Γιατί το πολυπροπυλένιο είναι ένα από τα πιο κερδοφόρα πολυμερή στην ιστορία;

Το πολυπροπυλένιο είναι το δεύτερο πιο κερδοφόρο πολυμερές στην ιστορία. Η θερμοπλαστική του φύση και οι χαμηλές τεχνικές παραγωγής είναι οι κύριοι λόγοι πίσω από τη δημοτικότητά του.

Κοιτάξτε γύρω σας τώρα. Τι βλέπεις? Μπορεί να κάθεστε στο δωμάτιό σας σε μια πλαστική καρέκλα, να κρατάτε άνετα το πλαστικό smartphone ή το φορητό υπολογιστή σας και να τρώτε τσιπς από ένα πλαστικό πακέτο. Μέχρι τώρα, μάλλον έχετε καταλάβει πού πάω με αυτό. Το πλαστικό είναι παντού γύρω μας και είτε το θέλουμε είτε όχι, είναι ίσως η πιο σημαντική ανακάλυψη του 21ου αιώνα.

Η εισαγωγή των πλαστικών στη ζωή μας τα άλλαξε με αμέτρητους τρόπους. Είτε πρόκειται για το χαμηλό κόστος των προϊόντων είτε για την αντοχή τους. όλα έχουν βελτιωθεί με την άνοδο της πλαστικής αυτοκρατορίας. Αν και αυτό το πλαστικό έχει αρχίσει σιγά-σιγά να δημιουργεί περιβαλλοντικά προβλήματα παγκοσμίως με ανησυχητικό ρυθμό, οι ερευνητές εργάζονται συνεχώς για να δημιουργήσουν ένα υποκατάστατο που θα είναι ασφαλές και βιοδιασπώμενο ταυτόχρονα.

Τι είναι το πολυπροπυλένιο;

Το πολυπροπυλένιο είναι ένα πλαστικό πολυμερές. Το πολυμερές είναι μια χημική ουσία με μοριακή σύνθεση που μοιάζει με αλυσίδα. Η αλυσίδα αποτελείται από πολλούς πανομοιότυπους κρίκους, που ονομάζονται μονομερή. Ο αριθμός των μονομερών σε μία μόνο αλυσίδα πολυμερούς μπορεί να κυμαίνεται από λιγότερο από εκατό έως εκατοντάδες χιλιάδες. Το προπένιο (IUPAC) ή το προπυλένιο (κοινή ονομασία) είναι το μονομερές ή βασικό δομικό στοιχείο του πολυπροπυλενίου. Είναι ένας απλός ακόρεστος υδρογονάνθρακας που περιέχει τρία άτομα άνθρακα και έξι άτομα υδρογόνου, καθώς και έναν διπλό δεσμό μεταξύ οποιωνδήποτε δύο ατόμων άνθρακα.

Προπένιο (μονομερές) και πολυπροπυλένιο (Φωτογραφία :molekuul_be/ Shutterstock)

Η ιστορία του πολυπροπυλενίου πηγαίνει πίσω στη δεκαετία του 1960 όταν δύο Αμερικανοί χημικοί, ο Robert Banks και ο J. Paul Hogan, βρήκαν για πρώτη φορά έναν τρόπο να πολυμερίσουν το πολυαιθυλένιο. Το τελικό προϊόν από τη διαδικασία τους ήταν εκπληκτικό. Αυτό οδήγησε σε έντονη έρευνα στις τεχνικές κατασκευής πολυπροπυλενίου. Σήμερα το προπυλένιο κατέχει το μεγαλύτερο μερίδιο στην αγορά πολυμερών και είναι το δεύτερο πιο κερδοφόρο πολυμερές στην ιστορία μετά το πολυαιθυλένιο. Η παγκόσμια αγορά του το 2016 ήταν πάνω από 71 δισεκατομμύρια δολάρια ΗΠΑ (Cresana) και ο αριθμός αυτός αναμένεται να ξεπεράσει τα 100 δισεκατομμύρια μέχρι το 2020. Ποιοι είναι, λοιπόν, οι λόγοι που το καθιστούν τόσο χρήσιμο και κερδοφόρο;

