Polypropylén (PP) je jedným z najpopulárnejších plastových materiálov používaných na celom svete. Je to polokryštalický, pevný termoplast, ktorý bol pôvodne polymerizovaný v roku 1951 a v súčasnosti sa široko používa na rôzne komerčné a rezidenčné účely. S približne 45 metrickými tonami je dnes dopyt po polypropyléne považovaný za najvyšší v histórii.
Niektoré zdroje tvrdia, že tento materiál má v súčasnosti ročný trh s objemom 45 miliónov metrických ton kvôli zvýšenému globálnemu dopytu, ktorý by mal do roku 2020 dosiahnuť 62 miliónov metrických ton.
Okrem toho sa polypropylénové materiály všeobecne považujú za bezpečné, a preto sú vhodné na použitie v rôznych odvetviach. Navyše sú mäkké a flexibilné, vďaka čomu sú vhodné na rôzne účely, ako napríklad na výrobu nádob na jogurty.
Aplikácie PP materiálu
Ako už bolo spomenuté, materiálové vlastnosti PP plastu ho predurčujú na rôzne aplikácie. Hladký a hmatový povrch polypropylénu ho robí ideálnym pre:
- Aplikácie s nízkym trením, ako sú napríklad strojové prevody
- Plastový nábytok
Okrem toho má PP vysokú chemickú odolnosť a preto nie je náchylný na koróziu, čo z neho robí skvelú voľbu na balenie nasledujúcich materiálov:
- Produkty prvej pomoci
- Bielidlá
- Čistiace látky
Okrem toho si PP zaslúžene zaslúži povesť tvrdosti a dlhej životnosti vďaka svojej výnimočnej odolnosti voči únave a flexibilite. Polypropylén má tiež vynikajúce izolačné vlastnosti, vďaka čomu je bezpečný pre plastové puzdrá káblov a elektrických zariadení.
Vo svojej vláknitej forme sa polypropylén môže použiť na oveľa širšiu škálu produktov než len na tašky, ako napríklad:
- laná
- Motúz
- Tape
- Koberce
- Čalúnený nábytok
- oblečenie
- Kempingové vybavenie
Polypropylén sa vďaka svojim vodeodolným vlastnostiam obzvlášť dobre hodí do námorného priemyslu. Jeho flexibilita, vodeodolnosť, pevnosť a odolnosť voči plesniam, baktériám a chemickej korózii sú navyše cenené aj v medicínskom priemysle.
Polypropylén navyše účinne čistí a odoláva sterilizačným technikám parou. Vďaka tomu je PP vhodný na výrobu nasledujúcich zdravotníckych pomôcok:
- Fľaše na vzorky
- Nádoby na lieky
- striekačky
- Petriho misky
Ďalším sektorom, kde sa polypropylén často používa, je automobilový priemysel. Používa sa na výrobu krytov batérií, tácok a držiakov na nápoje, nárazníkov, interiérových doplnkov, prístrojových panelov a obkladov dverí.
Chemické a fyzikálne vlastnosti
Polypropylén má niekoľko vlastností, vďaka ktorým je ideálny pre rôzne aplikácie. Medzi jeho hlavné vlastnosti patria:
- Priepustnosť: Napriek tomu, že polypropylén môže byť priehľadný, zvyčajne sa vyrába s nepriehľadným odtieňom. Aplikácie, kde je prenos svetla kľúčový alebo má estetickú hodnotu, môžu používať polypropylén. Preferovanou možnosťou polymérov s vysokou priepustnosťou svetla sú akryl a polykarbonát.
- Chemická odolnosť: Polypropylén nereaguje ľahko so slabými zásadami a kyselinami, vďaka čomu je ideálnym materiálom pre nádoby obsahujúce kvapaliny, ako sú čistiace roztoky, lieky prvej pomoci a ďalšie.
- Odolnosť proti únave: Aj keď je polypropylén vystavený výraznému krúteniu, ohýbaniu a deformácii, zachováva si svoj tvar. Výroba živých pántov je výhodným využitím tejto vlastnosti.
- Elasticita a húževnatosť: Vo všeobecnosti sa polypropylén považuje za „húževnatý“ materiál, pretože rovnako ako všetky materiály vykazuje elasticitu v určitom rozsahu deformácie, ale v procese deformácie dochádza aj k plastickej deformácii. Schopnosť materiálu deformovať sa (plasticky, nie elasticky) bez zlomenia sa v strojárstve označuje ako húževnatosť.
