Polipropilen

Polipropilen

Polipropilen ilk olarak 1950 yıllarında Karl Ziegler ve Giulio Natta tarafından, propilenin Ziegler-Natta katalizörleri kullanılarak polimerizasyonuyla elde edilmiştir. 1980’li yıllarda metalosen katalizörlerinin geliştirilmesi ve 1991 yılında ticari bir katalizör olarak kullanılmaya başlanmasıyla birlikte, sindiyotaktik polipropilen üretimi de başlamıştır.

Propilenden polipropilen oluşumu:

Polipropilenin teknik değerleri:

Genel Özellikler	Birim	Değer
Özgül Ağırlık	gr/cm³	0,92
Su emme (doymuş)	%	0,1
Çekme Dayanımı	Kg/cm²	300
Elastik Modül	MPa	1250
Kopma Uzaması	%	>50
Darbe Dayanımı (İzod, çentikli)	Kj/m2	7
Sertlik	Shore D	70
Maksimum Sürekli Çalışma Sıcaklığı	°C	100
Minimum Sürekli Çalışma Sıcaklığı	°C	5
Isı Genleşme Katsayısı	°C-1	1.6x10-4
Dielektrik Dayanımı	Kv/mm	55
Erime Sıcaklığı	°C	160 – 170
Erime Isısı	cal/g	21
Yoğunluk	g/cm³	0,90 – 0,929
Özgül Isı	cal/ g °C	0,46
Bozunma Sıcaklığı	°C	0,46
Nem Tutma	%	0,1

Polipropilen, kimyasal solventlere (asit ve bazlar) ve yorulmaya karşı çok iyi direnç gösterir. Asitlerin, bazların ve tuzların sulu çözeltilerinden etkilenmez, alkol ve deterjanlara karşı da dayanıklıdır. Yüksek sıcaklıklarda yağlarda, aromatik hidrokarbonlarda, holojenli hidrokarbonlarda şişme yapar. Isı, ışık ve yükseltgenlerden polietilene göre daha fazla etkilenir. Bu yüzden polipropilen üretim aşamasında antioksidanlar ve ultraviyole ışık absorblayıcılarla stabilize edilir.

Polipropilen (PP), asimetrik propilen monomerinin iki karbon atomunun arasındaki çift bağların ayrılmasıyla üretilen lineer bir makromoleküldür. Ana zincir karakteristiği polimerizasyon tekniği, polimerizasyon koşulları ve kullanılan katalizör sistemiyle belirlenir. Katalizör tipinin yanı sıra katalizör desteği, dış ve iç donörler kompozisyonu ve hatta makromolekül konfigürasyonunu etkiler. PP de asimetrik propilen monomeri sebebiyle ana zincir iskeleti boyunca metil gruplarının farklı konfigürasyonları (taktisite) mümkündür. Düşük maliyetlidir ve iyi bir darbe dayanımı vardır. Sürtünme katsayısı düşüktür ve çok iyi elektrik yalıtımı sağlar. Tüm termoplastik işleme prosesleri için uygundur. Ancak bazı dezavantajları vardır: UV ışını dayanımı azdır, yüksek termal genleşme gösterir, boya ve kaplaması zordur, dış hava şartlarına dayanımı azdır, oksitlenmeye açıktır ve yanıcı olup klor içeren solventler ile etkileşime girer.

Polipropilen, RCH=CH₂ genel formülüyle tanımlanan monomerlerden üretilen bir polimerdir. Bu polimer, monomerlerinin özel yapıları nedeniyle, Ziegler-Natta ve/veya metalosen gibi özel katalizörler eşliğinde üretildiğinde stereoregüler yapı gösterirler. Stereoregüler polimerler (veya stereospesifik polimerler de denir), izotaktik, ataktik veya sindiyotaktik polimerlerdir. Stereo tekrar birimi, polimer molekülünün ana zincirindeki izomerizasyonun belirlediği konfigürasyona sahiptir. Örneğin, polipropilen üretiminde propilen (R=CH₃) monomeri kullanılır. Stereo düzen, birçok durumda polimerin kristal halini tanımlamaktadır.

CH₂=CHR tipindeki bir monomerin çift bağı açılır ve farklı yerleşimlerde iki tekrar birimi oluşur.

İzotaktik yapı: Doğrusal moleküllerin aynı boyutsal konfigürasyondaki tekrar birimlerinden oluştuğu yapıdır. Tekrar birimlerinin aynı zincir konfigürasyonda olanlarının (1 veya 2) baş-kuyruk düzenlenmesiyle izotaktik polipropilen meydana gelir. İzotaktik polipropilen, kristallik derecesi çok yüksek olan, fiber üretiminde kullanılabilen bir polimerdir.

İzotaktik yapı: (1) – (1) – (1) - …, veya, (2) – (2) – (2) - …

Ataktik yapı: İki tekrar biriminin rastgele sıralanmasıyla ataktik bir polimer meydana gelir. Ataktik polipropilen kullanışsız, yumuşak ve yapışkan bir maddedir.