Πώς κατασκευάζεται το πολυπροπυλένιο;

Τα πολυμερή παράγονται κυρίως από τα αντίστοιχα μονομερή τους μέσω δύο ειδών τεχνικών παραγωγής:Πολυμερισμού σταδιακής ανάπτυξης και πολυμερισμού αλυσιδωτής ανάπτυξης. Για την κατασκευή πολυπροπυλενίου χρησιμοποιούμε το τελευταίο. Οι τεχνικές πολυμερισμού είναι γενικά αρκετά αργές και απαιτούν καταλύτες για την επιτάχυνση της παραγωγής. Για το πολυπροπυλένιο χρησιμοποιούνται καταλύτες Ziegler-Natta ή μεταλλοκενίου. Σήμερα, λόγω εκτεταμένης έρευνας, διατίθενται πολλοί διαφορετικοί τύποι καταλυτών και τεχνικών παραγωγής για την κατασκευή πολυπροπυλενίου. Ως εκ τούτου, το κόστος ιδιοκτησίας δεν είναι πολύ υψηλό.

Βιομηχανία πολυμερών (Φωτογραφία :manine99/ Shutterstock)

Η τεχνική κατασκευής μπορεί να είναι είτε αέρια είτε υγρή φάση. Η μέθοδος αέριας φάσης περιλαμβάνει μια ρευστοποιημένη κλίνη ή έναν αναδευόμενο αντιδραστήρα συνεχούς ροής. Το μονομερές συντήκεται σε πολύ υψηλές θερμοκρασίες και αφήνεται να ρέει πάνω από ένα στρώμα καταλύτη όπου λαμβάνει χώρα ο πολυμερισμός. Η διαδικασία υγρής φάσης περιλαμβάνει ένα εναιώρημα ή διάλυμα του μονομερούς, μαζί με σταγονίδια του καταλύτη. Καθώς αυτό το μίγμα αναδεύεται γρήγορα, ο καταλύτης αντιδρά με τα μονομερή, πολυμερίζοντάς τα στο απαιτούμενο προϊόν. Αυτή η διαδικασία είναι παρόμοια με την τεχνική σχηματισμού μικκυλίων. Οι αντιδραστήρες που χρησιμοποιούνται στη διαδικασία είναι απλοί αντιδραστήρες παρτίδας ή συνεχείς αντιδραστήρες που δεν απαιτούν υψηλή επένδυση κεφαλαίου.

Από πού λαμβάνεται το προπυλένιο;

Τα πλαστικά πολυμερή γενικά προέρχονται από υδρογονάνθρακες χαμηλού έως μεσαίου μοριακού βάρους. Αυτοί οι υδρογονάνθρακες ανακτώνται από φυσικό αέριο ή αργό πετρέλαιο. Η κλασματική απόσταξη αυτών των ορυκτών καυσίμων τα διαφοροποιεί σε διάφορες οντότητες με βάση τον άνθρακα με βάση την πτητικότητά τους, η οποία με τη σειρά της εξαρτάται από τη μοριακή τους μάζα. Ένα τέτοιο κλάσμα αποδίδει μονομερή, όπως το αιθυλένιο και το προπυλένιο, τα οποία αργότερα χρησιμοποιούνται για να σχηματίσουν τα αντίστοιχα πολυμερή τους. Δεδομένου ότι αυτές οι χημικές ουσίες είναι το υποπροϊόν μιας ήδη αναπτυσσόμενης βιομηχανίας, η παραγωγή τους γίνεται σε πολύ μεγάλη κλίμακα, γεγονός που τις καθιστά διαθέσιμες σε σχετικά χαμηλότερες τιμές.

