(ΒΟΡΡ FILM) ^ Ν Ε Σ Τ 0 η 0 Υ 'Π Ε Μ Ψ\ yul IK'lSi-T:E0Ai0
ΠΡΟΛΟΓΟΣ.. Γ ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΠΟΛΥΜΕΡΗ ΥΛΙΚΛ...7 1.1 ΙΣΤΟΡΙΚΗ ΛΝΛΣΚΟΠΗΣΗ... 8 1.2 ΠΟΛΥΜΕΡΗ...8 1.3 ΠΟΛΥΜΕΡΙΣΜΟΣ...9 1.4 ΔΙΑΔ1ΚΛΣΙΛ ΠΛΡΛΓΩΓΗΣ ΠΟΛΥΜΕΡΩΝ...9 1.5 ΜΕΤΛΒΛΣΗ ΛΠΟ ΥΛΛΩΔΗ ΣΕ ΕΛΛΣΤΟΜΕΡΗ ΚΛΤΛΣΤΛΣΗ ΠΟΛΥΜΕΡΩΝ... 10 1.6 ΔΙΛΔΙΚΛΣΙΕΣ ΜΟΡΦΟΠΟΙΗΣΗΣ ΠΟΛΥΜΕΡΩΝ...10 1.7 ΚΑΤΗΓΟΡΙΕΣ ΠΟΛΥΜΕΡΩΝ... 11 1.7.1 ΔΙΛΤΛΞΗ ΤΩΝ ΔΟΜΙΚΩΝ ΜΟΝΛΔΩΝ...12 1.7.2 ΚΑΤΛΝΟΜΗ ΤΩΝ ΔΟΜΙΚΩΝ ΜΟΝΛΔΩΝ...14 1.7.3 ΤΡΟΠΟ ΜΟΡΦΟΠΟΙΗΣΗΣ...14 1.7.4 ΔΙΛΧΩΡΙΣΜΟΣ ΤΩΝ ΠΟΛΥΜΕΡΩΝ ΑΝΑΛΟΓΛ ΜΕ ΤΗΝ ΛΝΤΙΔΡΛΣΗ ΠΛΡΛΣΚΕΥΗΣ ΤΟΥΣ... 15 1.8 ΕΦΛΡΜΟΓΕΣ ΤΩΝ ΠΟΛΥΜΕΡΩΝ ΥΛΙΚΩΝ ΣΤΗΝ ΚΑΘΗΜΕΡΙΝΗ ΖΩΗ...16 1.8.1 ΤΟΜΕΙΣ ΕΦΛΡΜΟΓΩΝ ΤΩΝ ΠΟΛΥΜΕΡΩΝ ΥΛΙΚΩΝ...16 2 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΠΡΟΠΥΛΕΝ10 ΠΟΛΥΠΡΟΠΥΛΕΝΙΟ (ΡΡ)... 19 2.1 ΠΡΩΤΗ ΕΜΦΑΝΙΣΗ ΤΟΥ ΠΟΛΥΠΡΟΠΥΛΕΝΙΟΥ... 20 2.2 ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΠΡΟΠΥΛΕΝΙΟΥ... 20 2.3 ΦΥΣΙΚΕΣ-ΧΗΜΙΚΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΠΡΟΠΥΛΕΝΙΟΥ... 21 2.4 ΠΟΛΥΠΡΟΠΥΛΕΝΙΟ... 21 2.5 ΜΟΡΙΑΚΟ ΒΑΡΟΣ... 23 2.5.1 ΚΑΤΑΝΟΜΗ ΜΟΡΙΑΚΟΥ ΒΑΡΟΥΣ... 23 2.6 ΤΕΧΝΙΚΗ ΠΟΛΥΜΕΡΙΣΜΟΥ ΠΟΛΥΠΡΟΠΥΛΕΝΙΟΥ... 24 2.7 ΠΡΟΣΘΕΤΑ ΓΙΑ ΤΟ ΠΟΛΥΠΡΟΠΥΛΕΝΙΟ...25 2.7.1 ΒΟΗΘΗΤΙΚΕΣ ΟΥΣΙΕΣ ΓΙΑ ΤΗΝ ΜΟΡΦΟΠΟΙΗΣΗ...25 2.7.2 ΠΡΟΣΘΕΤΑ ΓΙΑ ΜΕΤΑΒΟΛΗ Η ΚΑΛΥΤΕΡΕΥΣΗ ΙΔΙΟΤΗΤΩΝ...26 2.8 ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΑ ΚΑΤΑ ΤΗΝ ΧΡΗΣΗ ΠΡΟΣΘΕΤΩΝ...26 2.9 ΦΥΣΙΚΕΣ-ΧΗΜΙΚΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΠΟΛΥΠΡΟΠΥΛΕΝΙΟΥ... 27
3 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΤΗΣ ΜΟΝΑΔΑΣ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΒΟΡΡ ΦΙΑΜ... 28 3.1 ΜΟΝΑΔΑ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΒΟΡΡ ΦΙΑΜ...29 3.2 ΣΚΟΠΟΣ ΕΡΓΟΣΤΑΣΙΟΥ... 30 3.2.1 ΣΧΗΜΑ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΤΗΣ ΜΟΝΑΔΑΣ ΒΟΡΡ ΦΙΑΜ...30 3.3 ΠΡΩΤΗ ΥΑΗ...31 3.3.1 ΟΜΟΠΟΑΥΜΕΡΕΣ ΠΟΑΥΠΡΟΠΥΑΕΝΙΟ... 31 3.3.2 ΣΥΜΠΟΑΥΜΕΡΕΣ ΠΟΑΥΠΡΟΠΥΑΕΝΙΟ... 34 3.4 ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΤΗΣ ΠΑΡΑΓΩΓΙΚΗΣ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑΣ ΒΟΡΡ ΦΙΑΜ...34 3.4.1 ΣΥΝΤΟΜΗ ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ... 35 3.5 ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΙΣΟΖΥΓΙΟΥ ΜΑΖΑΣ... 38 4 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΤΡΟΦΟΔΟΣΙΑ ΠΡΩΤΩΝ ΥΑΩΝ-ΘΕΡΜΑΝΣΗ-ΨΥΞΗ...40 4.1 ΑΠΟΘΗΚΕΥΣΗ ΚΑΙ ΤΡΟΦΟΔΟΣΙΑ ΠΡΩΤΩΝ ΥΑΩΝ...41 4.1.1 Σ1ΑΟ ΠΡΩΤΩΝ ΥΑΩΝ... 41 4.1.2 ΗΜΕΡΗΣΙΑ ΣΙΑΟ... 42 4.2 ΠΡΟΣΘΕΤΑ (MASTERBATCHES)... 42 4.2.1 ΒΟΗΘΗΤΙΚΑ ΟΑΙΣΘΗΣΗΣ... 43 4.2.2 ΑΝΤΙΣΤΑΤΙΚΑ...44 4.2.3 ΠΡΟΣΘΕΤΑ ΑΝΤΙΜΠΑΟΚΑΡΙΣΜΑΤΟΣ...45 4.3 ΠΡΟΘΕΡΜΑΝΣΗ - ΞΗΡΑΝΣΗ ΠΡΩΤΩΝ ΥΑΩΝ... 46 4.4 ΤΜΗΜΑ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΤΗΓΜΑΤΟΣ ΡΗΤΙΝΗΣ... 47 4.5 ΤΡΟΦΟΔΟΣΙΑ ΚΥΡΙΟΥ ΕΚΒΟΑΕΑ...48 4.6 ΕΚΒΟΑΕΑΣ ΤΗΞΗΣ... 49 4.7 ΜΕΤΡΗΤΙΚΟΣ ΕΚΒΟΑΕΑΣ... 49 4.8 ΠΕΡΙΦΕΡΕΙΑΚΟΙ ΕΚΒΟΑΕ1Σ... 50 4.9 Φ1ΑΤΡΟ ΠΟΑΥΜΕΡΟΥΣ... 50 4.10 ΔΟΣΟΜΕΤΡΙΚΕΣ ΜΟΝΑΔΕΣ... 50 4.11 ΤΡΟΦΟΔΟΣΙΑ ΠΕΡΙΦΕΡΕΙΑΚΩΝ ΕΚΒΟΑΕΩΝ I ΚΑΙ I I...51 4.12 ΞΗΡΑΝΤΗΡΕΣ ΓΙΑ ΤΟ ΠΡΟΣΘΕΤΟ ΑΝΤΙΜΠΑΟΚΑΡΙΣΜΑΤΟΣ... 51 4.13ΤΟΚΑΑΟΥΠΙ...52 4.14 ΜΟΝΑΔΑ ΜΟΡΦΟΠΟΙΗΣΗΣ ΦΙΑΜ (CAST UNIT)... 54 4.14.1 Ο ΨΥΚΤΙΚΟΣ ΚΥΑΙΝΔΡΟΣ... 54 4.14.2 ΤΟ «ΜΑΧΑΙΡΙ ΑΕΡΑ»... 54
5" ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΤΑΝΥΣΜΟΣ ΚΑΤΑ ΜΗΚΟΣ - ΤΑΝΥΣΜΟΣ ΚΑΤΑ ΠΑΑΤΟΣ... 57 5.1 ΚΑΤΑ ΜΗΚΟΣ ΤΑΝΥΣΜΟΣ (Machine Direction Orienter: MDO)... 58 5.1.1 ΤΜΗΜΑ ΠΡΟΘΕΡΜΑΝΣΗΣ...58 5.1.2 ΤΜΗΜΑ ΤΑΝΥΣΜΟΥ... 59 5.1.3 ΤΜΗΜΑ ΧΑΑΑΡΩΣΗΣ... 59 5.1.4. α ΑΝΙΧΝΕΥΤΗΣ ΚΟΠΗΣ ΦΙΑΜ... 59 5.1.4. β ΜΑΧΑΙΡΙ ΚΟΠΗΣ ΦΙΑΜ... 59 5.2 ΚΑΤΑ ΠΑΑΤΟΣ ΤΑΝΥΣΜΟΣ (Transverse Direction Orienter : TDO)...61 6 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΤΕΛΙΚΟ ΣΤΑΔΙΟ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑΣ ΡΟΛΟΥ- ΠΟΙΟΤΙΚΟΣ ΕΛΕΓΧΟΣ ΗΜΙΕΤΟΙΜΟΥ ΠΡΟΪΟΝΤΟΣ... 65 6.1 ΣΥΣΤΗΜΑ ΤΡΑΒΗΓΜΑΤΟΣ ΦΙΛΜ (PULL ROLL STAND)...66 6.2 ΑΠΟΤΕΛΕΙΤΑΙ ΑΠΟ ΤΙΣ ΕΞΗΣ ΕΠΙ ΜΕΡΟΥΣ ΜΟΝΑΔΕΣ... 66 6.2.1 ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΣ ΚΟΠΗΣ ΑΚΡΩΝ...67 6.2.2 ΜΕΤΡΗΤΗΣ ΠΑΧΟΥΣ ΦΙΛΜ...67 6.2.3 ΣΤΑΘΜΟΙ ΚΑΤΕΡΓΑΣΙΑΣ ΚΟΡΩΝΑΣ...68 6.2.4 ΤΟ ΤΜΗΜΑ ΕΞΟΔΟΥ... 