Polypropylene

โพลิโพรพิลีน หรือพีพี  

(Polypropylene, PP)

ความเป็นมา

            PP เป็นพอลิเมอร์ที่สังเคราะห์ขึ้นโดย Giulio Natta และนักเคมีชาวเยอรมัน Karl Rehn ในเดือนมีนาคม ปี ค.ศ. 1954 ในประเทศสเปน โดย PP ที่สังเคราะห์ขึ้นเป็นพอลิเมอร์ที่มีโครงสร้างแบบผลึกชนิด isotactic การค้นพบครั้งนี้เป็นการบุกเบิกนำไปสู่การผลิตเพื่อการค้าต่อมาในปี 1957 และ Giulio Natta และผู้ร่วมงานยังได้สังเคราะห์ PP ชนิด syndiotactic ขึ้นเป็นครั้งแรก

การใช้งาน

ข้อมูลทั่วๆ ไปเกี่ยวกับโพรพิลีน

         ชื่อทางเคมี (Chemical Name) :   poly(1-methylethylene)

         ชื่อพ้อง (Synonyms) :   Polypropylene, Polipropene 25 [USAN], Propylene polymers,
1-Propene homopolymer

สูตรโครงสร้างทางเคมี (Chemical Structure)    

สูตรเคมีคือ (C₃H₆)_n

โพลิโพรพิลีน หรือพีพีเทอร์โมพลาสติกประเภทโพลิโอเลฟิน ผลิตจากโพรพิลีน เป็นของแข็ง ไม่มีสี มีทั้งโปร่งใสและโปร่งแสง ผิวเป็นมันเงา ทนกรด เบส และสารเคมีต่างๆ ยกเว้นไฮโดรคาร์บอนและคลอริเนเทตไฮโดรคาร์บอน แบ่งออกเป็น 3 ประเภท ตามโครงสร้างของโพลิโพรพิลีน ได้แก่ ไอโซแทกทิกโพลิโพรพิลีน ซินดิโอแทกทิกโพลิโพรพิลีน และแอแทกทิกโพลิโพรพิลีน ดังแสดงในภาพ

 

(ภาพจาก Polypropylene: the definitive user's guide and databook โดย Clive Maier,Teresa Calafut)

มีสมบัติดีกว่าโพลิเอทิลีนหลายอย่าง ได้แก่ ทนแรงกระแทกสูง ทนการขีดข่วน ทนสารเคมี มีจุดอ่อนตัวสูง มีความหนาแน่นต่ำ และมีอุณหภูมิในการหลอมสูง ทำให้ใช้งานที่อุณหภูมิสูงถึง 120 ⁰C ผลิตภัณฑ์ที่ทำจากโพลิโพรพิลีน ได้แก่ กล่อง ของเล่นเด็ก ถุงปุ๋ย ไหมเทียม พรมและแผ่นรองพรม ผ้าใบกันน้ำ เชือก สายรัดบรรจุภัณฑ์ ถุงร้อน ขวดใส่เครื่องดื่ม ซองขนม ท่อ ปลอกหุ้มสายไฟและสายเคเบิล งานเคลือบกระดาษ วัสดุอุดรอยรั่ว กาว และอุปกรณ์ภายในรถยนต์

พอลิโพรไพลีนชนิด isotactic นำมาผลิตเป็นพลาสติกใช้อยู่โดยทั่วไป เนื่องจากโครงสร้างมีการจัดเรียงของหมู่เมธิลอยู่ด้านเดียวกันอย่างเป็น ระเบียบจึงมีความเป็นผลึกสูง ทำให้พอลิเมอร์มีความแข็ง ทนทาน ตรงข้ามกับชนิด atactic ที่จะมีความเหนียวมากกว่าเนื่องจากหมู่เมธิลมีการจัดเรียงตัวไม่เป็นระเบียบ (amorphous) ส่วนชนิด syndiotactic หมู่เมธิลจัดเรียงตรงข้ามกันมีความแข็งน้อยกว่า แต่จะทนทานมากกว่าชนิด isotactic

คุณสมบัติของพอลิโพรไพลีน

     คุณสมบัติดังนี้ คือ
          - มีความแข็ง ความเปราะและแตกง่ายน้อยกว่า HDPE และมีความยืดหยุ่นน้อยกว่า LDPE มีผิวแข็ง ทนทานต่อการขีดข่วนคงตัวไม่เสียรูปง่าย มีความทนทานมากสามารถทำเป็นบานพับในตัว
          - เมื่อไม่ได้ผสมสีมีลักษณะขาวขุ่น ไม่ทึบแต่ไม่ใส ทึบแสงกว่าพอลิเอทิลีน (PE) แต่ไม่ใสเท่ากับพอลิสไตรีน (PS)
          - มีน้ำหนักเบา เนื่องจากมีความหนาแน่นน้อย ในช่วง  0.855 - 0.946 g/cm3 ด้วยเหตุนี้จึงสามารถลอยน้ำได้เช่นเดียวกันกับพอลิเอทิลีน
          - มีจุดหลอมเหลวสูง 130–171 ^oC จึงสามารถทนอุณหภูมิสูงที่ใช้ในการฆ่าเชื้อ  (Sterilization  :  100 ^oC) ได้
          - เป็นฉนวนไฟฟ้าที่ดีมาก  แม้ที่อุณหภูมิสูง
          - มีความต้านทานการซึมผ่านของไอน้ำและก๊าซได้ดี
          - ทนทานต่อสารเคมีส่วนมาก ได้แก่ กรด ด่าง แอลกอฮอล์ ตัวทำละลายอินทรีย์ แต่จะเกิดการพองตัว อ่อนนิ่ม หรือพื้นผิวเป็นรอยได้ในสารเคมี   ที่มีองค์ประกอบเป็นคลอรีน   หรือไฮโดรคาร์บอนทั้งชนิดอะโรมาติกและอะลิฟาติก เนื่องจากพอลิโพไพลีนมีคุณสมบัติไม่มีขั้วสามารถดูดซึมสารที่ไม่มีขั้วได้ดี ดังนั้นจึงสามารถทนต่อสารที่มีขั้วได้ดีกว่า และพอลิโพรไพลีนจะพองตัวและสลายตัวได้ในสารเคมีที่เป็นตัวออกซิไดซ์ที่แรง เช่น ไอกรดไนตริก กรดซัลฟิวริกเข้มข้นและร้อน