- Izolácia: Polypropylén je vynikajúci pre elektronické súčiastky vďaka svojmu vysokému elektrickému odporu.
Okrem toho PP nevykazuje žiadne problémy s praskaním pod napätím pri vyšších teplotách a poskytuje vynikajúcu elektrickú a chemickú odolnosť. Hoci sú vlastnosti PP a polyetylénu podobné, existujú medzi nimi určité kľúčové rozdiely.
Materiálové vlastnosti polypropylénu:
Patria sem nižšia hustota, vyššia tuhosť a tvrdosť a vyšší bod mäknutia (PP sa netaví pod 160 °C; polyetylén, obľúbenejší plast, sa žíha pri približne 100 °C). Všetky komerčne vyrábané polypropylénové živice obsahujú prísady na ochranu polyméru počas výroby a zlepšenie výkonu pre koncového používateľa.
Medzi hlavné materiálové vlastnosti PP materiálov teda patria:
- Bod topenia: Teplota topenia homopolymérov sa pohybuje medzi 160 až 165 stupňami Celzia a kopolymérov medzi 135 až 159 stupňami Celzia.
- Hustota: PP je jeden z najľahších polymérov spomedzi všetkých bežných plastov. Vďaka svojim vlastnostiam je dobrou alternatívou pre ľahké aplikácie. Toto sú hustoty rôznych polymérov:
- Homopolymér s hustotou 0.904 až 0.908 g/cm3
- 0.904 až 0.908 g/cm3 pre náhodný kopolymér.
- 0.898 až 0.900 g/cm3 pre kopolymér odolný voči nárazu
- Chemická odolnosť: Ako už bolo spomenuté, PP je vysoko odolný voči chemickým reakciám. Je odolný voči zriedeným a koncentrovaným kyselinám, alkoholom a zásadám. Je tiež odolný voči alifatickým uhľovodíkom, esterom, aldehydom a ketónom. Okrem toho má obmedzenú odolnosť voči oxidačným činidlám, aromatickým a halogénovaným uhľovodíkom a obom.
Následne ho nízky bod topenia robí aj vysoko horľavým.
Druhy polypropylénu
Na trhu sú dostupné dva hlavné typy polypropylénu. Sú to:
Polypropylénový homopolymér
Toto je najčastejšie používaný univerzálny typ. Obsahuje výlučne propylénový monomér, ktorý je prítomný ako polokryštalická pevná látka. Najbežnejšie použitie je v oblasti balenia, textilu, potrubí, zdravotníctva a elektrotechniky.
Polypropylénový kopolymér
Táto rodina obsahuje nasledovné:
- Blokové kopolyméry: V tejto kategórii je vyšší obsah eténu (medzi 5 a 15 %). Komonomérne jednotky sú usporiadané v predvídateľnom vzore (alebo blokoch). Pravidelný vzor preto robí termoplast pevnejším a menej krehkým ako náhodný kopolymér. Tieto polyméry sú vhodné na použitie vrátane priemyselného, ktoré vyžaduje vysokú pevnosť.
- Náhodný kopolymér: Vzniká zmiešaním eténu s propénom za vzniku polyméru. Do polypropylénových reťazcov sú náhodne vložené eténové jednotky, zvyčajne do 6 % hmotnostných. Tieto polyméry sú prispôsobivé a opticky číre, vďaka čomu sú ideálne pre predmety, ktoré musia vyzerať skvele, a pre aplikácie vyžadujúce priehľadnosť.
Zvolený typ závisí od jeho vlastností a vhodnosti.
Deriváty polypropylénu
Tu sú hlavné charakteristické príklady derivátov polypropylénu:
- Expandovaný polypropylén (EPP): Je to pena s uzavretými bunkami a extrémne nízkou hustotou vyrobená z guľôčok. Trojrozmerné polymérne penové výrobky sa vyrábajú s použitím EPP. Guľôčková pena EPP poskytuje lepší pomer pevnosti k hmotnosti, vynikajúcu odolnosť voči nárazu, vynikajúcu tepelnú izoláciu a odolnosť voči chemikáliám a vode.
