگی قرار گرفتن قسمتهای بلوری در کنار قسمتهای بی نظم ریز ساختار را مشخص می کند. ریز ساختارهای ورقه‌ای ،فیبریلی و گویچه ای برای پلی‌پروپیلن مشاهده شده است.

مواد اولیه برای تولید پلی پروپیلن:
مواد اولیه ساخت پلی پروپیلن، دو عنصر کربن و هیدروژن، به پلی پروپیلن به طور مستقیم در سطح وسیع عملی نشده است.صنایع نفت و پتروشیمی پس از سالها کوشش مستمر موفق شدند که گاز پروپان و مشتقات آن را از فرایندهای متفاوت کراکینگ، تسویه و تصفیه و با قیمت مناسب تولید و برای تولید پلی‌پروپیلن در یک صنعت جدید استفاده کنند. کراکینک، فرایند حرارت‌دهی به نفت خام است که در دماهای متفاوت، همراه یا بدون مواد دیگر انجام می شود و حاصل آن، بسیاری از مشتقات نفت مانند سوختها و گازهای مختلف دیگر و از جمله پروپیلن است.

 

روش‌های تولید پلی‌پروپیلن:
این ماده از محصولات پتروشیمی بوده که شش روش ذیل از مهم‌ترین روش‌های تولید پلی‌پروپیلن می‌باشند:
روش اول: تولید پلی‌پروپیلن، شامل هموپلیمر، کوپلیمر راندم، کوپلیمر اصلاح‌شده، توسط روش شرکت «Mitsui ehemical».
روش دوم: تولید کوپلیمر اصلاح‌شده «impact copolymer»، کوپلیمر راندم، و هموپلیمر پروپیلن بوسیله فرآیند گازی «BP Amoco» با استفاده از کاتالیزور مخصوص.

روش سوم: تولید پلی‌پروپیلن با استفاده از تکنولوژی «Borstar».
روش چهارم: تولید پلی‌پروپیلن از نوع کوپلیمر اصلاح‌شده، کوپلیمر راندم و هموپلیمر با استفاده از فرآیند گازی یونیون کار باید «Union carbide Gas unipol Pp».
روش پنجم: تولید پلی‌پروپیلن ، پلی اتیلن راندم و کوپلیمر «impact» با استفاده از پلیمریزاسیون در فاز گاز در یک راکتور لوله‌ای افقی«pluy flow ractor»
روش ششم: تولید پلیمرهای پلی‌پروپیلن از جمله پلیمرهای همگن پلی‌پروپیلن و کوپلیمرهای راندم، فشرده و خیلی فشرده توسط فرآیند«Speripol».
در فرآیند تولید گرانول پلی‌پروپیلن غالباً سه پارامتر «MFI،

Density ،MWD» از اهمیت بالایی در کیفیت محصول برخوردار می‌باشند.
شاخصه های گرانول پلی پروپیلن:
MFI:
شاخصی برای جریان مذاب می‌باشد و نشان‌دهنده وزن مولکولی متوسط پلیمر بوده و با آن رابطه معکوس دارد و هرچه MFI افزایش یابد خواص جریانی و شکل‌پذیری آن بهتر می‌شود و در عین حال خواص مکانیکی آن کاهش می‌یابد. یکی از عوامل مهم بر خواص نوارهای تولیدی، وزن مولکولی پلیمر مصرفی است. از این رو نمودارهای ذیل تاثیر شاخص سیالیت MFI پلی پروپیلن مصرفی را بر تقلیل طول نوارهای تولید شده در و ازدیاد طول در kg5 نیرو ودر هنگام پارگی و همچنین بر استحکام نوار نشان می‌دهد. به طوری که ملاحظه می‌شود با افزایش MFI استحکام و تقلیل طول کاهش یافته اما ازدیاد طول افزایش می‌یابد؛ استحکام بر حسب g/den نشان داده شده است(برای نشان دادن اندازه نخهای نواری از واحد دنیر استفاده می‌شود). بهترین مقدار MFI برای گرانول پلی‌پروپلین ۳ الی ۵/۳ می‌باشد.

شکل۵) نمودارهای تاثیر شاخص سیالیت MFI پلی پروپیلن مصرفی بر تقلیل طول نوارها و ازدیاد طول و همچنین بر استحکام نوار
MWD:
به وزن مولکولی و توزیع آن در پلیمر می‌گویند که بر روی خواص مکانیکی و ویسکوزیته ذوب و قابلیت شکل پذیری پلیمر تاثیر زیادی دارد. با افزایش وزن مولکولی خواصی مانند: مقاومت کششی و مدول الاستیسیته و مقاومت در برابر ضربه و عوامل جوی، افزایش می‌یابد و در عین حال خواصی مانند: ویسکوزیته ذوب و سهولت قالب‌گیری کاهش می‌یابد.

چگالی «Density»:
به نسبت جرم به حجم مواد گفته می‌شود و با میزان بلورینگ و در نتیجه شاخه‌های پلیمری مواد در ارتباط است. با افزایش چگالی، سختی و استحکام افزایش‌یافته اما ضربه‌پذیری و مقاومت در برابر شکست کاهش می‌یابد.

