II. MỘT SỐ LOẠI PLASTIC DÙNG LÀM BAO BÌ
3. Polypropylene – PP
3.1. Giới thiệu
Phương pháp trùng hợp propylene từ cao su rắn hoặc từ dầu lỏng ở áp suất cao đã xuất hiện rất sớm nhưng hiệu quả không cao.
Giáo sư Natta ở Italy đã phát hiện: trong hệ thống xúc tác Ziegler, tri-ethyl nhôm sẽ cộng với titan tetrachloride tạo nên một xúc tác tập thể đặc hiệu để trùng hợp được PP có trọng lượng phân tử cao với cấu trúc lập thể và không nhánh. Xúc tác lập thể đặc hiệu làm nhiệm vụ kiều khiển vị trí của mỗi phân tử monomer đơn vị khi nó được cộng thêm vào để phát triển mạch polymer tránh tạo cấu trúc cân đối từ một monomer đơn vị không cân xứng là propylen. Điều
gian không cân đối đã được sản xuất bằng phương pháp trùng hợp polymer của Natta với xúc tác Ziegler.
Dưới áp suất khoảng 100at, khí được dẫn vào bình phản ứng chất xúc tác được phân tán tốt trong một dung dịch hydrocarbon. Nhiệt độ được giữ thấp đủ để đảm bảo trùng hợp polypropylen. Sự khuấy liên tục được thực hiện đến khi polymer tạo thành đạt khoảng 35÷40% thì chúng được thu hồi và propylen chưa phản ứng được dẫn lấy ra và tái sinh lại.
Xúc tác được tách khỏi polymer bằng dung dịch HCl nồng độ thấp, trong methyl alcohol.
Sau khi tách chiết, polymer được rửa sạch bằng nước để tách acid, chưng cất hơi nước để tách một lượng nhỏ tạp chất có thể bay hơi, được làm khơ, đùn ép và tạo viên. Hiện nay đã phát triển thêm nhiều phương pháp sản xuất polypropylen hiệu quả cao.
3.2. Cấu trúc PP
Polypropylen (PP) có mối quan hệ gần nhất với PE. Cả hai thuộc về họ polyolefin, được hình thành từ những nguyên tử C và H. Trên thị trường PP được sản xuất ở hai dạng chính: homopolymer (chuối polymer của propylen), và dạng copolymer với ethylene, một số mắt xích của chuỗi polymer được thay thế bằng ethylene.
Cấu trúc đơn vị cơ bản của polypropylen là:
Cấu trúc mạch PP tương tự cấu trúc của PE với một nhóm methyl thay thế cho một nguyên tử H. Sự trùng hợp tạo propylen khơng có xúc tác của chất xúc tác lập thể đặc hiệu sẽ xảy ra sự nối kết không trật tự cho ra một loại cao su hoặc một chất plyme như dầu nhờn. Cấu trúc không gian của PP bao gồm bốn loại:
Cấu trúc atactic với sự sắp xếp ngẫu nhiên của những nhóm methyl bên cạnh chuỗi, như hình dưới:
Polymer có cấu trúc cân đối được sản xuất bằng xúc tác lập thể đặc hiệu được gọi là thể Isotactic; tên này xuất phát từ cấu trúc khá đặc biệt: nhóm methyl ln ở vị trí giống nhau dọc theo nhánh polymer. Những nguyên tử C tự sắp xếp vào một chuỗi xoắn ốc với nhóm methyl nằm bên ngồi, hai dạng cấu trúc của thể Isotactic.
Loại Isotactic có cấu trúc cân đối và chặt khít trong khi loại atactic thì có sắp xếp ngẫu nhiên. Hai loại cấu trúc khác là syndiotactic và steroblock loại syndiotactic có nhóm CH3 phân bố xen kẽ đều đặn ở 2 bên của mạch chính. Những polymer stereoblock có thể có sự nghịch chuyển khơng bình thường và trở thành loại polymer isotactic.
3.3. Tính chất của polypropylene
Mạch polypropylene có cấu trúc dạng xoắn như lị xo là do có cấu tạo cis-trans đối với nhóm CH3, khơng có mạch nhánh và tron q trình chế tạo mạch PP đã được kéo dãn theo chiều dài, do đó có xu hướng tạo vùng kết tinh cao, nên có tính chất chống thám khí hơi rất cao, cứng vững, cũng như tính chịu nhiệt cao hơn một số loại plastic khác.
