پایان نامه مقطع کارشناسی
رشته صنایع نساجی
سال 1388
فصل اول
مقدمه:
از زمان‌هاي گذشته همواره بشر جهت حمل‌ونقل بسياري از كالاها احتياج به چيزي داشته است تا آن را بسته‌بندي نموده و به سهولت جابجا نمايد. از اين‌رو كيسه‌هاي بافته‌شده يكي از اين بسته‌بنديها مي‌باشند كه در زمان‌هاي گذشته از جنس كنف بوده (كه البته هنوز هم در مواردي كاربرد دارند) و با پيشرفت علم و تكنولوژي و ورود پليمر به دنياي صنعت و نساجي به تدريج جاي خود را به كيسه‌هاي بافته‌شده از جنس پليپروپيلن داده‌اند.كيسه هاي پلي پروپيلن يكي از اقلام پر مصرف در صنايع بسته بندي در همه كشورها و از جمله ايران مي باشد كه مصرف آن از يك سو بدلیل افزايش جمعيت واز سوي ديگر بدلیل پيدايش كاربردهاي جديد رو به افزايش است.
شكل 1) مصارف كيسه هاي پلي پروپيلن در صنعت بسته بندي
پليپروپيلن، پليمري چند منظوره با خواصي جالب توجه براي كاربردهاي متفاوت است. اين پليمر همراه با پيشرفت علوم و فنون مختلف با كمك پژوهشهاي علمي به وجود آمده و به كمك پژوهشهاي علمي ،خواص آن بهبود يافته است.
شواهد به دست آمده در دهه‌هاي 1330 و 1340 شمسي نشان داد خواص فيزيكي و عمومي مواد پليمري بشدت وابسته به ساختار فيزيكي است. ساختار فيزيكي جداي از ساختار و تركيب شيميايي است و نشان‌دهنده چگونگي قرار گرفتن ملكول‌هاي زنجيري در ماده پليمري است. يك پليمر با وزن ملكولي و توزيع وزن ملكولي مشخص مي‌تواند خواص فيزيكي (ضربه‌پذيري، شكنندگي، چقرمگي، سختي، قابليت كش آمدن) متفاوتي داشته باشد. اين تفاوت در خواص در اثر چگونگي قرار گرفتن ملكول‌هاي زنجيره‌اي نسبت به هم و نسبت به يك راستاي معين است كه ساختار فيزيكي را تعيين مي‌كند و به نظر مي‌رسد با توسعه دانش در اين زمينه در آينده امكان به وجود آمدن تنوع در خواص ساخته‌هاي پلي‌پروپيلني پديدار شود. در سالهاي گذشته روش‌هاي توليد پليپروپيلن از محصولات پتروشيمي پيشرفتهاي جالب توجهي داشته است. ليكن هنوز سرمايه‌گذاري قابل توجهي لازم است تا محصول مناسبي توليد شود.
دستگاههاي تبديل گرانول پليپروپيلن به قطعات فيلم و الياف در حال توسعه و تكامل‌اند. تكامل اين دستگاهها به طور عموم در افزايش سرعت توليد و كاهش انرژي مصرفي است.
آشنايي با پليپروپيلن(Poly propylene) :
پليپروپيلن ماده‌اي سبك، با جرم مخصوص كمتر از آب است که از پليمر شدن گاز پروپيلن به دست مي آيد. پلي پروپيلن در برابر رطوبت، روغن‌ها و حلا لهاي معمولي مقاوم است. اين ماده به صورت جامد سفيد رنگ شفاف مي‌باشد كه در حلال‌هاي سرد نامحلول و در دي‌كالين داغ، تترالين داغ و تتراكلرواتان جوشان محلول است. همچنين قابل احتراق است. پليپروپيلن داراي نقطه ذوب 171-168 درجه سانتيگراد و وزن مولكولي بيشتر از 000/40 مي‌باشد. پليپروپيلن از خانواده پلاستيك‌ها بوده و از نوع گرمانرماها يا ترموپلاستيك‌ها Thermoplastics بشمار مي‌آيد و داراي چگالي مابين مي‌باشد.فرمول شيميايي پليپروپيلن به این صورت است.