69 6.3 ΣΤΑΘΜΟΣ ΠΕΡΙΤΥΛΙΞΗΣ (WINDER)...71 6.4 ΒΟΗΘΗΤΙΚΟΙ ΠΕΡΙΤΥΛΙΚΤΕΣ...73 6.5 ΜΗΧΑΝΕΣ ΤΕΜΑΧΙΣΜΟΥ ΡΟΛΩΝ (SLITTERS)... 75 6.5.1 ΚΥΡΙΟΣ ΤΕΜΑΧΙΣΤΗΣ (PRIMARY SLETTERS)... 75 6.5.2 ΔΕΥΤΕΡΕΥΩΝ ΤΕΜΑΧΙΣΤΗΣ (SECONDARY SLITTER)...76 6.5.3 ΤΕΜΑΧΙΣΤΗΣ ΓΙΑ ΦΙΛΜ ΤΣΙΓΑΡΩΝ (TOBACCO SUTTER)... 77 6.5.4 ΔΕΥΤΕΡΕΥΩΝ ΤΕΜΑΧΙΣΤΗΣ ΓΙΑ ΦΙΑΜ ΠΡΟΣ ΕΠΙΜΕΤΑΛΛΩΣΗ (SLETTER FOR METALLIZER)... 77 6.6 ΤΕΜΑΧΙΣΤΗΣ ΧΑΡΤΙΝΩΝ ΠΥΡΗΝΩΝ...78 Τ ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΑΝΑΚΥΚΛΩΣΗ ΦΙΛΜ...79 7.1 ΑΝΑΚΥΚΛΩΣΗ ΠΛΕΥΡΙΚΟΥ ΦΙΛΜ (ΡΕΤΑΛΙΟΥ)... 80 7.2 ΚΕΝΤΡΙΚΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΑΝΑΚΥΚΛΩΣΗΣ ΦΙΛΜ... 80 8" ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΑΠΟΘΗΚΕΥΣΗ ΚΑΙ ΠΡΟΕΤΟΙΜΑΣΙΑ ΠΑΡΑΓΟΜΕΝΟΥ ΠΡΟΪΟΝΤΟΣ... 84 8.1 ΑΠΟΘΗΚΕΥΣΗ ΚΑΙ ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗ ΡΟΛΩΝ ΦΙΛΜ...85 8.2 ΓΕΡΑΝΟΣ ΕΤΑΙΡΕΙΑΣ BONE ΑΝΤΙ... 86
8.3 ΒΑΓΟΝΕΤΟ ΜΕΤΑΚΙΝΗΣΗΣ ΡΟΑΩΝ ΑΝΑΚΥΚΑΩΣΗΣ ΚΑΙ ΓΕΡΑΝΟΣ ΜΟΝΤΕΑΟΥ Β7...88 8.4 ΜΕΤΑΦΟΡΑ ΚΑΙ ΑΠΟΘΗΚΕΥΣΗ ΔΕΥΤΕΡΟΓΕΝΩΝ ΡΟΑΩΝ / ΤΕΑΙΚΩΝ ΠΡΟΪΟΝΤΩΝ...88 8.5 ΖΥΓΑΡΙΕΣ ΤΕΜΑΧΙΣΜΕΝΩΝ ΡΟΑΩΝ...90 8.6 ΕΤΟΙΜΑΣΙΑ ΤΩΝ ΕΤΟΙΜΩΝ ΡΟΑΩΝ ΓΙΑ ΠΑΚΕΤΑΡΙΣΜΑ...90 8.7 ΧΕΙΡΙΣΤΕΣ (MANIPULATORS)...90 9" ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΕΠΙΜΕΤΑΛΛΩΣΗ - ΠΟΙΟΤΙΚΟΣ ΕΛΕΓΧΟΣ ΠΡΟΪΟΝΤΟΣ... 93 9.1 ΕΠΙΜΕΤΑΛΛΩΤΗΣ (METALLIZER)...94 9.1.1 ΣΤΑΘΜΟΣ ΕΚΤΥΛΙΞΗΣ / ΕΠΑΝΑΤΥΛΙΞΗΣ ΦΙΛΜ... 94 9.1.2 ΘΑΛΑΜΟΣ ΕΠΙΜΕΤΑΛΛΩΣΗΣ... 95 9.1.3 ΣΥΣΤΗΜΑ ΔΗΜΙΟΥΡΓΙΑΣ ΚΕΝΟΥ...95 9.1.4 ΜΟΝΑΔΑ ΚΑΤΑΨΥΞΗΣ... 95 9.2 ΠΟΙΟΤΙΚΟΣ ΕΛΕΓΧΟΣ...96 10" ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΠΩΛΗΣΗ - ΔΙΑΘΕΣΗ - ΧΡΗΣΕΙΣ ΦΙΛΜ ΡΡ (ΒΟΡΡ FILM) ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ... 109 10.1 ΧΡΗΣΕΙΣ ΤΟΥ ΔΙΑΞΟΝΙΚΑ ΤΑΝΥΣΜΕΝΟΥ ΦΙΛΜ ΠΟΛΥΠΡΟΠΥΛΕΝΙΟΥ (ΒΟΡΡ ΦΙΛΜ)... 110 10.2 ΠΟΡΕΙΑ ΤΟΥ ΒΟΡΡ ΦΙΛΜ ΣΤΗΝ ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΑ...110 10.3 ΔΥΝΑΜΗ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΤΗΣ ΕΤΑΙΡΕΙΑΣ DIAXON... 111 10.4 ΠΩΛΗΣΗ - ΔΙΑΘΕΣΗ ΒΟΡΡ ΦΙΛΜ... 112 10.5 ΤΥΠΟΙ ΔΙΑΞΟΝΙΚΑ ΤΑΝΥΣΜΕΝΟΥ ΦΙΛΜ ΠΟΛΥΠΡΟΠΥΛΕΝΙΟΥ (ΒΟΡΡ ΦΙΛΜ)... 113 10.6 ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ...114 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ... 115
Π1ΝΛΚΑ1 ΣΥΝ l OMEYLLUN ΠΙΝΑΚΑΣ ΣΥΝΤΟΜΕΥΣΕΩΝ Α/Α Συντόμευση Ονομασία (Αγγλικά) Ονομασία (Ελληνικά) 1 ABS Acrylonitrile-Butadiene-Styrene Στυρόλιο-Ακρυλονιτρίλιο- Πολυβουταδιένιο 2 CA Acetylocellylose Ακετυλο κυτταρίνη 3 HDPE Polyethylene High density ΙΙολυαιΟυλένιο υν /ηλής ττυκνότητας 4 LDPE Polyethylene Low density Πολυαιθυλένιο χαμηλής πυκνότητας 5 ΜΕ Melamine resins Ρητίνες Μελαμίνης 6 ΡΑ Polyamide Πολυαμίδιο 7 PC Polycarbonate Πολυάνθρακας 8 ΡΕ Polyethylene Πολυαιθυλένιο Τερεφθαλικό 9 ΡΕΤΡ Polyethylene Terephthalate Πολυαιθυλένιο 10 PF Phenol resins Ρητίνες Φαινόλης 11 ΡΜΜΑ Polymethyl Methacrylate Πολυμετακρυλικός Μεθυλεστέρας 12 ΡΟΜ Polyoxymethylene Πολυοξυμεθυλένιο 13 ΡΡ Polypropylene Πολυπροτιυλένιο 14 PS Polystyrol Πολυστυρόλιο 15 PTFE Polytetrafluoroethylene Τερεφθαλικό Πολυαιθυλένιο 16 PUR Polyurethane Πολυουρεθάνη 17 PVC Polyvinylchloride Πολυβινυλοχλωρίδιο 18 UP Unsaturated Polyester Ακόρεστος Πολυεστέρας 19 SV Silicone Σιλικόνη
ΠΡΟΛΟΓΟΣ Η παρούσα πτυχιακή εργασία της σπουδάστριας και του σπουδαστή Ανεστοπούλου Πελαγίας Βιβικίδη Στέφανου του τμήματος Τεχνολογίας πετρελαίου και φυσικού αερίου του ΤΕΙ Καβάλας, πραγματεύεται την επεξεργασία πολυπροπυλενίου με την μέθοδο του διαξονικού τανυσμού για την παραγωγή ΒΟΡΡ (Biaxially Oriented Polypropylene) φιλμ. Ειδικότερα η μελέτη αναλύει την λειτουργία της βιομηχανικής μονάδας παραγωγής ΒΟΡΡ φιλμ DIAXON η οποία είναι εγκατεστημένη στο νομό Ροδόπης. Τα δεδομένα και οι πληροφορίες για την παρακάτω μελέτη συλλέχθησαν χάρη στην άψογη συνεργασία των υπευθύνων της παραπάνω εταιρείας. Χωρίς την άρτια επαγγελματική υπευθυνότητα και συνεργασία την οποία υπέδειξαν τόσο οι υπεύθυνοι της εταιρείας όσο και ο υπεύθυνος καθηγητής κ. Σταμάτης Νικόλαος, η παρούσα πτυχιακή εργασία δεν θα ήταν δυνατόν να εκπληρωθεί.
r ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΠΟΛΥΜΕΡΗ ΥΛΙΚΑ
: ΚΙ-ΦΑΛΛΙΟ: ΠΟΛΥΜΕΡΙΙ ΥΛ1ΚΛ 1.1 ΙΣΤΟΡΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ Η επιστήμη των πολυμερών είναι από τους πιο εξελίξιμους κλάδους της σύγχρονης κοινωνίας, λόγω του μεγάλου πεδίου εφαρμογών των υλικών των πολυμερών και της ζήτησης που υπάρχει για την παραγωγή. Τα πολυμερή υλικά της τελευταίες δεκαετίες χρησιμοποιούνται σε μεγάλες ποσότητες και σε πολλούς τομείς τόσο στον Ελλαδικό όσο και στον παγκόσμιο χώρο, λόγω κυρίως της εύκολης επεξεργασίας των καλών ιδιοτήτων και του μικρού κόστους. Η παραγωγή συνθετικών πολυμερών θεωρείται μεγάλη προσφορά της χημείας στην καθημερινή μας ζωή. Η τεράστια ανάπτυξη της βιομηχανίας πολυμερών οφείλεται στη δυνατότητα παραγωγής προϊόντων με ποικίλες επιθυμητές ιδιότητες όπως μικρή πυκνότητα, θερμική αγωγιμότητα, αντοχή σε τριβή, κρούση, χημικά, η εύκολη μορφοποίηση κ.α. Η εισβολή των πολυμερών στην καθημερινή μας ζωή κατά τα τελευταία χρόνια έχει οδηγήσει πολλούς να θεωρούν τον αιώνα μας ως αιώνα των «θερμοπλαστικών», σε αναλογία με τον χαρακτηρισμό άλλων εποχών ως του Χαλκού (3000 π.χ.), του Σιδήρου (1500 π.χ.) κτλ. Τα πολυμερή όμως δεν παρουσιάζουν μόνο πλεονεκτήματα, το κυριότερο πρόβλημα που παρουσιάζουν είναι η ρύπανση του περιβάλλοντος. 1.2 ΠΟΑΥΜΕΡΗ Κατά το λεξικό Webster, πολυμερές είναι οποιοδήποτε από τα ποικίλα σύνθετα οργανικά υλικά που παράγονται με πολυμερισμό, ικανά να μορφοποιηθούν και να χυτευτούν σε διάφορα σχήματα και φύλλα ή να κοπούν σε λεπτά νήματα που χρησιμοποιούνται σαν ύφανσιμες ίνες. Ο όρος πολυμερές περικλείει οργανικά υλικά που αποτελούνται κυρίως από άνθρακα, υδρογόνο, άζωτο, χλώριο και θείο και είναι υλικό με ιδιότητες παρόμοιες με εκείνες που διαθέτουν φυσικά προϊόντα όπως το ξύλο, το κόκαλο κ.α. Τα οργανικά υλικά που βασίζονται στα πολυμερή, παράγονται με τη σύνθεση τους από τα πρωτογενή χημικά προϊόντα, που προέρχονται από το πετρέλαιο, το φυσικό αέριο ή τον άνθρακα.
I" ΚΕΦΑΛΑΙΟ: ΠΟΛΥΜΕΡΗ ΥΛΙΚΑ 1.3 ΠΟΛΥΜΕΡΙΣΜΟΣ Πολυμερισμός καλείται η αντίδραιτη μετατροπής του μονομερούς ή μίγματος μονομερών σε πολυμερές. Μονομερή καλούνται ορισμένες απλές ενώσεις που χρησιμοποιούνται για την παρασκευή των πολυμερών. Πρακτικά το μονομερές είναι η επαναλαμβανόμενη δομική μονάδα που τελικά της δίνει το πολυμερές. Για να αντιδράσει μια χημική ένωση ως μονομερές θα πρέπει να διαθέτει δύο ή περισσότερες θέσεις. Η μεγαλύτερη δομική μονάδα από ένα μονομερές καλείται μονομερής ομάδα. Ο όρος πολυμερές αναφέρεται σε κάθε ουσία, που τα μόρια της χαρακτηρίζονται από τη επανάληψη μιας ή περισσοτέρων ομάδων, (δομικές μονάδες), ενωμένων μεταξύ τους σε ένα ικανοποιητικό αριθμό ώστε η ουσία να παρουσιάζει ένα σύνολο ιδιοτήτων που δεν μεταβάλλεται πρακτικά με την πρόσθεση ή την αφαίρεση μιας η περισσότερων δομικών μονάδων. Τα πιο απλά και συνήθη πολυμερή συντίθεται από υδρογονάνθρακες (αποτελούνται μόνο από άνθρακα και υδρογόνο). Συγκεκριμένα αυτά τα πολυμερή αποτελούνται από μικρές δομικές μονάδες συνδεδεμένες σε μακριές αλυσίδες. Τα άτομα άνθρακα που συνδέονται μεταξύ τους με απλούς δεσμούς, είναι η «σπονδυλική στήλη» του μορίου και τα άτομα υδρογόνου ενώνονται κατά μήκος με τα άτομα της βασικής αλυσίδας. Εκτός από υδρογόνο σε πιο σύνθετα πολυμερή απαντώνται διάφορα στοιχεία όπως οξυγόνο, χλώριο, φθόριο, άζωτο, θείο κ.α. 1.4 ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΠΟΑΥΜΕΡΩΝ Η παραγωγική διαδικασία των πολυμερών ξεκινά με θέρμανση των υδρογονανθράκων σε συνθήκες διάσπασης. Συνήθως απαιτείται η παρουσία καταλύτη, έτσι ώστε μεγάλα μόρια να σπάσουν σε μικρότερα όπως το αιθυλένιο, προπένιο κ.α. Η απόδοση του αιθυλενίου π.χ. ελέγχεται με τη θερμοκρασία διάσπασης και είναι μεγαλύτερη από 30 % στους 850 C και προϊόντα όπως το σταρένιο και το βινυλοχλωρίδιο μπορούν να παραχθούν σε μεταγενέστερες αντιδράσεις. Έτσι αυτά αποτελούν τα αρχικά υλικά για την παραγωγή διάφορων ειδών πολυμερών. Επομένως αυτή η διαδικασία έχει στόχο τη μετατροπή του φυσικού αερίου ή συστατικών του αργού πετρελαίου σε μονομερή όπως αιθυλένιο, προττυλένιο, βουτυλένιο, σταρένιο κ.α. Στη συνέχεια αυτά τα μονομερή ενώνονται με χημικούς δεσμούς σχηματίζοντας αλυσίδες και ονομάζονται πολυμερή. Κάθε μονομερές οδηγεί σε ρητίνη με διαφορετικές ιδιότητες και χαρακτηριστικά.
I ΚΙ.ΦΛΛΛΙΟ ΙΙΟΛΥΜΕΡΗ ΥΛΙΚΛ Οι τελικές ρητίνες μπορούν να μορφοποιηθούν για να παράγουν διάφορα είδη πολυμερών προϊόντων με εφαρμογή σε πολλές και μεγάλες αγορές. Η ποικιλία και η μεταβλητότητα των ρητινών επιτρέπουν στο σύνθετο αυτό υλικό, να πάρει ειδικά σχήματα και σχέδια για απαιτήσεις συγκεκριμένων εργασιών. Αυτός είναι ο λόγος που κάποια πολυμερή ενδείκνυνται σε κάποιες εφαρμογές, ενώ άλλα ενδείκνυται η χρήση τους σε ένα εντελώς διαφορετικό πεδίο εφαρμογής. Έτσι οι δυνατότητες τους ανέρχονται σε χιλιάδες. 1.5 ΜΕΤΑΒΑΣΗ ΑΠΟ ΥΑΑΩΑΗ ΣΕ ΕΑΑΣΤΟΜΕΡΗ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΠΟΑΥΜΕΡΩΝ Στη στερεή κατάσταση τα άμορφα πολυμερή παρουσιάζονται ως σκληρά και εύθραυστα υλικά. Οι μακρομοριακές αλυσίδες είναι διευθετημένες τυχαία στο χώρο και περιπλεγμένες μεταξύ τους με πολύ μικρή δυνατότητα αλλαγής της μορφολογίας τους. Η μόνη κίνηση που παρατηρείται είναι οι δονήσεις τάσεις, κάμψης ή στρέψης των δεσμών των μακρομορίων. Η κατάσταση αυτή χαρακτηρίζεται ως υαλώδης κατάσταση. Όταν στο πολυμερές δοθεί θερμική ενέργεια οι δονήσεις των δεσμών μπορούν να προκαλέσουν τη μετακίνηση τμημάτων των μακρομοριακών αλυσίδων μέσα στο κενό χώρο που υπάρχει μεταξύ των αλυσίδων ο οποίος καλείται ελεύθερος όγκος. Η νέα κατάσταση του πολυμερούς στην οποία είναι δυνατή η μετακίνηση τμημάτων των μακρομοριακών αλυσίδων χαρακτηρίζεται ως ελαστομερής κατάσταση. 1.6 ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΕΣ ΜΟΡΦΟΠΟΙΗΣΗΣ ΠΟΑΥΜΕΡΩΝ Η μοριακή διευθέτηση των πολυμερών που στερούνται συγκεκριμένης διάταξης είναι άμορφη, μοιάζουν με το θέαμα που έχουν τα μακαρόνια στο πιάτο!! (διευθετούνται δηλαδή σε τυχαίες θέσεις στο χώρο). Ελέγχοντας και ελλατώνοντας τη θερμοκρασία κατά τη διαδικασία του πολυμερισμού, το παραγόμενο πολυμερές καταλήγει να έχει άμορφη οργάνωση. Τα άμορφα πολυμερή είναι συνήθως διαφανή. Φυσικά όλα τα πολυμερή δεν είναι διαφανή. Οι πολυμερικές αλυσίδες σε αντικείμενα αδιαφανή ή ημιδιαφανή έχουν κρυσταλλική οργάνωση. Εξ ορισμού η κρυσταλλική διάταξη έχει άτομα, ιόντα ή στην περίπτωση αυτή, μόρια σε συγκεκριμένη και ευκρινή μορφή. Έτσι ακριβώς όπως η μείωση της θερμοκρασίας οδηγεί σε άμορφη οργάνωση με την κατάλληλη διαδικασία μπορεί να ελεγχθεί και ο βαθμός κρυσταλλικότητας. Μάλιστα όσο πιο μεγάλος είναι ο βαθμός κρυσταλλικότητας, τόσο λιγότερο φως
Γ ΚΙ.ΦΑΛΑΙΟ: ΠΟΛΥΜΕΡΗ ΥΛΙΚΑ μπορεί να περάσει μέσω του πολυμερούς, επομένως και ο βαθμός διαφάνειας ή ημιδιαφάνειας εξαρτάται άμεσα από την κρυσταλλικότητα. 1.7 ΚΑΤΗΓΟΡΙΕΣ ΠΟΛΥΜΕΡΩΝ Τα πολυμερή είναι δυνατόν να χωριστούν σε πολλές κατηγορίες ανάλογα με την προέλευση, τον τρόπο παραγωγής, τις αντιδράσεις πολυμερισμού, τις ιδιότητες, τη φύση και τη δομή της αλυσίδας, την ομοιότητα ή όχι των επαναλαμβανόμενων δομικών μονάδων κτλ. Κάθε πολυμερές έχει πολύ συγκεκριμένες ιδιότητες, αλλά τα περισσότερα έχουν τα παρακάτω χαρακτηριστικά: > Μπορούν να είναι πολύ ανθεκτικά σε χημικά αρκεί να λάβουμε υπόψη μας τα υγρά απορρυπαντικά που ενώ είναι πολύ επικίνδυνα στην επαφή με το ανθρώπινο σώμα είναι συσκευασμένα σε πολυμερές υλικό. > Τα πολυμερή μπορούν να είναι θερμικοί και ηλεκτρικοί μονωτές. Μια ματιά μέσα στο σπίτι θα ενισχύσει αυτή τη σκέψη, όπως θα παρατηρήσει κανείς πολλές συσκευές είναι καλυμένες με πολυμερές υλικό για την αποφυγή ατυχημάτων σαν τα εγκαύματα, την ηλεκτροπληξία κτλ. > Γενικά τα πολυμερή είναι πολύ ελαφριά με ποικίλους βαθμούς αντίστασης και αντοχής, αρκεί να σκεφτούμε το εύρος των εφαρμογών από τα παιχνίδια ως τα πλαίσια κατασκευών διαστημικών σταθμών ή από τις λεπτές ίνες νάιλον (nylon) ως τα υλικά κατασκευής οικιών. > Τα πολυμερή μπορούν να επεξεργαστούν με διάφορους τρόπους για την παραγωγή λεπτών ινών ή πολύπλοκων τεμαχίων. Τα πολυμερή μπορούν να πλαστούν σε διάφορα σχήματα από μπουκάλια ως καλύμματα αυτοκινήτων, ενώ άλλα πολυμερή μπορούν να αφροποιηθούν. Οι ποικίλες ιδιότητες των πολυμερών μπορούν περαιτέρω να εμπλουτιστούν με κάποια από την τεράστια ποικιλία των προσθέτων προκειμένου να διερευνηθούν οι χρήσεις και οι εφαρμογές τους.