Ποιες ιδιότητες του πολυπροπυλενίου το κάνουν τόσο ιδιαίτερο;

Το πολυπροπυλένιο, όπως τα περισσότερα άλλα πλαστικά, δεν αντιδρά με όξινα ή βασικά διαλύματα. Δεν οξειδώνεται εύκολα και είναι επίσης ανθεκτικό σε λίπη και οργανικούς διαλύτες. Η χημική του αντοχή είναι πολύ μεγαλύτερη από το ξύλο ή το μέταλλο, κάτι που είναι μία από τις πιο σημαντικές ιδιότητές του, γεγονός που το καθιστά έναν ανεκτίμητο βιομηχανικό πόρο.

Οι θερμικές ιδιότητες οποιουδήποτε πολυμερούς βασικά υπαγορεύουν τη σημασία του στην αγορά. Οι περισσότερες βιομηχανίες ασχολούνται με χημικές ουσίες και διαλύματα σε υψηλές ή χαμηλές θερμοκρασίες και το σχετικό πολυμερές πρέπει να είναι συμβατό σε τέτοια περιβάλλοντα εργασίας για να είναι πραγματικά χρήσιμο. Το σημείο τήξης του εμπορικού πολυπροπυλενίου είναι περίπου 165°C , το οποίο είναι αρκετά καλό για τη συγκράτηση υγρών και αερίων σε εργοστάσια παραγωγής.

Οι βιομηχανικοί σωλήνες κατασκευάζονται κυρίως από πολυπροπυλένιο (Photo Credit :ivandan/ Shutterstock)

Το πολυπροπυλένιο είναι ένα θερμοπλαστικό πολυμερές, που σημαίνει ότι θα λιώσει σε θερμοκρασίες υψηλότερες από το σημείο τήξεώς του, αλλά θα στερεοποιηθεί στην αρχική του σύνθεση όταν κρυώσει. Αυτό είναι διαφορετικό από τα θερμοσκληρυνόμενα πολυμερή που ρυθμίζονται σε μια σταθερή θερμοκρασία μόλις κρυώσουν από το σημείο τήξης τους. Εάν οι θερμοκρασίες τους αυξηθούν για άλλη μια φορά, τείνουν να απανθρακωθούν. Η θερμοπλαστική φύση του πολυπροπυλενίου του επιτρέπει να χυτεύεται με έγχυση σε οποιοδήποτε σχήμα, γεγονός που το καθιστά επίσης ανακυκλώσιμο, σε κάποιο βαθμό.

Μια τελευταία λέξη

Το πολυπροπυλένιο χρησιμοποιείται στην κατασκευή οικιακών και βιομηχανικών συσκευών, γεγονός που κάνει την αγορά του πολύ ευρύτερη. Με αυστηρότερους περιβαλλοντικούς κανόνες, η κοπή ενός δέντρου για ξύλο και εξόρυξη μετάλλων έχει γίνει πολύ δύσκολη. Ως εκ τούτου, η αγορά πολυπροπυλενίου έχει μια μεγάλη ευκαιρία να καλύψει το κενό που δημιουργείται από τη μείωση της χρήσης αυτών των συμβατικών υλικών.

Η παγκόσμια παραγωγή πολυμερούς πολυπροπυλενίου το 2016 ανήλθε σε περισσότερους από 73 εκατομμύρια τόνους και με την αύξηση του πληθυσμού και των τάσεων κατανάλωσης, ο αριθμός αυτός θα αυξηθεί εκθετικά στο μέλλον. Η ζήτηση από τις βιομηχανίες αυτοκινήτων, κατασκευών και καταναλωτικών προϊόντων μιας χρήσης θα οδηγήσει τη ζήτηση για όλα τα πλαστικά, και ως εκ τούτου, το μέλλον για το πολυπροπυλένιο φαίνεται πολύ λαμπρό!