مشخصات شيميايي پليپروپيلن:
دماي ذوب:
دماي ذوب يا محدوده دماي ذوب پلي پروپيلن، بسته به ساختار شيميايي و خلوصش، در نظم فضايي مولکولی آن متغير است. وجود كومونومرها با نبود نظم فضايي مولكولها، موجب كاهش دماي ذوب يا وسيع شدن محدوده ذوب مي شود. به طور كلي دماي ذوب پليمرهاي تصادفي، كمتر از دماي ذوب پليمر خالص و بيشتر از كوپليمر تصادفي است. دماي ذوب تعيين شده، به روش اندازه‌گيري آن بستگي دارد. با روش حجم سنجي، دماي ذوب پلي پروپيلن تعيين شده است در حالي كه با روش گرماسنجي پويشي تقاضلي (DSC)دماي ذوب تعيين شده است. تغيير سرعت گرم كردن، موجب تغيير چند درجه‌اي در دماي ذوب مي‌شود.
درشكل (2 ) نمودار حاصل از گرماسنجي پويشي تفاضلي پلي پرو پيلن تجارتيs 730 نشان داده شده است. در اين اندازه گيري، دما بين 250-25 درجه سانتيگراد و با سرعت ده درجه در دقيقه تغيير داده شده است. دماي ذوب آن 171 درجه سانتيگراد تعيين شده است.
شكل 2) نمودار حاصل از گرماسنجي پويشي تفاضليDSC پلي پرو پيلنs 730 تجارتي
تبلور:
مولكولهاي زنجيره‌اي پلي پروپيلن ايزوتاكتيك بلوري به شكل مارپيچ است، كه سه مونومر در هر حلقه مارپيچ قرار دارد. شكل3 ، شكل فضايي مولكول را نشان مي دهد. هر واحد تكرار
شونده داراي طول 6.5 درجه است. گروههاي متيل به طور متقارن در اطراف مارپيچ قرار گرفته و زاويه بين آنها تقريباً 120 درجه است. اين نظم ساختاري، به وجود آمدن سلولهاي واحد با تنگ چين مونوكلينيك را ممكن مي سازد.
شكل 3) شكل فضايي مولكولهاي پلي پروپيلن در يك واحد بلوري
ساختار بلوري به وجود آمده در پلي پروپيلن به شرايط محيط، دما، تنش و نوع هسته گذارها بستگي دارد. به تنگچين مونوكلينيك، شكل آلفا (a) گفته مي شود. البته شكلهاي ديگري براي پلي پروپيلن بلوري به نامهاي بتا (B) و گاما () نيز وجود دارد.
درصد تبلور پلي پرو پيلنهاي توليد شده معمولاً 60-45 درصد است. با حرارت دادن در دماي 155-145 درجه سانتيگراد پلي پروپيلن ايزوتاكتيك متبلور مي شود. وجود كومونومرها موجب تغيير دماي متبلور شدن مي‌شود. انواع مواد هسته گذار موجب تغيير دماي متبلور شدن مي گردند. مواد هسته گذار مانند اسيد بنزوييك، دماي متبلور شدن را به 140-130مي رساند. تمام هسته گذارها موجب افزايش سرعت متبلور شدن مي گردند،که این باعث می شود تعداد گويچه‌ها افزايش يابد و اندازه آنها كوچك شود.
در محدوده دمايي متبلور شدن، با كاهش دما سرعت متبلور شدن افزايش مي يابد؛ اما در دمايي كمتر از سرعت بشدت كاهش مي يابد، بنابراين اگر پليمر درحالت مذاب به سرعت سرد شود، تبلور كمي به وجود مي آيد و اندازة گويچه‌ها كوچك مي شود. چون قابليت انتقال دادن حرارت در اين پليمر بسيار كم است، اگر از مواد هسته گذار استفاده نشود، وقتي نمونه اي نسبتاً بزرگ به آرامي سرد مي شود، در آن گويچه‌هاي نسبتاً بزرگي تشكيل مي شود.