ผลิตภัณฑ์ที่ทำจากพอลิโพรไพลีน
               ผลิตภัณฑ์ที่พบเสมอคือ กล่อง ของเล่นเด็ก ถุงปุ๋ย ไหมเทียม พรมและแผ่นรองพรม ผ้าใบกันน้ำ เชือก สายรัดบรรจุภัณฑ์ ถุงร้อน ขวดใส่เครื่องดื่ม ซองขนม ท่อ ปลอกหุ้มสายไฟและสายเคเบิล งานเคลือบกระดาษ วัสดุอุดรอยรั่ว  อุปกรณ์ภายในรถยนต์  กล่องเครื่องมือ กระเป๋า  ปกแฟ้มเอกสาร  กล่องและตลับ เครื่องสำอาง เครื่องใช้ในครัวเรือนกล่องบรรจุอาหาร   อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ วัสดุบรรจุภัณฑ์ในอุตสาหกรรม  อุปกรณ์ทางการแพทย์ขวดใส่สารเคมี  กระป๋องน้ำมันเครื่องกระสอบข้าว  และถุงบรรจุปุ๋ย

            พลาสติกสำหรับใช้งานในทางการแพทย์หรือในห้องปฏิบัติการส่วนมากทำจาก PP ซึ่งมีข้อดีคือทนต่อความร้อนสูงได้สามารถนำไปอบฆ่าเชื้อในหม้อนึ่งอัดความ ดัน (autoclave) เมื่อทำเป็นภาชนะบรรจุอาหาร  ก็สามารถนำเข้าเครื่องล้างจานอัตโนมัติ   และภาชนะบรรจุอาหารสำหรับไมโครเวฟได้
            ภาชนะที่ทำจาก PP ซึ่งเป็นเทอร์โมพลาสติก ได้รับการจำแนกชนิดของพลาสติก เพื่อนำกลับไปเวียนทำใหม่ (recycle) มีสัญลักษณ์เป็นเลข 5 ซึ่งหมายถึง Resin Identification Code 5

 

ความปลอดภัย

            การใช้ PP มีความปลอดภัยต่อสุขภาพจากความเป็นพิษของสารเคมี ในโรงงานผลิต PP ที่อุณหภูมิสูงที่ปลดปล่อยไอที่อาจระคายเคืองต่อระบบหายใจและตา ก็ยังไม่มีรายงานถึงความเป็นพิษเมื่อต้องสัมผัสกับพลาสติกชนิดนี้ในระยะยาว

การสลายตัวของพอลิโพรไพลีน

            พอลิโพรไพลีนเกิดการสลาย ตัวได้ง่ายในสภาวะที่มีแรงกระแทก ความร้อน ออกซิเจน แสง UV เนื่องจากโครงสร้างมี tertiary carbon atom ที่เกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันได้ง่ายทำให้ตัดพันธะ พอลิเมอร์สายสั้นลง และให้สารกลุ่มอัลดีไฮด์ กรดคาร์บอกซิลิก แลคโตนและเอสเทอร์ออกมาทำให้พอลิเมอร์ไม่คงทนมีรอยแตกและเหลือง

            ดังนั้นเพื่อปรับปรุงคุณสมบัติของพอลิโพรไพลีนสำหรับการใช้งานภายนอกอาคาร อาจต้องมีการเติม carbon black เพื่อป้องกันแสง UV และสารต้านออกซิเดชันเพื่อป้องกันพอลิเมอร์สลายตัว

โพลีโพรพิลีนส่งผลกระทบต่อในด้านต่างๆ ดังนี้

            คนงาน : มีการศึกษาที่บ่งบอกว่าคนงานที่ทำงานเกี่ยวข้องกับโพลีโพรพิลีนมีความเสี่ยง ต่อการเกิดอาการเจ็บป่วยของทางเดินหายใจมากกว่ากลุ่มควบคุม 3.6 เท่า

            ผู้บริโภค : อันตรายของผลิตภัณฑ์จากโพลีโพรพิลีนมาจากสารเม็ดสีที่มีตะกั่วและแคดเมียม ซึ่งผสมลงไปเพื่อทำให้พลาสติกมีสีต่าง ๆ ตะกั่วและแคดเมียมสามารถแพร่กระจายออกมาจากพลาสติกได้ นอกจากนี้โพลีโพรพิลีนเป็นวัสดุที่ติดไฟได้ง่าย ดังนั้นจึงต้องมีการเติมสารหน่วงไฟเพื่อป้องกันการติดไฟ ซึ่งสารหน่วงไฟที่เติมจะเป็นพวกโบรมิเนเตตและคลอริเนเตต สารกลุ่มนี้ถ้าไหม้ไฟแล้วจะให้สารพิษไดออกซิน

ข้อควรคำนึง
           การเผาโพลีโพรพิลีนทำให้เกิดก๊าซพิษ