1" ΚΕΦΑΛΑΙΟ: ΠΟΛΥΜΙίΡΜ ΥΛΙΚΑ 1.7.1 Ανάλογα με τη διάταξη των δομικών μονάδων τα πολυμερή διακρίνονται σε: 1. Γραμμικά (near) 2. Διακλαδωμένα (branched) 3. Διασταυρωμένα (cross-linked) - Παράδειγμα γραμμικού πολυμερούς αποτελεί το πολυαιθυλένιο υψηλής πυκνότητας (HOPE), το πολυβινυλοχλωρίδιο (PVC), ο πολυμεθακρυλικός στεαρυλεστέρας κ.α. HDPE I I I C-C-C I I I Η Η Η Η Η Η Η Η 1 1 1 1 1 1 1 1 Ο C-C- C- C - C- C- C - - ι 1 Η Η 1 Η 1 Η 1 Η 1 Η 1 Η 1 Η 1 PVC Η Η 1 1 [-C-C-] I I Η C1
Γ' kl ;Φ.ν.\ΑΙΟ: ΠΟΛΥΜΕΡΗ ΥΛΙΚΑ Πολυμεθακρυλικός στεαρυλεστέρας CH3 I -C H 2- C - I 0 = C - 0 - C, 8H37 - Παράδειγμα διακλαδωμένου πολυμερούς αποτελεί το πολυαιθυλένιο χαμηλής ττυκνότητας (LDPE), στο οποίο οι διακλαδώσεις κατανέμονται τυχαία κατά μήκος της αλυσίδας, με αποτέλεσμα να αυξάνεται ο όγκος και να ελαττώνεται η ττυκνότητα του πολυμερούς. (C H 2 )-xh I -CH2 - CH2 - CH - CH2 - CH2 - CH, - CH2 - CH - CH7 - CH2- I (C H 2 )- xh (C H 2 )- zh I Επίσης τα εμβολιασμένα συμπολυμερή αποτελούν παραδείγματα διακλαδωμένων πολυμερών. - Τυπικό παράδειγμα διασταυρωμένου πολυμερούς αποτελεί το βουλκανισμένο φυσικό καουτσούκ. Το φυσικό καουτσούκ (πολύ-οΐ8-1,4- ισοπροπένιο) αποτελείται από μακρομόρια που οικοδομούνται από την επανάληψη ισοπροπενικών ομάδων. Η CH3 \ / C = C Η / \ / Η C = C \ Η Πολυμερισμός με κατάλυση κατά Ziegler Natta -[-C H 2 \ / c =c / \ H3C Η C H 2-J-
1" ΚΕΦΑΛΑΙΟ: ΠΟΛΥΜΕΡΗ ΥΛΙΚΑ 1.7.2 Ανάλογα με την κατανομή των δομικών μονάδων διακρίνονται σε: 1. Τυχαία, τύπου: Α Β Α Α Α Β Β Α Β Β 2. Εναλλασσόμενα, τύπου: - Α - Β - Α - Β - Α - Β - 3. Αδρομερή, τύπου: Α Α Α Β Β Α Α Α Β Β Β Β 4. Εμβολιασμένα, τύπου: - Α - Α - Α - Α - Α - Α - Α - Α - Α - Α - Α - Α - Α - Β Β 1 Β 1 1 Β1 1 1 Β 1.7.3 Ανάλογα με τον τρόπο μορφοποίησης τους, διακρίνονται σε: 1. Θερμοπλαστικά: Εκείνα τα οποία κατά την κατεργασία τους με θέρμανση, καθίστανται μαλακά και εύπλαστα και με την επίδραση πίεσης μορφοποιούνται σε επιθυμητά σχήματα, (π.χ. PVC, PC, νάιλον). 2. Θερμοσκληρυνόμενα: Είναι εκείνα τα πολυμερή τα οποία θερμαινόμενα υπό πίεση σκληραίνουν. Το φαινόμενο δεν είναι αντιστρεπτό και οφείλεται σε χημική αντίδραση που οδηγεί σε τρισδιάστατο πλέγμα (π.χ. φαινολικές, αμινικές, εποξειδικές ρητίνες).
1' ΚΕΦΑΛΑΙΟ; IIGAYMEPH ΥΛΙΚΑ 3. Ελαστομερή: Τα ελαστικά πολυμερή τα οποία μπορούν να εκταθούν στο διπλάσιο τουλάχιστον μήκος τους, με την επίδραση ελκτικής δύναμης και στη συνέχεια να επανέλθουν στην αρχική τους κατάσταση, όταν πάψει να εφαρμόζεται η δύναμη (π.χ. συνθετικό καουτσούκ). 1.7.4 Τέλος ένας σημαντικός διαχωρισμός των πολυμερών γίνεται ανάλογα με την αντίδραση παρασκευής τους. Σύμφωνα με αυτόν, χωρίζονται σε: 1. Πολυμερή προσθήκης: Είναι εκείνα που η δομική τους μονάδα διαθέτει ακριβώς τα ίδια άτομα όπως το μονομερές από το οποίο προήλθαν και προκύπτουν από μονομερή που περιέχουν ολεφινικό (διπλό) δεσμό (π.χ. ΡΕ, PVC). Μονομερές Η Η \ / c =c / \ Η Η Πολυμερές Η Η I 1 -[-C-C-]- I I Η Η 2. Πολυμερή συμπύκνωσης: Είναι εκείνα τα οποία έχουν στις μονομερείς τους μονάδες λιγότερα άτομα από τα αντίστοιχα μονομερή από τα οποία προήλθαν και συνήθως κατά την αντίδραση πολυμερισμού έχουμε εκτός από την παραγωγή του πολυμερούς και παραπροϊόντα όπως Η2Ο. Π.χ. Μονομερές: Η - Ο - CH2 - CH2 - ΟΗ (αιθυλενογλυκόλη) Πολυμερές: (- Ο - CH2- CH2 -) η (πολυαιθυλενογλυκόλη) Μονομερής ομάδα: - Ο - CH2 - CH2 -
1.8 ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΤΩΝ ΠΟΛΥΜΕΡΩΝ ΥΛΙΚΩΝ ΣΤΗΝ ΚΑΘΗΜΕΡΙΝΗ ΖΩΗ Είναι γνωστό πλέον ότι οι εφαρμογές και οι χρήσεις των πολυμερών έχουν κατακλείσει την αγορά και αποτελούν αναπόσπαστο μέρος της καθημερινής ζωής όλων των ανθρώπων. Η μεταβλητότητα των ιδιοτήτων τους από πολυμερές σε πολυμερές οδηγεί σε πολλαπλή χρησιμότητα. Από τα μπουκάλια εμφιάλωσης μέχρι τα ψυγεία και από το αμάξι που οδηγούμε μέχρι την τηλεόραση που βλέπουμε, περιλαμβάνουν εφαρμογές πολυμερών προϊόντων. Ειδικότερα παρουσιάζουν τα πλεονεκτήματα του μικρού βάρους και της μεγάλης αντοχής, γεγονός το οποίο τα καθιστά ιδιαίτερα εύχρηστα. Η ιστορία των πολυμερών περιλαμβάνει από τα πιο απλά ως τα πιο παράξενα αντικείμενα που μπορεί κανείς να φανταστεί, όπως μπάλες μπιλιάρδου, τεχνητά δόντια, φουσκωτές πολυθρόνες και ζωάκια που επιπλέουν στη μπανιέρα!! Αυτή η ξεχωριστή οικογένεια υλικών αποτελούν ένα ξεχωριστό κεφάλαιο στη συνεχή και όχι πάντα αβλαβή προσπάθεια του ανθρώπου να ξεπεράσει τη φύση. 1.8.1 Παρακάτω θα αναφέρουμε τους σημαντικότερους τομείς εφαρμογών των πολυμερών υλικών. Οικοδομική: Φύλλα, ταινίες στεγανοποίησης, στόκοι, σωλήνες, μονώσεις, τεχνητοί λίθοι, δάπεδα, επενδύσεις, λουτήρες, ντους, πισίνες, έπιπλα, κόλλες, πλάκες, κολλήσεις σε γέφυρες κ.α. Π.χ. ΡΕ, PVC, PUR, ΡΡ, ΡΕ, UP, ABS, ΕΡ κ.α. Κατασκευή μηχανών και συσκευών: Τροχοί, γρανάζια, ρουλεμάν, έδρανα, βάσεις τοποθέτησης μηχανών, εργαλεία, επενδύσεις δοχείων κ.α. Π.χ. ΡΑ, ΡΕ, PC, ΡΕ, PUR, ΡΡ, PVC, κ.α. Ηλεκτροτεχνία: Τμήματα συσκευών και μηχανών, θήκες, διακόπτες, πρίζες, μονώσεις καλωδίων, φύλλα ττυκνωτών κ.α. Π.χ. PVC, ABS, ΡΜΜΑ, PS, ΜΕ, ΡΤΕΕ, ΡΕ κ.α.