EPP sa používa v rôznych produktoch a aplikáciách vrátane spotrebného tovaru, obalov, stavebného tovaru a automobilov.
- Biopolypropylén: Ide o bio variant polypropylénu a suroviny používané na výrobu jeho monoméru, bio propylénu, sú obnoviteľné. Bio zložka sa môže pohybovať od 30 % do 100 %.
- Polypropylénový terpolymér: Skladá sa z propylénových segmentov spojených komonomérmi etylénu a butánu, ktoré sa nachádzajú na náhodných miestach pozdĺž polymérneho reťazca.
Transparentnosť PP terpolyméru je lepšia ako u PP homopolyméru. Okrem toho pridanie komonoméru znižuje kryštalickú homogenitu polyméru, vďaka čomu je vhodný na aplikácie v oblasti tesniacich fólií.
Tieto vlastnosti derivátov sú nevyhnutné pre výrobcov, ktorí používajú polypropylén ako komoditný plast.
Výhody polypropylénu
Nasledujú výhody použitia PP materiálu:
- Polypropylén sa extrémne ťažko trhá, pretože dokáže tolerovať krútenie až o 360 stupňov bez prasknutia. Ľahko sa vyrába, má prijateľnú cenu a je široko dostupný v mnohých rôznych krajinách a kultúrach.
- Jeho odolnosť a prispôsobivosť ako obalového materiálu a voľba pre pánty a uzávery fliaš spojené s hlavnou fľašou tenkou vrstvou plastu sú umocnené vysokou chemickou odolnosťou a odolnosťou voči únave.
- Keďže sa dá vyrobiť ako nepriehľadný alebo priehľadný termoplast a použiť tam, kde je potrebný určitý prenos svetla, môže poskytnúť vynikajúcu farebnú rozmanitosť. Vďaka svojej nižšej hustote sa dá použiť v aplikáciách, kde musí byť najvyššou prioritou zníženie hmotnosti.
- Vďaka nepriepustnosti a neuveriteľnej odolnosti voči absorpcii vlhkosti má polypropylén ďalšie výhody balenia a všestrannosť.
- Vďaka svojej vysokej pevnosti v ohybe a polokryštalickej štruktúre je tiež odolný voči všeobecnému opotrebovaniu, vďaka čomu je ideálny pre výrobky, ktoré musia odolávať výraznejšiemu fyzickému namáhaniu.
- Okrem toho je odolný voči baktériám, hnilobe, plesniam a hubám.
Tieto výhody sú nevyhnutné pri rozhodovaní o tom, či použiť PP materiál alebo nie.
Nevýhody polypropylénu
Hoci je PP materiál vo všeobecnosti skvelý na použitie v rôznych odvetviach, má aj určité nevýhody, ako napríklad:
- Neschopnosť polypropylénu ľahko recyklovať je hlavnou nevýhodou, pokiaľ ide o ochranu životného prostredia a svetových zdrojov.
- Pri horení prechádza nezvratnou chemickou zmenou.
- Polypropylén, ktorý sa už roztavil a sformoval, by pri opätovnom zohriatí horel; opäť by sa neskvapalnil.
- Pri použití PP materiálu je potrebné zvážiť podstatne drahšie techniky recyklácie alebo recyklácie.
- Vďaka nízkemu bodu topenia je polypropylén tiež vysoko horľavý, má obmedzenú toleranciu voči vyšším teplotám a je náchylný na oxidáciu a poškodenie UV žiarením.
- Hoci lesklý povrch polypropylénu uľahčuje manipuláciu a je esteticky krásny, zároveň sťažuje priľnavosť k iným povrchom a materiálom, ako sú farby a lepidlá.
- Polypropylén nemožno použiť na výrobu spoja alebo pántu bez alternatívnych spájacích techník, ako je zváranie.
Preto je potrebné pri výbere materiálu na použitie v rôznych aplikáciách zvážiť aj nevýhody polypropylénu.
Bezpečnosť a toxicita polypropylénu
Hoci sa polypropylén vyrába s použitím niektorých potenciálne škodlivých chemikálií, zvyčajne sa považuje za bezpečný hotový výrobok. Často sa používa v plastových obaloch na potraviny, nápoje a zdravotnícke potreby.
