โพลีโพรพีลีน (PP) มีคุณสมบัติทางกลที่ดี ปลอดสารพิษ มีเสถียรภาพทางเคมีที่ดี ทนความร้อนได้ดี และแปรรูปและขึ้นรูปได้ง่าย อย่างไรก็ตาม เนื่องจากอิทธิพลของขนาดผลึก PP การส่งผ่านแสงและความมันเงาจึงจำกัดการใช้งานในสิ่งของจำเป็นในชีวิตประจำวันและบรรจุภัณฑ์โปร่งใส
หลังจากการปรับปรุงแบบโปร่งใสแล้ว PP โปร่งใสที่ได้ไม่เพียงแต่มีประสิทธิภาพเท่ากับ PP แบบดั้งเดิมเท่านั้น แต่ยังทำให้มีความโปร่งใสและความเงาเทียบเท่ากับเรซินโปร่งใสที่ใช้กันทั่วไป เช่น เรซินโพลีสไตรีน (PS) โพลีคาร์บอเนต (PC) โพลีเอสเตอร์ (PET) โพลีไวนิลคลอไรด์ (PVC) เป็นต้น ดังนั้น เพื่อปรับปรุงมูลค่าตลาดของ PP จึงจำเป็นต้องปรับปรุงให้มีความโปร่งใส
กระบวนการพัฒนา PP โปร่งใส
ปัจจุบันมีเส้นทางการพัฒนา PP โปร่งใสหลัก 3 เส้นทางที่ตอบสนองเงื่อนไขการผลิตในระดับอุตสาหกรรมและมีมูลค่าการผลิตเชิงพาณิชย์:
● ใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาเพื่อผลิต PP ที่โปร่งใส
● เพิ่มสารก่อนิวเคลียสใสเพื่อปรับเปลี่ยน PP
● ผสมผสานกับเรซินอื่นๆ เพื่อผลิต PP โปร่งใส
การใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาเพื่อผลิต PP ใส
● การผลิตโคพอลิเมอร์ PP แบบสุ่มด้วยตัวเร่งปฏิกิริยา ZN
กระบวนการผลิต PP โคพอลิเมอร์สุ่มเอทิลีน-โพรพิลีนในอุตสาหกรรมโดยใช้ตัวเร่งปฏิกิริยา ZN มีดังนี้
(1) ผสมก๊าซโพรพิลีนและเอทิลีนให้เข้ากัน
(2) ใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาเพื่อให้ได้โมโนเมอร์โคพอลิเมอร์และส่วนโพลีเมอร์โมโนเมอร์ต่างๆ
(3) สร้างโซ่โมเลกุล PP โดยการเติบโตของโซ่และการถ่ายโอนโซ่ และในที่สุดก็ได้โคพอลิเมอร์ PP แบบสุ่ม
ค่าการส่งผ่านแสงของโคพอลิเมอร์สุ่ม PP สามารถสูงเกิน 94% ซึ่งโดยพื้นฐานแล้วใกล้เคียงกับความโปร่งใสของโพลีเอทิลีนโปร่งใส
●การสังเคราะห์ PP ที่มีความโปร่งใสสูงโดยใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาเมทัลโลซีน
ผลการเพิ่มความโปร่งใสของตัวเร่งปฏิกิริยาเมทัลโลซีนนั้นดีกว่าตัวเร่งปฏิกิริยา ZN ในการสังเคราะห์ PP โปร่งใส พวกมันสามารถควบคุมความเป็นผลึก น้ำหนักโมเลกุล และโหมดการฝังตัวของโคโมโนเมอร์ได้ ผลิตส่วนผสมของ PP แบบไอโซแทกติกและไอโซแทกติกที่มีความโปร่งใสสูงและความแข็งแรงสูง