گويچه‌ها به وسيله ميكروسكوپ نور پلاريزه بين پلاريزه كننده‌هاي متعامد قابل مشاهده است. گويچه‌ها خود بلور كامل نيستند. گويچه از قسمتهاي بلوري و بي نظم ساخته شده است. در آن بر حسب نوع، مولكولها در راستاي شعاع گويچه از قسمتهاي بلوري و بي نظم ساخته شده است. در آن بر حسب نوع، مولكولها در راستاي شعاع گويچه‌ها، عمود بر شعاع قرار گرفته اند. وقتي فيلم حاوي گويچه‌ها كشيده مي شود، هنگام كشش گويچه‌ها از بين مي‌روند و فيلم به صورت آرايش يافته در مي‌آيد. شكل(4) گويچه‌هاي به وجود آمده در يك فيلم پلي پروپيلن را كه پس از ذوب، به آهستگي سرد شده است نشان مي‌دهد.
شكل4) گويچه ها در فيلم پلي پروپيلن كشيده نشده
دماي تبديل شيشه‌اي(Tg):
دماي تبديل شيشه‌اي پليپروپيلن اتاكتيك در محدوده 10-الی 20- درجه سانتيگرادو دماي تبديل شيشه‌اي پلي پروپيلن ايزوتاكتيك، 0 الی 35 درجه سانتيگراد گزارش شده است، كه مقدار آن بستگي به درصد تبلور دارد. دماي تبديل شيشه‌اي به روش و سرعت اندازه‌گيري بستگي دارد. در سرعت كم اندازه‌گيري، دماي تبديل شيشه ای كوچكتري ملاحظه شده است. در اندازه گيريهاي معمول به طريق گرماسنجي پويشي تفاضلي، دماي تبديل شيشه‌اي قابل مشاهده نيست.
ريز ساختار:
با اندازه‌گيري تغيير حجم مخصوص يك نمونه پلي پروپيلن بر حسب دما، نسبت مقدار ايزوتاكتيك بلوري، اتاكتيك بي نظم و ايزوتاكتيك غير بلوري را مي‌توان مشخص ساخت. يك نمونه معمولي تجاري ممكن است داراي 50 الی 60 درصد ايزوتاكتيك بلوري، 20الی 30 درصد ايزوتاكتيك غير بلوري و10الی 20 درصد پليمر اتاكتيك غير بلوري باشد. به هر حال بايد توجه داشت كه درصد بلوري در نمونه‌هاي مختلف متفاوت است و به عمليات حرارتي بستگي دارد كه روي نمونه انجام شده است. چگونگي قرار گرفتن قسمتهاي بلوري در كنار قسمتهاي بي نظم ريز ساختار را مشخص مي كند. ريز ساختارهاي ورقه‌اي ،فیبریلی و گویچه ای براي پليپروپيلن مشاهده شده است.
مواد اوليه براي توليد پلي پروپيلن:
مواد اولية ساخت پلي پروپيلن، دو عنصر كربن و هيدروژن، به پلي پروپيلن به طور مستقيم در سطح وسيع عملي نشده است.صنايع نفت و پتروشيمي پس از سالها كوشش مستمر موفق شدند كه گاز پروپان و مشتقات آن را از فرايندهاي متفاوت كراكينگ، تسويه و تصفيه و با قيمت مناسب توليد و براي توليد پليپروپيلن در يك صنعت جديد استفاده كنند. كراكينك، فرايند حرارت‌دهي به نفت خام است كه در دماهاي متفاوت، همراه يا بدون مواد ديگر انجام مي شود و حاصل آن، بسياري از مشتقات نفت مانند سوختها و گازهاي مختلف ديگر و از جمله پروپيلن است.
روش‌هاي توليد پليپروپيلن:
اين ماده از محصولات پتروشيمي بوده كه شش روش ذيل از مهم‌ترين روش‌هاي توليد پليپروپيلن مي‌باشند:
روش اول: توليد پليپروپيلن، شامل هموپليمر، كوپليمر راندم، كوپليمر اصلاح‌شده، توسط روش شركت «Mitsui ehemical».
روش دوم: توليد كوپليمر اصلاح‌شده «impact copolymer»، كوپليمر راندم، و هموپليمر پروپيلن بوسيله فرآيند گازي «BP Amoco» با استفاده از كاتاليزور مخصوص.
روش سوم: توليد پليپروپيلن با استفاده از تكنولوژي «Borstar».
روش چهارم: توليد پليپروپيلن از نوع كوپليمر اصلاح‌شده، كوپليمر راندم و هموپليمر با استفاده از فرآيند گازي يونيون كار بايد «Union carbide Gas unipol Pp».