Výrobky z polypropylénu sa dajú bezpečne opätovne použiť a sú dostatočne odolné, aby vydržali bežné opotrebovanie pri mnohých použitiach, a to aj napriek tomu, že sa kvôli problémom v procese recyklácie všeobecne nepovažujú za ekologický materiál.
Polypropylén sa kvôli svojej bezpečnosti používa na výrobu nasledujúcich položiek:
- Nádoby na potraviny
- Detské fľaše
- Poháre na horúce nápoje
- Jednorazové príbory, ako sú poháre a taniere
- steblá
Podľa výskumu, keď sa plast poškriabe alebo zahreje, chemikálie z nádob, tanierov a fliaš unikajú do jedál. Polypropylén je menej škodlivý ako iné plasty, pretože neobsahuje bisfenol A alebo BPA, ako je populárnejšie známy.
BPA, syntetický estrogén, sa používa v tuhých plastoch namiesto pružnejších, ako je polypropylén.
Spracovanie polypropylénu
Existuje niekoľko metód spracovania polypropylénu, ako napríklad vstrekovanie plastov, vyfukovanie plastov, extrúzia a 3D tlač.
Vstrekovanie plastov
Počas procesu vstrekovania polypropylénu sa teplota taveniny nastavuje medzi 200 až 300 °C a 10 až 80 °C pre formu. Vysoká teplota formy zvýši jas a krásu dielu.
Pri správnom skladovaní nie je potrebné sušenie. Zmršťovanie formy sa navyše pohybuje od 1.5 do 3 % v závislosti od podmienok spracovania, reológie polyméru a hrúbky hotového výrobku.
Vytláčanie
Tento proces sa používa na výrobu káblov, rúrok a fólií vyrobených metódou fúkania a liatia. Teplota topenia musí byť v rozmedzí 200 – 300 °C s kompresným pomerom valca 3:1 a teplotami 205 až 180 °C. Po dokončení by sa diely mali namiesto trojhodinového predsušenia pri teplote 105 – 110 °C (221 – 230 °F) umiestniť na opätovné brúsenie.
3D Tlač
Polypropylén je pevný a pevný materiál, ktorý sa ťažko tlačí v 3D, ale jeho komponenty sa stále dajú manipulovať.
Dnes množstvo výrobcov vylepšilo fyzikálne vlastnosti PP alebo dokonca vyvinulo zmesi so zvýšenou húževnatosťou, vďaka čomu je vhodný pre 3D tlač.
Preto sa pri 3D tlači s polypropylénom odporúča starostlivo si preštudovať dokumentáciu dodávateľa týkajúcu sa teploty tlače, tlačovej podložky atď.
3D tlač sa dá použiť na výrobu nasledujúcich polypropylénových výrobkov:
- prototypy
- Zložité modely
- Funkčné modely
Chemický vzorec na zmiešanie polypropylénu s inými látkami, aby bol vhodný na 3D tlač, však musí byť presný.
Prečo je polypropylén populárny
Polypropylén sa používa v domácnostiach aj v komerčných priestoroch. Vďaka svojim špeciálnym vlastnostiam a schopnosti prispôsobiť sa rôznym výrobným technikám je cenným materiálom pre rôzne využitie.
Dvojitá funkčnosť polypropylénu ako plastu a vlákna je ďalšou dôležitou vlastnosťou (ako tie reklamné tašky, ktoré sa rozdávajú na podujatiach, pretekoch atď.).
Keďže polypropylén sa dá vyrábať rôznymi spôsobmi a na rôzne účely, rýchlo začal nahrádzať mnohé tradičné alternatívy, najmä v sektoroch obalov, vlákien a vstrekovania plastov. V priebehu rokov si udržal svoju expanziu a stále je významným účastníkom globálneho obchodu s plastmi.
Záver
Polypropylén sa často zamieňa s plastom. Hlavný rozdiel medzi polypropylénom a plastom je však v tom, že zatiaľ čo plast je zvyčajne nepriehľadný, z polypropylénu je možné vyrobiť krištáľovo priehľadný materiál. Napríklad pri výbere materiálu na tašku na balenie predmetu často zohľadňujeme vlastnosti materiálu.
Ak chceme produkt vystaviť, potrebujeme úplne priehľadné vrecko. V tejto situácii nie sú plastové vrecká rozumným riešením, pretože sú nepriehľadné. Polypropylén však zostáva jedným z najlepších materiálov na toto použitie.