1 kl(da.\alu: ΙΙΟΛΥΜΕΡΗ ΥΛΙΚΑ Μεταφορικά μέσα: Λάστιχα, ταπετσαρία, επενδύσεις θυρών, ζώνες ασφαλείας, τιμόνι, θήκες φίλτρων, τμήματα του καρμπυρατέρ, δοχεία βενζίνης, βαγόνια, θαλάσσια σκάφη, ττηδάλια, έλικες, θάλαμοι καύσεως, ασπίδες θερμότητας, διαυγή τζάμια κ.α. Π.χ. PVC, ΡΕΤΡ, ABS, PUR, ΡΑ, ΡΕ, ΡΜΜΑ, ΡΤΕΕ, φαινολικές ρητίνες με ίνες υάλου κ.α. Πυρηνική τεχνολογία: Προκαλύμματα αντιδραστήρων, ρύθμιση (μετριασμό) νετρονίων κ.α. Π.χ. ΡΕ Ιατρική: Σωλήνες, δοχεία, σύριγγες, επίδεσμοι, καθετήρες, συσκευές μετάγγισης αίματος, τμήματα συσκευών καρδιάς - ττνευμόνων, αντικατάσταση οστών, προσθετικά οργάνων, φίλτρα νεφρών κ.α. Π.χ. ΡΕ, ΡΡ, PVC, PC, PS, PA, ΡΕΤΡ-ίνες, ΡΜΜΑ, ΡΤΕΕ, σιλικόνες κ.α. Συσκευασία: Φύλλα συσκευασίας, τσάντες, πορτοφόλια, σακουλάκια, δοχεία για μεταφορά, κουτιά, κύπελλα, καλάθια, φιάλες κ.α. Π.χ. ΡΕ, PVC, ΡΡ, ΡΕΤΡ, PS, σελοφάν κ.α. Οικιακά: Σκεύη, σερβίτσια, τμήματα κουζινών-ψυγείων, τραπεζομάντιλα, δοχεία συντήρησης κ.α. Π.χ. PVC, ΡΑ, ΡΜΜΑ, PS, PC, ABS, PF, ΜΕ κ.α. Γεωργία: Φύλλα κάλυψης καλλιεργειών, τμήματα γεωργικών μηχανών, θερμοκήπια, σκεπές, δοχεία, σιλό τροφών, σωλήνες αρδεύσεως, σωλήνες ραντίσματος, μονωτικά θερμότητας κ.α. Π.χ. ΡΕ, PVC, ΡΜΜΑ, αφρώδης UF, PS κ.α. Υφαντουργία: Ποικιλία ινών Π.χ. ΡΕΤΡ, ΡΑ, ακρυλικά
1 kl(d.v;\a10: ΠΟΛΥΜΕΡΗ ΥΛΙΚΑ To σίγουρο είναι πως οι παραπάνω αναφορές είναι ενδεικτικές, τα πολυμερή έχουν διεισδύσει σε όλους τους χώρους της παγκόσμιας αγοράς και αφορούν πια κάθε επαγγελματία όπως επίσης και κάθε άνθρωπο. Όσο περισσότερες εφαρμογές βρίσκουν τα πολυμερή στην καθημερινή ζωή, τόσο εντονότερα εκφράζονται αντίθετες απόψεις - η θετική και αυτή που αφορά την επικινδυνότητα. Μπορεί στα πρώτα στάδια να συμβόλιζε την προσπάθεια των σύγχρονων αλχημιστών να ξεπεράσουν τη φύση, δημιουργώντας το τέλειο συνθετικό υλικό, αργότερα όμως έγινε το σύμβολο της καταναλωτικής μανίας που κατέλαβε τη Δύση και εκφράζεται με τον «γρήγορο» και «εύκολο» τρόπο ζωής, ο οποίος χρειάζεται υλικά φθηνά και πρόχειρα. Σε τελική ανάλυση τα πολυμερή είναι το σύμβολο του 20 αιώνα και σίγουρα του επομένου. Το λιγότερο που μπορεί να ευχηθεί κανείς είναι τουλάχιστον τα επόμενα χρόνια να γίνει πιο ορθολογική και λογική η χρήση τους. Σημαντικό παράδειγμα αναφοράς της εξέχουσας θέσης που κατέχουν τα πολυμερή υλικά σήμερα αποτελεί η διάκριση στη Στοκχόλμιη όπου ο Γάλλος Yves Chauvin και οι Αμερικανοί Robert Grubbs και Richard Schrock κέρδισαν το βραβείο Νόμπελ Χημείας 2005 για τις ανακαλύψεις τους που βοηθούν τις βιομηχανίες να παράγουν φάρμακα και πολυμερή προϊόντα, αποτελεσματικότερα και με λιγότερο επιβλαβή απόβλητα. Η βασιλική σουηδική ακαδημία των επιστημών απένειμε το βραβείο Νόμπελ Χημείας 2005 από κοινού σε Chauvin, Grubbs και Schrock "για την ανάπτυξη της μεθόδου αντιδράσεις μετάθεσης στην οργανική σύνθεση, "ένας τρόπος να ρυθμιστούν εκ νέου οι ομάδες ατόμων μέσα στα μόρια που η βασιλική ακαδημία της Σουηδίας παρομοίασε" με έναν χορό στον οποίο τα ζεύγη αλλάζουν συντρόφους".
2 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΠΡΟΠΥΑΕΝΙΟ ΠΟΛΥΠΡΟΠΥΑΕΝΙΟ (ΡΡ)
νΐιι ΟΙΙΥΛΕΝΙΟΡΡ 2.1 ΠΡΩΤΗ ΕΜΦΑΝΙΣΗ ΤΟΥ ΠΟΛΥΠΡΟΠΥΛΕΝΙΟΥ Το πολυπροττυλένιο πρωτοεμφανίστηκε το 1950 όταν εννέα εταιρείες έφτασαν ταυτόχρονα στην παραγωγή του και τελικά η εταιρεία PHILIPS PETROLEUM OF NETHERLANDS να πιστώνεται την ανακάλυψη του. Με τη χρήση καθαρού προπυλενίου και του καταλύτη TiCl3-Al(C2H5)2Cl παράχθηκε σε εμπορική κλίμακα το ισοτακτικό πολυπροττυλένιο το οποίο άρχισε να χρησιμοποιείται σε πολλές εφαρμογές καθώς ήταν στερεό και είχε μεγάλη αντοχή στη θερμοκρασία. Τελευταία με τη χρήση μεταλλοκενίων ως καταλύτες καθορίζεται σε μεγάλο ποσοστό η τακτικότητα του πολυπροττυλενίου και με τη χρήση υδροκαρβονικών διαλυτών περιορίζεται η άτακτη δομή. Το πολυπροπυλένιο σήμερα χρησιμοποιείται σε ακόμα μεγαλύτερο πεδίο εφαρμογών λόγω της ανάπτυξης της τεχνολογίας των καταλυτών και των προσθέτων. 2.2 ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΠΡΟΠΥΑΕΝΙΟΥ Το προττυλένιο ή προπένιο (CiHe) είναι το επόμενο μέλος της ομόλογης σειράς των αλκενίων μετά το αιθυλένιο και από τις σημαντικότερες πρώτες ύλες στην πετροχημική βιομηχανία. Παράγεται: 1. Ως παραπροϊόν της διεργασίας της ττυρόλυσης με ατμό που χρησιμοποιείται για την παράγωγη του αιθυλενίου. 2. Ως προϊόν καύσης οργανικών υλικών (από καύση της βιομάζας, από τον καπνό του τσιγάρου, εξατμίσεις αυτοκινήτων). Η συγκέντρωσή του στην ατμόσφαιρα είναι πάνω από τις πόλεις 2,6-23,3 ppb και πάνω από τις επαρχιακές πόλεις 0,007-4,8 ppb. 3. Ως παραπροϊόν της διεργασίας της καταλυτικής ττυρόλυσης που χρησιμοποιείται για την παραγωγή της βενζίνης. Στο εργοστάσιο παράγεται με αφυδρογόνωση του προπανίου (βλέπετε την παρακάτω χημική αντίδραση) και αφυδραλογόνωση αλκυλαλογονιδίων. CH3 -C H 2 -C H 3 CH3-CH = CH2
2' ΚΕΦΛΛΑΙΓ. ΠΡΟΠΥΛ' : ηθλ> Ί Ι'ΟΠΥΛΕΝΙΟ ΡΡ 2.3 ΦΥΣΙΚΕΣ - ΧΗΜΙΚΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΠΡΟΠΥΑΕΝΙΟΥ Το προττυλένιο είναι αέριο άχρωμο, υγροποιείται σε θερμοκρασία - 40 C ή σε κανονική θερμοκρασία αλλά πίεση δέκα 10 φορές μεγαλύτερη της ατμοσφαιρικής. Είναι ιδιαίτερα εύφλεκτο και με τον αέρα δημιουργεί εκρηκτικά μίγματα, είναι και αυτό αδιάλυτο στο νερό και διαλυτό σε μη πολικούς διαλύτες όπως βενζόλιο, αιθέρα και χλωροφθόρμιο. Αντιδρά με αλογόνα και υδρογόνο και χρησιμοποιείται και για παρασκευή οξειδίου του προπυλενίου, ισοπροπυλικής αλκοόλης και κουμενίου (αυτό χρησιμοποιείται για την παράγωγη εποξικών ρητινών). Αν έρθει σε επαφή με το δέρμα δημιουργεί κρυοπαγήματα και σε συγκεντρώσεις στον αέρα πάνω από 15 % προκαλεί νάρκωση. 2.4 ΠΟΛΥΠΡΟΠΥΛΕΝΙΟ Σχηματίζεται από το προπυλένιο με βάση την παρακάτω αντίδραση: Η I CH3 C = C I Η I I Η 2. Μεταλοκενίων Η I CH3 [C - C1- I Η I I Η Το μέγεθος και σχήμα του πολυπροπυλενίου που παρουσιάζεται παρακάτω παρουσιάζεται μια γωνία άνθρακα με άνθρακα ίση με 112 και μια απόσταση μεταξύ τους 0,154 nm: C H 3
): ΠΙΌΠΥΛΕΝΙΟ-ΙΙΟΑ'ι lipurr. Η διάταξη του -CHj στη μακρομοριακή αλυσίδα είναι υπεύθυνη για την ύπαρξη διαφόρων τύπων προπυλενίου όπως το ισοτακτικό, το άτακτο και το συνδιοτακτικό. Μια ειδική περίπτωση πολυπροπυλενίου είναι το ελαστομερές πολυπροττυλένιο (συνδυασμός ισοτακτικού και άτακτου). - -CH2-CH-CH2-CH-CH2-CH-CH2-CH-CH2-C H ----- I CH, CH3 I CH3 I CH3 I CH3 ισοτακτικό πολυπροπυλένιο (isotactic polypropylene) CH3 I CH3 I - CH.-CH-CH,-CH-CH.-CH-CHo-CH-CHo-CH - I I I CH3 CH3 CH3 άτακτο πολυπροπυλένιο (atactic polypropylene) CH3 I CH3 I - CH.-CH-CH,-CH-CH7-CH-CH.-CH-CH,-CH - 1 I 1 CH3 CH3 CH3 συνδιοτακτικό πολυπροττυλένιο (syndiotactic polypropylene)