บริษัทที่มีเทคโนโลยีนี้ ได้แก่ เทคโนโลยี UnivatExxpol/Unipol ที่พัฒนาโดย ExxonMobil เทคโนโลยี Insite/Spheripol ที่พัฒนาโดย Dow Chemical เทคโนโลยี JPC ที่พัฒนาโดย Mitsubishi Chemical เทคโนโลยี Mitsui เทคโนโลยี Spheripol และ Metocene ที่พัฒนาโดย Mitsui Chemicals เทคโนโลยี Borecene ที่พัฒนาโดย Borealis เทคโนโลยี Univation/Unipol ที่พัฒนาโดย Basel เทคโนโลยี Atofina ที่พัฒนาโดย Total และเทคโนโลยี BP ที่พัฒนาโดย British Petroleum
เพิ่มสารสร้างนิวเคลียสโปร่งใสเพื่อปรับเปลี่ยน PP
การเติมสารเพิ่มนิวเคลียสโปร่งใสลงใน PP จะทำให้ผลิตภัณฑ์มีความโปร่งใสมากขึ้นอย่างมีประสิทธิภาพ ไม่เพียงเท่านั้น ยังสามารถปรับปรุงความแข็งและอัตราการไหลของของเหลวที่หลอมละลายได้อีกด้วย
● กลไกปรับเปลี่ยนตัวแทนสร้างนิวเคลียสแบบโปร่งใส
กระบวนการก่อตัวของสารประกอบโครงสร้างผลึกประกอบด้วย 2 ขั้นตอน ได้แก่ การสร้างนิวเคลียสและการเติบโตของผลึก สำหรับ PP กระบวนการการเติบโตของนิวเคลียสประกอบด้วยการสร้างนิวเคลียสแบบไม่สม่ำเสมอและการสร้างนิวเคลียสแบบสม่ำเสมอ ในวิธีการสร้างนิวเคลียสแบบสม่ำเสมอ จำนวนนิวเคลียสจะน้อย ขนาดผลึกจะใหญ่ และความเป็นผลึกจะต่ำ ในกระบวนการสร้างนิวเคลียสแบบไม่สม่ำเสมอ โซ่โมเลกุลสามารถดูดซับบนพื้นผิวของ "สิ่งเจือปน" ของของเหลวที่หลอมละลายเพื่อสร้างนิวเคลียสได้ ภายใต้เงื่อนไขนี้ อัตราการตกผลึกจะเร็ว ขนาดผลึกจะเล็ก และความเป็นผลึกจะสูง
ตัวปรับเปลี่ยนแบบโปร่งใสสามารถพิจารณาได้ว่าเป็น "สิ่งเจือปน" เนื่องจากเป็นแกนกลางของนิวเคลียสของนิวเคลียสที่ไม่สม่ำเสมอ จึงช่วยปรับปรุงเอฟเฟกต์นิวเคลียสที่ไม่สม่ำเสมอในกระบวนการตกผลึกของ PP ยับยั้งการเกิดนิวเคลียสแบบสม่ำเสมอของ PP ลดขนาดผลึก ปรับปรุงความเป็นผลึก และลดการกระเจิงและดัชนีหักเหของแสงบนอินเทอร์เฟซผลึก
● ชนิดและการใช้งานของสารก่อนิวเคลียสโปร่งใส
① สารก่อนิวเคลียสโปร่งใสแบบอนินทรีย์