بازیافت پلی‌پروپلین:
مشکل اصلی در بازیافت پلی‌پروپیلن، ناشی از تخریب‌پذیری ساده آن در مدت کاربرد و در طول فرایند تبدیل است. تخریب بیشتر از نوع اکسایشی است. حرارت، تنشهای مکانیکی و نور فرابنفش ساختار و در نتیجه خواص پلی‌پروپیلن را تغییر می‌دهند. ازدیاد طول تاحد پارگی، مقاومت در مقابل ضربه، بیشتر از ویژگیهای دیگر تحت تاثیر قرار می‌گیرند. تغییر رنگ ونازیبا شدن آن نیز موضوعی مورد توجه است.
تخریب:
تمام مواد پلیمری تخریب می‌شوند، لیکن تأثیر نورفرابنفش و تخریب مکانیکی ـ نوری در پلی‌پروپلین، به علت وجود کربن متصل به گروه متیل، شدیدتر است.
تخریب پلی‌پروپیلن از طریق واکنش‌های اکسایشی زیر، که در تمام پلی الفینها مشابه، صورت می‌گیرد:
p-H P+H
P+o2 p-o-o
p-o-o+p-H pooH+p

به طور کیفی واکنش‌های فوق هر گونه تخریبی با منشأ دلخواه را توضیح می‌دهد.
تخریب نوری بیشتر به سطح جسم محدود می شود، در صورتی که تخریب بر اثر عوامل حرارتی و مکانیکی توده داخلی جسم را در بر می گیرد. سرعت تخریب به عوامل متعددی بستگی دارد، بخصوص مقدار تنش، ویژگیهای پلیمر(وزن مولکولی، ساختار فیزیکی) بر سرعت تخریب موثر است. بر اثر تخریب وزن مولکولی پلیمر تغییر می‌کند؛ گروههای اکسیژن‌دار در آن به وجود می آید و بر اثر تغییرات شیمیایی ،ساختار فیزیکی، خواص سیلانی، مکانیکی و الکتریکی پلیمر نیز تغییر می‌کند.

شکل(۶) تغییرات شاخص سیالیتMFI پلی پروپیلن را به صورت بی‌بعد شده، پس از تعداد دفعات استفاده شده، نشان می‌دهد. شاخص سیالیت بی‌بعد شده عبارت است از: نسبتMFI بعد از هر بار کاربرد به MFI پلیمر تازه. در شکل (۶) نقطه با مختصات یک و صفر نشان دهنده ویژگی پلیمری خام نو است و نقطه های با نشانه های ۱،۲ و غیره، مربوط به پلیمری است که یک بار، دو بار و چند بار به کار رفته اند. مقدار MFI بر اثر کاربرد افزایش یافته است که نشان دهنده کاهش

شدید در وزن مولکولی پلیمر حاصل و گسسته شدن مولکولهای زنجیری است. رفتار دو نوع پلیمر نوع قالب‌ریزی و روزن رانی، تقریباً مشابه است، اما در نوع روزن رانی، کاهش در وزن مولکولی مشهودتر است. این اختلاف شاید ناشی از تشدید عملیات حرارتی مکانیکی حین تولید باشد. بر اثر کاهش وزن مولکولی، نمی‌توان پلیمر را دوباره در همان فرایند برای تولید همان قطعات به کار برد. در صنعت، نوع مناسب پلی‌پروپیلن برای روزن رانی، پس از دریافت برای ساخت قطعات تزریقی مصرف می‌شود.

شکل ۶) شاخص سیالیت بی بعد بر حسب دفعات پیاپی استفاده از پلی پروپیلن پایدار نشده(نشانه های توخالی) و پایدار شده‌(نشانه های تو پر)
شکل(۷) ازدیاد طول تاحد پارگی ،باقیمانده همان نمونه‌های فوق را بر حسب تعداد کاربرد نشان می‌دهد. ازدیاد طول تاحد پارگی بعد از هر کاربرد، بشدت کاهش می‌یابد. برای مثال پس از چهار بار روزن رانی، پلیمر سخت کاملاً ترد و شکننده شده است.

شکل ۷) ازدیاد طول تا پارگی بر حسب تعداد دفعات کاربرد برای پلی پروپیلن پایدار نشده(نشانه های توخالی) و پایدار شده‌(نشانه های تو پر)

پایدارسازی:
پایدار کننده‌ها موادی محسوب می‌شوند که اگر به پلیمر اضافه شوند، از شدت تخریب می‌کاهند. از هنگام تجارتی شدن پلی‌پرو‌پیلن تاکنون، پایدار کننده‌هایی با نامهای مختلف و با ترکیبات شیمیایی متفاوت به بازار آمده است. برخی ماندگار شده اند و برخی به دلیل نقص هایشان توانایی ماندگاری نداشتند. در کتابهای مختلفی مانند‍»نمایه جهانی پایدار کننده‌های پلی‌الفینها» نام و مشخصات پایدار کننده‌ها فهرست شده است. از نظر مصرف، پایدار‌کننده‌ها را می‌توان به دو گروه پایدار کننده‌های حرارتی و نوری تقسیم بندی کرد. پایدار کننده‌ها غالباً از مجموعه موادی ساخته می‌شوند که علاوه بر اجرای دو وظیفه، تاثیری مخرب بر یکدیگر ندارند.
تقسیم‌بندی دیگر بر اساس مکانیسم عمل آنهاست که به گروههای تجزیه کننده‌ها،رفت وروب کننده ها ، سردکننده‌ها وغیره تقسیم‌بندی می‌شوند. در شکل های تخریب به طوری که ملاحظه می‌شود این مواد از تخریب شدید پلیمر کاسته‌اند. با اضافه کردن پرکننده‌های معدنی الیاف شیشه، خواص پروپیلن بازیافت شده را می‌توان بهبود بخشید.

این فقط قسمتی از متن مقاله است . جهت دریافت کل متن مقاله ، لطفا آن را خریداری نمایید
word قابل ویرایش - قیمت 9700 تومان در 43 صفحه
97,000 ریال – خرید و دانلود
سایر مقالات موجود در این موضوع
دیدگاه خود را مطرح فرمایید . وظیفه ماست که به سوالات شما پاسخ دهیم

پاسخ دیدگاه شما ایمیل خواهد شد