: Κί,ΦΛΛΛΚ): ί^p011^.\l.:n10-π(jλyπpom ΜΝΙΟΙΊ' Η διάταξη αυτή και κατά συνέπεια οι διάφορες μοριακές δομές, εττηρεάζεται από τους καταλύτες που θα χρησιμοποιηθούν κατά τη διάρκεια της αντίδρασης αλλά και τις τεχνικές πολυμερισμού που θα εφαρμοστούν. Το πολυπροπυλένιο δεν μπορεί να πολύ μεριστεί με τον πολυμερισμό ελεύθερων ριζών και τα συνήθη συστήματα καταλυτών που χρησιμοποιούνται για την παραγωγή του και την επίτευξη συγκεκριμένων δομών, είναι των μεταλλοκενίων και των Ziegler-Natta. Το συνήθως χρησιμοποιούμενο για εμπορική χρήση πολυπροπυλένιο είναι το ισοτακτικό και τα δύο στοιχεία που καθορίζουν σε μεγάλο βαθμό τις ιδιότητες του είναι το MB και ο σχηματισμός της αλυσίδας του. Στην Ελλάδα μονάδα παρασκευής πολυπροττυλενίου υπάρχει στη Θεσσαλονίκη (Ελληνικά Πετρέλαια). 2.5 ΜΟΡΙΑΚΟ ΒΑΡΟΣ Το μοριακό βάρος του πολυπροπυλενίου κυμαίνεται μεταξύ 10.000-1.000.000 gr/mol όμως το εύρος του μοριακού βάρους που χρησιμοποιείται σε εμπορικές εφαρμογές είναι πολύ μικρότερο. Πολυπροπυλένιο με χαμηλά μοριακά βάρη έχουν μικρό ιξώδες και μπορούν εύκολα να μορφοποιηθούν. Έτσι το μοριακό βάρος χρησιμοποιείται για τον έμμεσο προσδιορισμό του δείκτη ροής κατά την τήξη καθώς καθορίζει το ιξώδες κατά την τήξη του πολυμερούς. Το εμπορικά χρησιμοποιούμενο πολυπροπυλένιο έχει βαθμό ροής μεταξύ 0,2-100 gr/lomin σύμφωνα με την ASTM D-1238. Όσο μικρότερος είναι ο δείκτης ροής τόσο σκληρότερο είναι το υλικό. 2.5.1 ΚΑΤΑΝΟΜΗ ΜΟΡΙΑΚΟΥ ΒΑΡΟΥΣ Με αυτή την παράμετρο καθορίζεται η επεξεργασιμότητα και οι φυσικές ιδιότητες του υλικού. Ένα στενό φάσμα κατανομής μοριακού βάρους τείνει να βελτιώσει τις κρυσταλλικές ιδιότητες του πολυμερούς, τη σκληρότητα του και τη θερμοκρασία παραμόρφωσης ενώ παράλληλα μειώνει την ελαστικότητα του.
^ Κ ΦΛΛΛ1 ΠΡΟΠν _ ι_ Ι10ΛΥΠΡ0ΠΥΛΕΝ10 ΡΡ 2.6 ΤΕΧΝΙΚΗ ΠΟΛΥΜΕΡΙΣΜΟΥ ΠΟΛΥΠΡΟΠΥΛΕΝΙΟΥ Δύο είδη μπορούν να κατασκευαστούν, το ομοπολυμερές και το συμπολυμερές. Το ομοπολυμερές παρασκευάζεται μόνο με τη χρήση του προπυλενίου. Γίνεται στην υγρή φάση και το πολυμερές που παράγεται υπό μορφή σκόνης διέρχεται μέσα από έναν εξολκέα συνεχούς συμπίεσης και μετατρέπεται σε κόκκους. Αντίθετα το συμπολυμερές παράγεται με την προσθήκη αιθυλενίου ως συμπολυμερούς και παρουσιάζει καλύτερες ιδιότητες. Παράγεται σε θερμοκρασία 50-80 "C και πιέσεις 5-25 atm. Το προπυλένιο ενώνεται με καταλύτη και αφού περάσουν από τον αντιδραστήρα όπου γίνεται η αντίδραση κατάλυσης ενώνονται με το αιθυλένιο και γίνεται ο πολυμερισμός σε αντιδραστήρα αέριας φάσης. Έπειτα το μονομερές που δεν αντέδρασε απομακρύνεται από το πολυμερές με χρήση ατμού και ξαναεισάγεται στη διεργασία. Στη συνέχεια το πολυμερές μορφοποιείται με: 1. Εκβολή 2. Εμφύσηση 3. Έγχυση 4. Εξέλαση Στην παρούσα μελέτη όπου γίνεται ανάλυση της μονάδας παραγωγής φιλμ πολυπροπυλενίου με διαξονικό τανυσμιό (ΒΟΡΡ), το πολυπροπυλένιο μορφοποιείται με εκβολή.
2"ΚΕΦΑΛΑΙΟ: ΠΡ0Πν,\ΠΝ10-Π0ΛΥΠΡ0ΠΥΛΕΝ10 ΡΡ 2.7 ΠΡΟΣΘΕΤΑ ΓΙΑ ΤΟ ΠΟΑΥΠΡΟΠΥΑΕΝΙΟ Τα πρόσθετα είναι ουσίες οι οποίες με την προσθήκη τους σε συγκεκριμένες αναλογίες στη μάζα του πολυμερούς, υποβοηθούν το πολυμερές στη μορφοποίηση του και μεταβάλλουν τις ιδιότητες του ανάλογα με τη χρήση του. Όμως επειδή τα πρόσθετα δεν επηρεάζουν μόνο τις ιδιότητες για τις οποίες προστίθενται αλλά και κάποιες άλλες, δεν χρησιμοποιούνται συνήθως μεμονωμένα αλλά χρησιμοποιούνται σε συνδυασμό με άλλα πρόσθετα τα οποία μειώνουν τις παράπλευρες απώλειες. Σε σπάνιες περιπτώσεις μπορεί να μορφοποιηθεί η μάζα του πολυμερούς στην κατάσταση που βρίσκεται εξερχόμενη από τη μονάδα παραγωγής της. 2.7.1 ΒΟΗΘΗΤΙΚΕΣ ΟΥΣΙΕΣ ΓΙΑ ΤΗΝ ΜΟΡΦΟΠΟΙΗΣΗ Το πολυπροπυλένιο είναι ανθεκτικό στα διαλύματα αλάτων, στα οξέα, στα αλκάλια και στην υγρασία. Όμως επηρεάζεται από ισχυρά οξειδωτικούς παράγοντες, τη θερμοκρασία και την υπεριώδη ακτινοβολία. Γι αυτό στη μάζα του παρέχονται πρόσθετα που το κάνουν ανθεκτικό στους παραπάνω παράγοντες και εμπορικά εκμεταλλεύσιμο. Τέτοια πρόσθετα είναι: Σταθεροποιητές 1. Αντιοξειδωτικά: Τα οποία αντιδρούν με τις υπεροξυ-ρίζες σχηματίζοντας ανενεργές ελεύθερες ρίζες και εμποδίζουν την οξείδωση. 2. Σταθεροποιητές σε σχέση με την ακτινοβολία UV: Είναι κυρίως οργανικές ενώσεις που αυξάνουν την ανθεκτικότητα του ΡΡ στην υπεριώδη ακτινοβολία. 3. Σταθερές θερμοκρασίες: Χρησιμοποιούνται αν έχουμε συνεχή επεξεργασία των προϊόντων ή αν απαιτούνται υψηλά σημεία τήξης ή αν το περίβλημα του εκβολέα εκτίθεται σε υψηλές θερμοκρασίες.
2 'ΚΕΦΑΛΑΙΟ: ΠΡ0ΠΥΛΕΝΙ0-Γ10ΛΥ[ΙΡ( )l I \ΕΝίΟ I'I 1.Ί2 ΠΡΟΣΘΕΤΑ ΓΙΑ ΜΕΤΑΒΟΑΗ Η ΚΑΑΥΤΕΡΕΥΣΗ ΤΩΝ ΙΔΙΟΤΗΤΩΝ 1. Πυρηνοποιητές: Ελέγχουν την κρυσταλλικότητα συμβάλλοντας στη δημιουργία μερών στο μορίου του πολυμερούς όπου ξεκινά η κρυστάλλωση. 2. Μέσα πλήρωσης: Είναι οργανικές ή ανόργανες στερεές ουσίες μικρού κόστους που διαφέρουν δομικά από το πολυμερές. Διακρίνονται σε ενεργά π.χ. CaCOj, ίνες γυαλιού και σιλικόνη και στα ανενεργά π.χ. κυτταρίνες, άργιλος, τάλκης. 3. Χρώμα; Προστίθεται πριν τη μορφοποίηση με χρήση οργανικών (που είναι διαλυτά στο πολυπροττυλένιο) ή ανόργανων (σχηματίζουν αιώρημα με το πολυπροπυλένιο). 4. Αντιστατικά: Χρησιμοποιούνται κυρίως στην επεξεργασία των φιλμ του πολυπροπυλενίου και μειώνουν το στατικό ηλεκτρισμό (μέσω αύξησης αγωγιμότητας πολυμερών) που αναπτύσσεται όταν το φιλμ περνάει από εξοπλισμό απομάκρυνσης. 5. Μέσα διόγκωσης: Για την δημιουργία αφρώδους πολυπροπυλενίου π.χ. πεντάνιο (φυσικό) CO2 (χημικό). 2.8 ΠΡΟΒΑΗΜΑΤΑ ΚΑΤΑ ΤΗΝ ΧΡΗΣΗ ΠΡΟΣΘΕΤΩΝ Εξάτμιση: Τα μόρια των προσθέτων που βρίσκονται στην επιφάνεια του υλικού εξατμίζονται με αποτέλεσμα την τοπική μείωση της συγκέντρωσης. Η μείωση αυτή προκαλεί αργή μετατόπιση των μορίων που βρίσκονται στο εσωτερικό προς την επιφάνεια άρα συνολική μείωση της συγκέντρωσης. Αποβολή: Όταν η συγκέντρωση των προσθέτων υπερβαίνει τα όρια διαλυτότητας σχηματίζεται στην επιφάνεια του υλικού ένα λεπτό στρώμα από τα πρόσθετα το οποίο μπορεί να μεταφερθεί σε άλλο υλικό που έρχεται σε επαφή ή και να εξατμιστεί. Έκπλυση: Η έκπλυση της επιφάνειας του πολυμερούς με νερό ή άλλους διαλύτες έχει σαν αποτέλεσμα την απομάκρυνση των προσθέτων από την επιφάνεια του. Όμως τα πρόσθετα αυτά μπορεί να είναι τοξικά ή να αντιδράσουν μεταξύ τους σχηματίζοντας τοξικές ενώσεις και έτσι να μολύνουν τους διαλύτες.