สารก่อนิวเคลียสโปร่งใสแบบอนินทรีย์ส่วนใหญ่ประกอบด้วยสารประกอบที่ไม่ใช่โลหะ เช่น ทัลค์และไมก้า ลักษณะเฉพาะของสารก่อนิวเคลียสโปร่งใสนี้คือ มีแหล่งวัตถุดิบที่กว้างขวาง ต้นทุนต่ำ และต้องใช้สารเติมแต่งเพียงเล็กน้อยเพื่อเพิ่มความโปร่งใส อย่างไรก็ตาม ข้อเสียของสารก่อนิวเคลียสโปร่งใสก็ชัดเจนเช่นกัน เนื่องจากเป็นสารประกอบอนินทรีย์ จึงกระจายตัวในสารหลอมเหลวอินทรีย์ได้ยาก และมีผลในการป้องกันแสง
② สารก่อนิวเคลียสโปร่งใสอินทรีย์
ในบรรดาสารก่อนิวเคลียสอินทรีย์โปร่งใส สารซอร์บิทอลเป็นสารเติมแต่งที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุด โดยการพัฒนาสารก่อนิวเคลียสซอร์บิทอลแบ่งออกเป็น 3 ชุดตามประเภทของกลุ่มฟังก์ชันแทนที่บนวงแหวนเบนซินในสารซอร์บิทอล
ในชุดแรกไม่มีหมู่ฟังก์ชันบนวงแหวนเบนซินในสารประกอบซอร์บิทอล และมีต้นทุนการเตรียมต่ำ แต่ผลการสร้างนิวเคลียสต่ำ และสารประกอบอัลดีไฮด์จะถูกปล่อยออกมาในระหว่างการใช้งาน
ในชุดที่สอง คลอรีน เมทิล และกลุ่มฟังก์ชันอื่นๆ ถูกใช้เพื่อแทนที่อะตอมไฮโดรเจนที่ตำแหน่งพาราของวงแหวนเบนซินในสารประกอบซอร์บิทอล สารประกอบซอร์บิทอลชุดนี้เพิ่มประสิทธิภาพการสร้างนิวเคลียสและความโปร่งใสของผลิตภัณฑ์ แต่ก็ยังไม่สามารถแก้ปัญหาการปล่อยสารประกอบอัลดีไฮด์ได้
ซีรีส์ที่สาม ซึ่งพัฒนาครั้งแรกโดย Milliken สามารถแก้ไขปัญหาการปล่อยสารประกอบอัลดีไฮด์ได้อย่างมีประสิทธิภาพ
การเติมสารก่อนิวเคลียสซอร์บิทอลที่ผลิตโดยบริษัท Milliken Chemical ลงใน PP ด้วยเศษส่วนมวล 0.3% จะสามารถลดความขุ่นของ PP ลงเหลือต่ำกว่า 15% ในปัจจุบัน ชุมชนวิชาการมีคำอธิบายต่างๆ มากมายสำหรับกลไกการสร้างนิวเคลียสของ DBS แต่ยังไม่มีมุมมองที่เป็นเอกภาพ
นอกเหนือจากสารก่อนิวเคลียสซอร์บิทอลแล้ว นักวิจัยยังได้พัฒนาสารก่อนิวเคลียสโปร่งใสอินทรีย์หลายชนิด เช่น สารก่อนิวเคลียสโปร่งใสอะโรมาติกฟอสเฟต สารก่อนิวเคลียสโปร่งใสเกลือโลหะของกรดคาร์บอกซิลิก กรดดีไฮโดรโพลาร์และสารก่อนิวเคลียสโปร่งใสเกลือของกรดดีไฮโดรโพลาร์ ตัวแทนก่อนิวเคลียสโปร่งใสเอมีนกรดกิ่ง และตัวแทนก่อนิวเคลียสโปร่งใสโพลีเมอร์
● วิธีการเติมสารก่อนิวเคลียสแบบใส
