اختصاصی بسپار/ مروری بر توسعه‌‌ی فرایند تولید پلی‌‌پروپیلن

بسپار/ایران پلیمر پلی‌‌پروپیلن (PP) ماده‌‌ی اولیه‌‌ی محصولات پلاستیکی معمول است و به دلیل داشتن خواص عالی مانند سفتی، مقاومت در برابر گرما و فرایند‌‌پذیری و هم‌‌چنین چگالی کم با قیمت به نسبت کم، به طور گسترده در بسیاری از زمینه‌‌های کاربردی از جمله فیلم‌‌های بسته‌‌بندی، قطعات صنعتی و کالاهای گوناگون استفاده شده است. تقاضای پیوسته‌‌ی بازار برای عملکرد بهتر، به ویژه اخیرا، بهبود فرایند‌‌های تولید PP با ایده‌‌های جدید را برانگیخته است. این مقاله مروری که بیشتر بر اساس اطلاعات منتشر شده در پژوهش‌‌ها و ثبت اختراع‌‌ها است، خلاصه‌‌ای از تاریخچه‌‌ی توسعه‌‌ی فرایند‌‌های تولید PP و مقدمه‌‌ای بر پیشرفت‌‌های اخیر آن، از جمله فناوری‌‌های شرکت Sumitomo Chemical، را توصیف می‌‌کند.

مقدمه

پلی‌‌پروپیلن (PP) دارای خواص فیزیکی از جمله چگالی کم، صلبیت، مقاومت در برابر گرما و کارایی زیادی است. علاوه بر این، از آن‌‌جایی که هزینه به نسبت کمی دارد، در کاربردهای مختلفی مانند فیلم‌‌ها، قطعات صنعتی ماشین‌‌ها، مبلمان و مانند آن‌‌ها و کالاهای گوناگون استفاده می‌‌شود. بیش از 50 سال از سال 1954 می‌‌گذرد، زمانی که G. Natta و همکاران ایتالیاییِ آن در سنتز PP با وزن مولکولی زیاد و بسیار بلورین موفق شدند و کل تقاضای جهانی برای PP در حال حاضر به مقدار تقریبا 47 میلیون تن رسیده است (پیش‌‌بینی برای سال 2008 است). با این حال، جایگزینی سایر مواد و بسپار‌ها بیش از پیش، پیشرفت می‌کند و با حرکت رو به جلو پیش‌بینی می‌شود که بالاترین سرعت رشد در بین بسپار‌های چند منظوره (general purpose)، با میانگین حدود 6 درصد در سال، را داشته باشد.

این شکوفایی بازار PP با پیشرفت‌های بزرگ و ساده‌سازی در فرایند تولید که با جهش در عملکرد یاریگر (کاتالیزگر) انجام شده بود، پشتیبانی می‌‌شود. علاوه بر این، به جز ویژگی‌‌های خود PP که در بالا توضیح داده شد، این حقیقت که در دما‌‌های کم از طریق هم‌‌بسپارش با اتیلن و سایر آلفا اُلفین‌‌ها بهبود‌‌های زیادی در شفافیت و مقاومت در برابر ضربه ایجاد شده، احتمالا یک عامل مهم بوده است. با افزایش سطح نیاز‌‌های کیفیتی در سال‌های اخیر، ایده‌‌ها و تدابیر مختلفی در فرایند تولید PP در نظر گرفته شده‌اند. در این مقاله، خلاصه‌ای از تغییرات و وضعیت فعلی فرایند تولید PP را بر اساس اطلاعات موجود در پژوهش‌‌ها و ثبت اختراع‌‌های مهم همراه با فناوری‌های توسعه‌یافته توسط شرکت Sumitomo Chemical آورده شده است.