2" ΚΕΦΑΛΑΙΟ: ΠΡΟΠΥΛΓ> ΙΟ-ΠΟΛΥΠΡΟΠΥΛίΝΙΟ ΡΡ 2.9 ΦΥΣΙΚΕΣ - ΧΗΜΙΚΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΠΟΑΥΠΡΟΠΥΑΕΝΙΟΥ Το πολυπροττυλέννο έχει σημείο πλαστικοποίησης γύρω στους 165 C έχει τη μικρότερη πυκνότητα από όλα τα εμπορικά πολυμερή και έχει άριστη χημική αντίσταση. Διογκώνεται όταν εκτεθεί σε μη πολικούς υδρογονάνθρακες και σε ειδικούς διαλύτες αλλά επιστρέφει στο αρχικό του σχήμα όταν αφαιρεθεί το περιβάλλον διόγκωσης. Επίσης είναι ανθεκτικό σε οξέα, αλκάλια, υγρασία και διαλύματα αλάτων. Μορφοποιείται με τη μέθοδο της μόρφωσης, με εκβολή, με έγχυση και της μόρφωσης με εμφύσηση και η μορφή του κυμαίνεται από θάμπη διαφάνεια ως λευκή αδιαφάνεια. Το μη μορφοποιημένο πολυπροπυλένιο είναι επιρρεπές στη χημική αποικοδόμηση από την υπεριώδη ακτινοβολία και στη θερμοοξειδωτική αποσύνθεση ενώ έχει ικανοποιητική αντοχή στις υψηλές θερμοκρασίες. Μεγάλο του μειονέκτημα είναι ότι είναι πολύ εύθραυστο στις χαμηλές θερμοκρασίες. Επίσης έχει πολύ καλές μηχανικές ιδιότητες που διατηρούνται έως το σημείο πλαστικοποίησης και η αντοχή του στον εφελκυσμό και το χρόνο καθώς και η σκληρότητα της επιφάνειας του είναι μεγάλου βαθμού.
3" ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΤΗΣ ΜΟΝΑΔΑΣ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΒΟΡΡ ΦΙΑΜ
3" ΚΕΦΑΛΑΙΟ: ΠΕΡΙΓΡΑΦΜ TIC I I ΙΑΡΛΓ^ΓΗΣ ΒΟΡΡ film 3.1 ΜΟΝΑΔΑ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΒΟΡΡ ΦΙΑΜ Σημαντική μονάδα παραγωγής ΒΟΡΡ φιλμ στον ελληνικό χώρο βιομηχανίας αποτελεί η DIAXON. Το εργοστάσιο παραγωγής φιλμ πολυπροττυλενίου με διαξονικό τανυσμό (ΒΟΡΡ: Biaxially Oriented Polypropylene) της DIAXON Α.Β.Ε.Ε. στην Βιομηχανική Περιοχή (Β1.ΠΕ.) Κομοτηνής σχεδιάστηκε να παράγει διάφορες ποιότητες ΒΟΡΡ φιλμ με δύο γραμμές παραγωγής. Στο πλαίσιο της αναδιάρθρωσης του τομέα πετροχημικών και της ανάπτυξης νέων προϊόντων τεχνολογίας αιχμής και υψηλής προστιθέμενης αξίας, ο Ομιλος Ελληνικών Πετρελαίων προχώρησε σε περαιτέρω καθετοποίηση της παραγωγής με την κατασκευή μονάδων παραγωγής προπυλενίου στον Ασπρόπυργο, πολυπροπυλενίου στην Θεσσαλονίκη και ΒΟΡΡ φιλμ στην Κομοτηνή, οι οποίες εντάχθηκαν στην παραγωγική διαδικασία (εικόνα 3.1). Κυρίαρχο έργο είναι η μονάδα πολυπροπυλενίου συνολικού ύψους επένδυσης περίπου 150 εκατ. ευρώ. Η μονάδα έχει δυναμικότητα 180.000 τόνους το χρόνο, επαρκή για να καλύψει τις εγχώριες ανάγκες μεταποίησης και να επιτρέψει εξαγωγές σε γειτονικές χώρες. Σαν πρώτη ύλη χρησιμοποιείται το προπυλένιο, το οποίο μεταφέρεται με ειδικά δεξαμενόπλοια από τον Ασπρόττυργο. Μέρος της παραγωγής της μονάδας απορροφάται σαν πρώτη ύλη από το εργοστάσιο της DIAXON στην Κομοτηνή για την παραγωγή ΒΟΡΡ φιλμ. luvoflikis επίνβυαη 235 txai. ευρώ Εικόνα 3.1 : Παραγωγή προτη)λ νίου, πολυπροττυλενίου, ΒΟΡΡ φιλμ
3" ΚΕΦΑΛΑΙΟ: ΠΕΡΙΓΡΑΦΙΙ ΤΗ1 ΜΟΝΛΛΑΙ. 1ΙΛΡΛ1 UI 111 ΒΟΡΡ liliii 3.2 ΣΚΟΠΟΣ ΕΡΓΟΣΤΑΣΙΟΥ Η θυγατρική DIAXON ΠΛΑΣΤΙΚΑ ΥΛΙΚΑ ΣΥΣΚΕΥΑΣΙΑΣ Α.Β.Ε.Ε. ξεκίνησε το 2000 την παραγωγή φιλμ πολυπροπυλενίου με διαξονικό τανυσμό, ΒΟΡΡ φιλμ σε σχήμα «φασόν» για την ΕΛΛΗΝΙΚΑ ΠΕΤΡΕΛΑΙΑ Α.Ε. Η συνολική επένδυση έφτασε τα 60 εκατ. ευρώ. Η δυναμικότητα των δύο γραμμών παραγωγής είναι 30.000 τόνοι το χρόνο. Η παραγωγή ΒΟΡΡ φιλμ αποτελεί το τελικό στάδιο ενός καθετοποιημένου παραγωγικού σχήματος, που ξεκινά από το διυλιστήριο Ασπροπύργου με την παραγωγή προπυλενίου, την μετατροπή του σε πολυπροπυλένιο στη Θεσσαλονίκη και την τελική παραγωγή ΒΟΡΡ φιλμ στην Κομοτηνή. Το εργοστάσιο στην Κομοτηνή είναι σύγχρονης και υψηλής τεχνολογίας και παράγει όλους τους τύπους/ποιότητες ΒΟΡΡ φιλμ που απαιτεί η αγορά σαν υλικό συσκευασίας. Πρόκειται για ένα αναπτυσσόμενο προϊόν, με πληθώρα χρήσεων (σε τρόφιμα, κολλητικές ταινίες κλπ.), που βρίσκει ταχύτατα και νέες εφαρμογές λόγω των εξαιρετικών ποιοτικών του χαρακτηριστικών. 3.2.1 ΣΧΗΜΑ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΤΗΣ ΜΟΝΑΔΑΣ ΒΟΡΡ ΦΙΑΜ Πρώτη ύλη κόκκοι πολυπροπυλενίου Έξοδος φιλμ ΒΟΡΡ
.ν ΚΕΦΑΛΑΙΟ: ΠΕΡΙΓΡΛΦΙΓΙ Η1 ΜΟΝΑΔΑΣ ΓΙΛΡΛΠΗΊΊΙ ΒΟΡΡ ΙΉιιι 3.3 ΠΡΩΤΗ ΥΛΗ Για την παραγωγή του ΒΟΡΡ φιλμ χρησιμοποιούνται δύο πρώτες ύλες : 1. Ομοπολυμερές πολυπροπυλένιο (homopolymer), που χρησιμοποιείται για παραγωγή απλού (plain) φιλμ (π.χ. για ταινίες) καθώς και σαν μεσαίο στρώμα για παραγωγή σύνθετου (co-extruded) φιλμ 3-στρώσεων. 2. Συμπολυμερές πολυπροττυλένιο (copolymer), που χρησιμοποιείται στα επιφανειακά στρώματα του 3-στρώσεων φιλμ. 3.3.1 ΟΜΟΠΟΛΥΜΕΡΕΣ ΠΟΛΥΠΡΟΠΥΛΕΝΙΟ Τα αρχικά ΡΡ αναφέρονται στο πολυπροπυλένιο, ένα μερικά κρυσταλλικό πολυμερές που παράγεται με πολυμερισμό του προπυλενίου. Ο πολυμερισμός γίνεται σε αντιδραστήρα με παροχή μικρών ποσοτήτων υδρογόνου. Το προϊόν του πολυμερισμού ξεπλένεται για απομάκρυνση του καταλύτη, προστίθενται ορισμένα πρόσθετα και μετά μορφοποιείται σε μικρούς κόκκους διαμέτρου μερικών mm (granules). Προπυλένιο Η CHs I I C = C I Η I Η Πολυμερισμός Πολυπροττυλένιο Η I CH3 - C - C - η I Η I I Η Στην περίπτωση του συμπολυμερούς πολυπροπυλενίου, μαζί με το προττυλένιο προστίθενται και μικρές ποσότητες (3-5 %) αιθυλενίου (συμπολυμερές προπυλενίου-αιθυλενίου).