มีสองวิธีในการเติมสารก่อนิวเคลียสโปร่งใสเมื่อผลิต PP โปร่งใส วิธีหนึ่งคือใช้การกวนเชิงกลเพื่อกระจายสารก่อนิวเคลียสโปร่งใสอย่างสม่ำเสมอในภาชนะที่มีวัตถุดิบปฏิกิริยาเพื่อให้แน่ใจว่าประสิทธิภาพของผลิตภัณฑ์ PP สม่ำเสมอ วิธีนี้ถูกจำกัดด้วยความเข้มข้นของการกวนและจะรบกวนกิจกรรมพอลิเมอไรเซชัน ดังนั้นจึงไม่ค่อยได้ใช้บ่อยนัก อีกวิธีหนึ่งคือการเติมสารก่อนิวเคลียสภายนอกเครื่องปฏิกรณ์ระหว่างกระบวนการสร้างเม็ด PP ซึ่งสะดวกสำหรับการใช้งานในอุตสาหกรรม
ผสมกับเรซินอื่นเพื่อผลิต PP ใส
วิธีการเพิ่มการส่งผ่านด้วยการผสม คือ การใช้โพลิเมอร์หนึ่งชนิดหรือมากกว่าที่มีดัชนีการหักเหแสงใกล้เคียงกับ PP และมีขนาดอนุภาคในเฟสแบบกระจายตัวเล็กกว่าความยาวคลื่นของแสงที่มองเห็นได้เพื่อผสมกับ PP และลดขนาดผลึกของ PP โดยเพิ่มผลของนิวเคลียสที่ไม่สม่ำเสมอ ซึ่งจะช่วยเพิ่มการส่งผ่านของผลิตภัณฑ์ได้
การศึกษาวิจัยแสดงให้เห็นว่าโพลีเอทิลีนความหนาแน่นต่ำและโคพอลิเมอร์เอทิลีน-โพรพิลีน-ไดอีนเป็นสารผสมที่เหมาะสม การเติมสารผสม 10% สามารถลดขนาดผลึกของ PP เพิ่มความเป็นผลึก และเพิ่มการส่งผ่านของผลิตภัณฑ์ นอกจากนี้ ประสิทธิภาพการกระแทกของผลิตภัณฑ์ยังสามารถปรับปรุงได้ด้วยผลของสารผสม อย่างไรก็ตาม วิธีการใช้สารผสมเพื่อเพิ่มการส่งผ่านนั้นมีข้อจำกัดที่ชัดเจน เนื่องจากมีการใช้โพลีเมอร์อีกชนิดหนึ่งหรือมากกว่าเป็นตัวผสม โพลีเมอร์เหล่านี้จะต้องมีดัชนีการหักเหของแสงและความเข้ากันได้ของส่วนต่อประสานกับ PP ใกล้เคียงกัน ซึ่งทำให้การพัฒนาทำได้ยากมาก
พื้นที่การใช้งานของ PP ใส
ห่วงโซ่อุตสาหกรรมโพลีโพรพีลีนใสที่เป็นต้นน้ำประกอบด้วยโพลีโพรพีลีน ตัวแทนนิวเคลียสใส ตัวเร่งปฏิกิริยาเมทัลโลซีน เป็นต้น เป็นหลัก ส่วนปลายน้ำใช้ส่วนใหญ่ในอุปกรณ์ทางการแพทย์ บรรจุภัณฑ์ใส และของใช้ในครัวเรือน เช่น ภาชนะใส่อาหารไมโครเวฟ กล่องอาหารกลางวันแบบใช้แล้วทิ้ง และแก้วเครื่องดื่มใส ตารางต่อไปนี้แสดงสาขาการใช้งานของผลิตภัณฑ์ PP ใสภายใต้เทคโนโลยีการแปรรูปที่แตกต่างกัน
เทคโนโลยีการแปรรูปและการประยุกต์ใช้เรซินโพลีโพรพีลีนโปร่งใส
| เทคโนโลยีการประมวลผล | ผลิตภัณฑ์การใช้งาน |
| การปั้นแบบกลวง | ขวดเครื่องปรุง ขวดผงซักฟอก ขวดน้ำ ขวดใส่อาหารและเครื่องดื่ม |
| การฉีดขึ้นรูป | ชิ้นส่วนเครื่องใช้ในครัวเรือน กล่องเก็บของแบบต่อกัน ฝาปิดช่องเก็บของ อุปกรณ์ทางการแพทย์ อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ กล่องวิดีโอ บรรจุภัณฑ์ป้องกัน ฝาปิด ชิ้นส่วนอุปกรณ์ |