Do cấu trúc khá đặc biệt, màng PP có thể dãn theo chiều ngang, tuy hệ số dãn khơng cao. • Màng trong suốt có độ bóng bề mặt cao, khi bị vò cho tiếng thanh hơn so với PE. ã PP cú t trng thp (0.885 ữ 0.905 (g/cm3)).
ã PP khá bền nhiệt: nhiệt độ chảy mềm:
tnc = 132 ÷ 1490C
thàn = -180C
tmin = 1400C
• Nhiệt độ hàn dán mí (thân) bao bì PP cao hơn so với PE và vậy thường ít dùng PP làm lớp trong cùng vì khi hàn dán nhiệt độ để đóng kín bao bì phải dùng nhiệt độ cao khoảng 1400C, khơng thuận lợi như PE, và có thể gây chảy hư hỏng cấu trúc các lớp màng ghép phía ngồi.
• Với tmin= - 180C thì PP cũng khơng dùng làm bao bì thủy sản lạnh đông bởi các sản phẩm thủy sản lạnh đông phải đạt nhiệt độ trung tâm là -180C, sau đó được bảo quản ở nhiệt độ -180C bao bì PP sẽ bị nứt vỡ.
• Màng PP có tính bền cơ học cao, khá cứng vững, không mềm dẻo như PE, không bị kéo dãn dài do đó được chế tạo thành sợi, dệt thành bao bì đựng lương thực
• Màng PP cho khả năng in ấn cao, nét in rõ.
Ứng dụng của PP
• Dùng làm bao bì một lớp chống thấm nước, hơi, khí O2 chứa đựng bảo quản thực phẩm, nếu yêu cầu chống oxy hóa một cách nghiêm ngặt thì dùng màng PP cú dy cao khong 25ữ30àm. PP cng c sn xut dạng màng ghép cùng với nhiều màng vật liệu khác để đảm bảo tính chống thấm khí, hơi, dầu mỡ.
• Tạo sợi dệt bao bì đựng lương thực, ngũ cốc có khối lượng lớn.
• Màng PP bao phủ ngồi cùng đối với màng ghép nhiều lớp để tăng tính chống thấm khí, hơi nước, và tạo khả năng in ấn cao.
• Đúc thành chai lọ, hộp đựng thực phẩm.
Hình 18 : Ứng dụng của PP trong chế tạo bao bì
4. ORIENTED POLYPROPYLENE – OPP
Màng OPP chính là màng PP cải tiến, cũng thuộc dạng homopolymer, công thức phân tử:
Tương tự như PP, nhưng màng OPP được định hướng thao cả hai chiều thẳng góc nhau trong q trình chế tạo: phương dọc theo chiều dài của màng được đùn ép, và phương ngang thẳng góc với chiều dọc của màng (do sự định hướng cả hai chiều nên trước đây được gọi là BOPP: Bi-
Đặc tính
Do được chế tạo đặc biệt có sự định hướng hai chiều, nên các mạch polymer có khả năng tạo vùng kết tinh tăng cao, tạo nên tính chất đặc biệt khác PP và các loại plastic khác là:
• Tính bền cơ học cao (bền xé và bền kéo đứt).
• Đặc biệt khả năng bị xé rách dễ dàng khi có 1 vết cắt hoặc 1 vết thủng nhỏ. • OPP có tỉ trọng gần tương đương với PP: 0.902 ÷ 0.907 g/cm3.
• OPP có độ trong suốt, độ bóng bề mặt cao hơn PP, tiếng kêu khi vò cũng trong và thanh hơn PP.
• OPP có tính bền nhiệt tương tự PP.
• OPP có tính chất chống thấm O2, khí và hơi cao hơn so với PP. Do đó OPP được chế tạo dạng màng để ghép tạo lớp ngồi cùng cho bao bì nhiều lớp để nhằm tăng tính chống thấm khí hơi, và dễ xé rách để mở bao bì (do có tạo sẵn một vết nứt) và tạo độ bóng cao cho bao bì.