روش پنجم: توليد پليپروپيلن ، پلي اتيلن راندم و كوپليمر «impact» با استفاده از پليمريزاسيون در فاز گاز در يك راكتور لوله‌اي افقي«pluy flow ractor»
روش ششم: توليد پليمرهاي پليپروپيلن از جمله پليمرهاي همگن پليپروپيلن و كوپليمرهاي راندم، فشرده و خيلي فشرده توسط فرآيند«Speripol».
در فرآيند توليد گرانول پليپروپيلن غالباً سه پارامتر «MFI،
Density ،MWD» از اهميت بالايي در كيفيت محصول برخوردار مي‌باشند.
شاخصه هاي گرانول پلي پروپيلن:
MFI:
شاخصي براي جريان مذاب مي‌باشد و نشان‌دهنده وزن مولكولي متوسط پليمر بوده و با آن رابطه معكوس دارد و هرچه MFI افزايش يابد خواص جرياني و شكل‌پذيري آن بهتر مي‌شود و در عين حال خواص مكانيكي آن كاهش مي‌يابد. يكي از عوامل مهم بر خواص نوارهاي توليدي، وزن مولكولي پليمر مصرفي است.
4-3 منابع فارسی:
1)م. حقیقت کیش ، کتاب "پلي پروپيلن"،انتشارات انجمن پليمر ايران، 1381
2) ح. طاهری ،کتاب " آشنايي با محصولات پتروشيمي"، انتشار شركت گسترش صنايع پايين دست پتروشيمي
4-4 منابع انگلیسی:
3- M. Nomura , N. Sugi , T. Tanka , K. Hara “polypropylene composit” , United State Patent No. 4407986,1991
4-S. Calle , P. Ontale “ Evoluttionss of efficiency & pressure drop of filter media during clogging & cleaning cycles” , powder technology , 2002 5- S.Ima, E.Shiratani,” polypropylene film”, United State Patent No. 566453, 1998
6-M.G.L in” polypropylene wicker for weaving a bag” United State Patent No. 655434, 2004
7-Z. Demjen,B. Pukanszky “Evaluation of Interfacial interaction in PP Surface Treated CaCo3 Composite” Elsevier Journal,1998
8-P. Rungruang , B. P, Grady “Surface Modified Calcium Carbonate Particles by Admicellar Polymerization to be Used as Filler for Isotactic Polypropylene” ,colloids & surface A , 2006,page 114-125
9-S.F.Xaveir,J.M. Schultz ’Polypropylene Composition’J. thermoplastic composite materials,21,113,1996
10-M.E. Yazdanshenas ,H. Sherafat’Effect of filteration on productivite & quality of propylene BCF yarn’5th international Istanbul textile conference,2005
11-Chi Ming,Jingshen, ‘polypropylene-Calcium Carbonate Nano composites ’polymer & plastic Journal,25,257,2003
12- Q.C Zhang ,Z. Yu, 'Crystallization and Impact Energy of Polypropylene/CaCo3 Nanocomposites with Nonionic Modifier',Polymer,45,5985-5994,2002
13-K.Premphet ,P. Horanont ,'phase structure of Ternary Polypropylene/Elastomer/Filler composite 'Polymer ,41,9283-9290,2004
14-J. Karger 'Polypropylene an A-Z Reference, Kluwer Academic Publishers,136-2004
15-C. M. Chan, 'Effect of Sodium Dodecyl Sulfate on the Surface of CaCo3 "\'Polymer ,43 , 3321-3329,2002
16- T. Pongprayoon , N. Yanumet, 'History of Polypropylene' ,Interface Science , 42,873-878,1997
17-W.C,J. Westzaan , J. Gaymans, ' Toughening of Polypropylene with Calcium Carbonate Particles,Polymer ,43 , 3661-3674 , 2002
18-Y. Li ,Q. Rang , A study of Internal Friction in Polypropylene Filled with Nanometer Scale Caco3 Particles , Materials Science & Engineering , A,370-379,2004
19-www.sml.com
20-www.hengli.com
21-www.microfilterx.com
22-www.swfilters.com
23-www.porvairfilteration.com
24-Autoscreen filter brochure from SML lenzing