| การอัดรีดแผ่น | กล่องวีดิโอเทป กล่องประกอบและกล่องข้าว วัสดุปูพื้น ผลิตภัณฑ์สุขอนามัย เครื่องเขียนและอุปกรณ์สำนักงาน |
| การเป่าขึ้นรูป | ขวดน้ำ ขวดใส่ยา อาหารแห้ง ขวดเครื่องเทศ ขวดใส่ผงซักฟอก ขวดนมเด็ก อุปกรณ์ตกแต่งบ้าน สบู่เหลว กล่องใส่ผงซักฟอก |
| การขึ้นรูปด้วยความร้อน | วัสดุบรรจุภัณฑ์โฟม ถาดทางการแพทย์ ถาดอาหารสำเร็จรูปแบบใช้แล้วทิ้ง อาหารจานด่วนในไมโครเวฟ แก้วเครื่องดื่ม ขวดน้ำผลไม้แบบใช้แล้วทิ้ง บรรจุภัณฑ์กล่องผลิตภัณฑ์นม ถาดใส่บิสกิต |
| นักแสดงภาพยนตร์ | ปกอัลบั้มรูป ผลิตภัณฑ์สุขอนามัย กระดาษห่อขนม ฟิล์มทางการแพทย์ |
| การฉีดขึ้นรูปผนังบาง | บรรจุภัณฑ์กล่องผลิตภัณฑ์นม ภาชนะบรรจุอาหารสำเร็จรูป แก้วเครื่องดื่มแบบใช้แล้วทิ้ง ภาชนะบรรจุอาหาร |
ปัจจุบัน ผลิตภัณฑ์ PP ใสที่ผลิตด้วยเทคโนโลยีการขึ้นรูปด้วยการเป่า การฉีด การขึ้นรูปด้วยความร้อน และเทคโนโลยีการแปรรูปอื่นๆ ได้ครองส่วนแบ่งการตลาดในระดับหนึ่ง และมีแนวโน้มที่จะเข้ามาแทนที่วัสดุคู่แข่งอื่นๆ ตัวอย่างเช่น ปัจจุบัน ขวดเบียร์และเครื่องดื่มในตลาดส่วนใหญ่ใช้โพลีเอทิลีนเทเรฟทาเลต (PET) และ PP ใสสูงที่ผลิตโดย AMCO ผ่านกระบวนการ "การขึ้นรูปด้วยการเป่าแบบยืดฉีด" มีศักยภาพที่จะเข้ามาแทนที่ PET
ผู้ผลิตและยี่ห้อ
ในปัจจุบัน ผู้ผลิตโพลีโพรพีลีนโปร่งใสรายใหญ่ของโลก ได้แก่ ExxonMobil Chemical Company, Montell ของเยอรมนี, BP Amoco, SK Group ของเกาหลีใต้, Huntsman Group ของสหรัฐอเมริกา, Mitsui ของญี่ปุ่น, Dow Chemical Company, BASF SE, Borealis Ltd., Samsung Group ของเกาหลีใต้, Basel Company ของเนเธอร์แลนด์, JPP ของญี่ปุ่น และ Daelim ของเกาหลีใต้
ภาพถ่ายที่บูธ SK Chemicals
จากมุมมองในประเทศ ในปัจจุบันมีบริษัทโพลีโอเลฟินเพียงไม่กี่แห่งที่ใช้เทคโนโลยีเคมีถ่านหินเพื่อผลิตโพลีโพรพีลีนโปร่งใส และการผลิตวัสดุโปร่งใสนั้นดำเนินการโดยบริษัทร่วมทุนเพียงไม่กี่แห่ง
การเปรียบเทียบวัสดุโปร่งใสและวัสดุวาดภาพ ที่มา: Sinochem
เกรด HC8016 ของ Dongming Petrochemical ใช้ในขวดนมเด็ก แหล่งที่มาของภาพ: Dongming Petrochemical