تغییرات در فرایند تولید PP

فرایند تولید PP عمدتا از فرایند پالایش مواد اولیه، فرایند بسپارش، فرایند پس‌فراوری (aftertreatment) و فرایند دانه‌‌سازی (granulation) تشکیل شده است. فرایند پالایش مواد اولیه، قدیمی‌‌ترین فرایند بالادستی است و فرایندی برای حذف مقادیر جزئی ناخالصی‌هایی است که بر فرایند تاثیر می‌گذارند، مانند: آب، اکسیژن، مونوکسید کربن، دی‌‌اکسید کربن، سولفید کربونیل و پروپیلن و سایر تکپارها و هم‌‌چنین حلال‌‌ها و سایر مواد اولیه و مواد کمکیِ مورد استفاده. علاوه بر این، این فرایند ممکن است در یک کارخانه تولید مواد اولیه واقع در بالادست کارخانه تولید PP راه‌اندازی شود، اما در هر صورت این فرایند، در اساس برای پایداری فرایند کلی ضروری است. طی فرایند بسپارش، پروپیلن و در صورت لزوم اتیلن و سایر تکپارها را با یک یاریگر دارای فعالیت بسپارشی در تماس قرار می‌‌دهد. اکثر یاریگرهای صنعتی مهم به صورت ریزدانه‌‌ هستند. یاریگرهای مهم عمدتا به شکل ذرات دوم یا سوم (secondary or tertiary particles) در حد چند ده میکرون هستند که حاصل تجمع مولکول‌های اولیه با قطر چند صد آنگستروم هستند. واکنش بسپارش در نقاط فعال ذرات یاریگر رخ می‌‌دهد و PP پس از شکل‌‌گیری رسوب می‌‌کند و یاریگر به ذرات اولیه تقسیم می‌‌شود. با این حال، انحرافات کمی در شکل یاریگر وجود دارد و این‌‌گونه ذرات PP شبیه به شکل یاریگر کلوخه‌‌ای اولیه شکل می‌‌گیرند. فرایند پس‌فراوری، فرایندی است برای از بین بردن باقی‌‌مانده‌‌ی یاریگر، حلال و بسپارهای بی‌‌آرایش (atactic polymers)، (AP: بسپارهای غیربلورین که در آن گروه‌‌های متیلِ واحدهای پروپیلن به‌‌طور نامنظم روی زنجیر قرار گرفته‌‌اند)، که اجزای غیرضروریِ حاصل شده از فرایند بسپارش ذرات PP هستند. از این رو، عملیات حذف یاریگر به نام deashing (خاکسترزدایی) شناخته می‌‌شود.

علاوه بر این، هنگامی که یک حلال در فرایند بسپارش استفاده می‌‌شود، فرایندی برای بازیابی و خالص‌‌سازی (purifying) آن نیز در نظر گرفته می‌‌شود. فرایند ریزدانه‌‌سازی قدیمی‌‌ترین فرایند پایین دستی است که فرایندی است برای ذوب و آمیختنِ افزودنی‌‌ها و پرکننده‌‌ها به ذرات PP که پس از فراورش و تشکیل دانه‌‌ها قرار گرفته است.

در سال‌های اخیر، مواردی وجود دارد که ذرات PP با قطر بزرگ از طریق بهبود عملکرد یاریگر، روش‌های توزیع پایدار‌کننده و غیره مستقیما و بدون دانه‌‌سازی ارسال می‌شوند. با این حال، این هنوز به چند نمونه محدود می‌شود و به نقطه‌‌ی حذف کامل فرایند دانه‌‌سازی نرسیده است. علاوه بر این، انبارش، بسته‌‌بندی و حمل و نقل و غیره، در پایین دستِ کارخانه‌‌های تجاری ضروری هستند، اما از آن‌‌جایی که آن‌‌ها منحصر به فرایند‌‌های تولید PP نیستند، در این مقاله به آن‌‌ها اشاره نخواهد شد.

از میان این فرایندها، پیشرفت‌های ویژه‌ای در ساده‌سازی فرایند پس‌فراوری صورت گرفته است، به طوری که می‌توان آن‌‌ها را به عنوان نماینده‌‌ای از پیشرفت‌ها در فرایندهای تولید شیمیایی بیان کرد. فرایند تولید PP را با توجه به پیشرفت‌‌ها در این فناوری می‌‌توان به سه نسل تقسیم کرد، نسل اول (خاکسترزادیی و حذف بسپار بی‌‌آرایش یا AP)، نسل دوم (بدون خاکسترزادیی یا بدون حلال) و نسل سوم (بدون خاکسترزادیی و بدون حذف AP). علاوه بر این، طبقه‌‌بندی را می‌‌توان با توجه به روش‌‌های بسپارش فرایندهای حلالی، فرایندهای بسپارش توده‌‌ای و فرایندهای بسپارش فاز بخار انجام داد. شکل 1 تغییرات فرایندهای تولید PP را نشان می‌‌دهد که بر اساس نماینده‌‌ای از فرایندهای بسپارش مورد نیاز از هر نسل مرتب شده‌‌اند. علاوه بر این، قدیمی‌‌ترین فرایند بالادستی پالایش مواد اولیه و فرایند پایین دستی ریزدانه‌‌سازی، که اساسا در همه‌‌ی این فرایندها مورد نیاز است، در شکل 1 حذف شده است.

برگردان: مهندس زهرا زارعی[email protected]

(ادامه دارد …)

متن کامل این مقاله را در شماره 245 ماهنامه بسپار که در نیمه اسفند ماه 1401 منتشر شده است، بخوانید.

در صورت تمایل به دریافت نسخه نمونه رایگان و یا دریافت اشتراک با شماره های ۰۲۱۷۷۵۲۳۵۵۳ و ۰۲۱۷۷۵۳۳۱۵۸ داخلی ۳ سرکار خانم ارشاد تماس بگیرید. نسخه الکترونیک این شماره از طریق طاقچه  و  فیدیبو  قابل دسترسی است.