Ataktik yapı: (1) ve (2) rasgele dizilirler.

Sindiyotaktik yapı: Aynı olmayan, fakat dönüşümlü olarak muntazam şekilde tekrarlanan gruplardan oluşan yapıdır. İki farklı konfigürasyonun baş-kuyruk düzeninde art arda bulunması durumunda bir sindiyotaktik polipropilen oluşur.

Sindiyotaktik yapı: (1) - (2) - (1) - (2) - (1) - (2) - …

Her üç stereoizomerik PP in de uygulama alanı vardır fakat özellikleri açıkça birbirinden farklıdır. En yaygın uygulamalar i-PP için geçerlidir.

Kristalin halde termodinamik eğilim ve yan grubu dikkate alarak en küçük moleküller arası enerjiyle uzaysal bir yapı eğilimi sebebiyle PP makromolekülleri çoğunlukla sarmal şeklini alır.

Propilende bulunan CH₃ grubu, molekülün asimetrik olmasını sağlar. Yapısal farklılık değişik özelliklerde polipropilenler elde edilmesini sağlar. Polimerizasyon koşullarına bağlı olarak polimer zincirlerindeki CH₃ gruplarının dizilişleri de farklı olur (izotaktik, sindiyotaktik, ataktik gibi). Bu türlerden farklı olarak bir de, elastomerik özellikler gösteren, zincirler üzerinde izotaktik ve ataktik blokların peş peşe yer aldığı termoplastik elastomer polipropilen türü vardır. Bunlarda çapraz bağ yoktur ve izotaktik bloklar kendi içlerinde kristalin bir yapı oluşturarak yumuşak ataktik bloklar aracılığıyla birbirleriyle bağlantı kurarlar. Ataktik polipropilen normal halde kauçuksu yapıdadır ve kuvvetli değildir. Ancak sert izotaktik bloklar, kauçuksu yapıları yakalayarak malzemenin daha kuvvetli olmasını sağlar.

Elastomerik polipropilen:

Endüstride kullanılan polipropilenin büyük bir kısmı izotaktik yapıdadır. Sindiyotaktik polipropilen daha yumuşaktır ve berrak bir görünümü vardır. İzotaktik polipropilen yerine kullanılamasa da film, ekstrüzyon, tıbbi gereçler ve yapıştırıcı yapımında kullanılan diğer polimerlerle rekabet edebilecek özellikler içerir.

İzotaktik polimer ataktik polimerle karşılaştırıldığında organik solventlerde hemen hemen hiç çözünmez.

İzotaktik polipropilenin sarmal yapısı:

Polimer sentezinde birden fazla monomer türü kullanılabilir. Bu durumda polimer zinciri boyunca farklı kimyasal yapılar yer alır.

Homopolimer: Zincir boyunca tek bir kimyasal yapı yer alırsa homopolimer olarak adlandırılır.

Kopolimer: İki farklı monomer birimi söz konusu ise kopolimer olarak adlandırılır.

Polipropilenin Kullanımı

Polipropilen, kimyasal maddelere, ısıya ve aşırı yorulmaya dayanıklı bir polimerdir. Orta sertliğe ve parlaklığa sahiptir. Ketçap şişeleri, çubuk, başlıklar, ilaç şişeleri, cips ve bisküvi için poşetler, yoğurt kapları, margarin tüpleri, sandalyeler, bavullar, halı, mikrodalga yiyecek tepsileri, halat ve bazı kaplar ile kapaklar polipropilenden yapılmaktadır. Ambalaj yapımında kullanılan plastikler arasında en düşük yoğunluklu olanıdır.

Polipropilen çok yönlü bir polimerdir. Plastik olarak, 160 °C’nin altında erimediğinden bulaşık makinesinde yıkanabilen yiyecek kapları üretimi için uygundur. Fiber amaçlı kullanımda ise en yaygın alan iç ve dış mekanlarda halı kaplamalardır. Örnek olarak yüzme havuzları kenarlarında ve mini golf sahalardaki yapay halılar verilebilir.

Homopolimer ve kopolimer polipropilenin kullanım alanları:

Homopolimer	Kopolimer
Plastik koli bandı Elektrik süpürgesi parçaları Elektrik anahtarı ve prizleri Televizyon kasası Araba parçaları (tampon, ön panel vb.) Tüfek ve tabanca kabzası Şişe kapağı Steril enjektör Mutfak gereçleri Halı, trikotaj, masa örtüsü Dekoratif şerit Giyim eşyası Çuval Halat Ambalaj ipi	Meşrubat, meyve, ekmek, sebze ve balık kasası Gaz ve benzin bidonları Otomobil farı ve tamponu Su boruları Banyo küveti Kova, leğen Çamaşır makinesi kazanı Plastik dişli Akü kutuları Televizyon kasası Buz dolabı aksamı Vakumlu ve oluklu levha Boru ve profil