3" ΚΕΦΑΛΑΙΟ: ΓΙΚΡΙΓΡΛΦΗ ΤΗ1 ΜΟΝΛΔΑΧ ΠΑΡΛΓΩΓΙΙ1 ΒΟΡΡ film Κατά τη διαδικασία παραγωγής του πολυπροπυλενίου εττηρεάζονται οι εξής ιδιότητες του που μας ενδιαφέρουν στην παραγωγή του ΒΟΡΡ φιλμ: > Το μοριακό βάρος > Η κατανομή του μοριακού βάρους > Οι ιδιότητες τάξης / αταξίας Το (μέσο) μοριακό βάρος του πολυπροπυλενίου επηρεάζεται από την παροχή του υδρογόνου που καθορίζει τον αριθμό των μορίων του προπυλενίου στην αλυσίδα του πολυπροπυλενίου. Το μέγεθος του μοριακού βάρους επηρεάζει την ρευστότητα του πολυπροπυλενίου στις φάσεις τήξης του (εκβολείς, καλούπι). Όσο μεγαλύτερο το μοριακό του βάρος τόσο μεγαλύτερο το ιξώδες του τήγματος, δηλαδή τόσο δυσκολότερα ρέει το τηγμένο πολυπροπυλένιο. Από την άλλη μεριά όμως όσο μεγαλύτερο το μοριακό βάρος τόσο καλύτερα το τήγμα διατηρεί το σχήμα του μετά την έξοδο από το καλούπι. Στην πράξη αντί για το μοριακό βάρος χρησιμοποιείται ένα άλλο μέγεθος για να δηλώσει τη ρευστότητα του πολυπροπυλενίου, ο δείκτης ρευστότητας ροής (MFI; Melt Flow Index) που είναι σε αντίστροφη αναλογία με το ιξώδες του, δηλαδή με το μοριακό του βάρος. Όσο μεγαλύτερος ο MF1 τόσο ευκολότερα ρέει το πολυπροπυλένιο, δηλαδή έχει μικρό μοριακό βάρος. Για την παραγωγή του ΒΟΡΡ φιλμ απαιτείται το ομοπολυμερές πολυπροπυλένιο να έχει MF1 στην περιοχή 2-4 dg/min. Η κατανομή του μοριακού βάρους επηρεάζεται από τον καταλύτη του πολυμερισμού ο οποίος επηρεάζει επίσης και τις τακτικές ιδιότητες του πολυπροπυλενίου. Οι ιδιότητες αυτές αναφέρονται στον στερεοχημικό τύπο του πολυπροττυλενίου, δηλαδή στον τρόπο που είναι διατεταγμένα τα μόρια του μεθυλίου (CH3) στην αλυσίδα του. Υπάρχουν 3 μορφές στην βασική αλυσίδα: ο α-τακτική, όπου τα μεθύλια δεν έχουν συγκεκριμένη διάταξη ο ισο-τακτική, όπου τα μεθύλια είναι διατεταγμένα σε συγκεκριμένες θέσεις στο ίδιο επίπεδο και 9 συνδιο-τακτική, όπου τα μεθύλια είναι συμμετρικά διατεταγμένα αλλά σε διαφορετικό επίπεδο.
,ν ΚΕΦΑΛΑΙΟ: ΙΙίΙΊΓΡΑΦΙΙ ΊΊΙ1 ΝΚ)Ν,\Λ,\1 ΠΛΡΛΓΩΓΙΙΙ ΒΟΡΡ Him Οι τρεις αυτές μορφές του πολυπροττυλενίου παρουσιάζονται απλοποιημένες σε επίπεδη διάταξη παρακάτω (εικόνα 3.2): yndiο -ta c tic a l Ο.. Εικόνα 3.2 : Μορφές διάταξης του πολυπροττυλενίου Στην πραγματικότητα τα μόρια του πολυπροπυλενίου δεν είναι επίπεδα αλλά σχηματίζουν στον χώρο τα μεν ισο- και συνδιο-τακτικά κανονικά σπιράλ, δηλαδή έχουν κρυσταλλική δομή ενώ τα α-τακτικά είναι ακανόνιστα, δηλαδή άμορφα. Στην πράξη με τον πολυμερισμό παράγονται και οι τρεις τύποι πολυπροπυλενίου σε μεγάλη αναλογία ο ισο-τακτικός σε ελάχιστες ποσότητες ο συνδιο-τακτικός και σε μικρές ποσότητες ο α-τακτικός. Η περιεκτικότητα σε α-τακτικό πολυπροπυλένιο βελτιώνει τις οπτικές ιδιότητες του φιλμ και βοηθά στη διεργασία του τανυσμού διότι το α-τακτικό πολυπροπυλένιο δρα σαν ένα εσωτερικό λιπαντικό στην πρώτη ύλη. Οι μηχανικές όμως ιδιότητες του φιλμ χειροτερεύουν και για το λόγο αυτό η συγκέντρωση του α-τακτικού δεν πρέπει να είναι παραπάνω από το 3-5 %. Η πυκνότητα του κόκκου του πολυπροπυλενίου είναι 0,90-0,91 g/cm^, η χαμηλότερη σε σχέση με τα άλλα ανταγωνιστικά πολυμερή υλικά, ενώ το σημείο τήξης του είναι στην περιοχή 165-175 C.
3" ΚΕΦΑΛΑΙΟ: ΠΕΡΙΓΡΛΦΙΙ ΓΠ: Στην διάρκεια της παραγωγικής διαδικασίας του πολυπροπυλενίου προστίθενται στην σκόνη του πολυπροπυλενίου ορισμένα πρόσθετα όπως; Αντιοξειδωτικά Θερμοσταθεροποιητές Στεατικό ασβέστιο Τα δύο πρώτα σκοπό έχουν να αποτρέψουν την διάσπαση (degration) των μορίων κατά την κατεργασία του πολυπροττυλενίου ενώ το στεατικό ασβέστιο να εξουδετερώσει τυχόν υπολείμματα καταλύτη που περιέχει χλωριόντα (πιθανή ζημιά του ψυκτικού ρολού). Το στεατικό ασβέστιο δρα επίσης και σαν παράγοντας ολίσθησης (slip agent). 3.3.2 ΣΥΜΠΟΛΥ1ΜΕΡΕΣ ΠΟΛΥΠΡΟΠΥΑΕΝΙΟ Το συμπολυμερές πολυπροττυλένιο παράγεται με συμπολυμερισμό προπυλενίου και αιθυλενίου και στην παράγωγη ΒΟΡΡ φιλμ χρησιμοποιείται για το στρώμα που θα κάνει την θερμοσυγκόληση του φιλμ. Απαιτείται να είναι τυχαίο (random) συμπολυμερές, δηλαδή τα μόρια του αιθυλενίου να είναι τυχαία και κατά το δυνατόν πλήρως διασκορπισμένα στην αλυσίδα του πολυμερούς χωρίς να συνδέονται μεταξύ τους. Η περιεκτικότητα του αιθυλενίου στο συμπολυμερές είναι της τάξης 3-5 %. Όσο μεγαλύτερη είναι τόσο χαμηλότερο είναι το σημείο τήξης του συμπολυμερούς πολυπροττυλενίου που συνήθως είναι κάτω από τους 138 C, ταυτόχρονα όμως αυξάνει η θολότητα (haze) του φιλμ. Η ελλάτωση του σημείου τήξης χαμηλώνει τη θερμοκρασία θερμοσυγκόλλησης και διευκολύνει την λειτουργία των μηχανών συσκευασίας. 3.4 ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΤΗΣ ΠΑΡΑΓΩΓΙΚΗΣ ΑΙΑΑΙΚΑΣΙΑΣ ΒΟΡΡ ΦΙΑΜ Η παρακάτω περιγραφή αφορά μία γραμμή παραγωγής. Ο εξοπλισμός της δεύτερης γραμμής είναι παρόμοιος.
U Ί \.\ΛΙΟ: ΠΓίΡΙΓΡΑΦΙΙΤΙΙΙ Μ(3Ν/ Λ Μ II Μ Μ ΩΓΙΙ1 ΒΟΡΡ Him 3.4.1 ΣΥΝΤΟΜΗ ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ Οι κόκκοι της ρητίνης από τα σιλό πρώτων υλών και τα διάφορα πρόσθετα (masterbatches) αφού ξηρανθούν στους ξηραντήρες οδηγούνται με ττνευματική μεταφορά προς τις μηχανές τήξης/μορφοποίησης (εκβολείς). Υπάρχουν 2 κύριοι εκβολείς (extruders), ο τήξης και ο μετρητικός για την κύρια τροφοδοσία ομοπολυμερούς πολυπροπυλενίου και δύο περιφερειακοί (coextruders) για το συμπολυμερές πολυπροπυλένιο (στην περίπτωση παραγωγής σύνθετου φιλμ) και τα πρόσθετα. Στους εκβολείς η ρητίνη μετατρέπεται σε ένα ομογενές τήγμα που ρέει προς το καλούπι που είναι αμέσως μετά. Το καλούπι είναι μία επιμήκης σχισμή της οποίας το άνοιγμα ρυθμίζεται αυτόματα μέσω 32 κοχλιών που πιέζουν τη μία κινητή του πλευρά. Το παραγόμενο φύλλο τήγματος πλάτους περίπου 0,9 m και πάχους 2-3 mm πιέζεται με τη βοήθεια στρώματος αέρα επάνω στον ψυκτικό κύλινδρο τήγματος ο οποίος είναι εμβαπτισμένος μέχρι τη μέση του σε ψυκτικό νερό. Το τήγμα στερεοποιείται και μετατρέπεται σε φύλλο που αφού περάσει από τον μετρητή πάχους οδηγείται για τανυσμό. Αρχικά ο τανυσμός του φιλμ γίνεται στη διεύθυνση του μήκους του στην λεγάμενη MDO (Machine Direction Orienter) (εικόνα 3.3, 3.4). Εδώ το πλάτος παραμένει σταθερό (περίπου 0,9 m) ενώ το πάχος ελαττώνεται και αυξάνει η ταχύτητα κίνησης του φιλμ. Η μηχανή αποτελείται από μεγάλο αριθμό ρολών όπου το φύλλο θερμαίνεται, τανύζεται και χαλαρώνει. Ακολουθεί ο κατά πλάτος τανυσμός (Transverse Direction Orienter ή TDO) (εικόνα 3.3, 3.4) όπου το πλάτος του φιλμ αυξάνει μέχρι τα 6,6 m ενώ το πάχος του φτάνει το τελικό μέγεθος των 20-50 μm. Ο τανυσμός του φιλμ γίνεται με την βοήθεια μεγάλου αριθμού ειδικών κλιπς (μανταλάκια) που γραπώνουν το φιλμ στις δύο κατά μήκος πλευρές του και το παρασύρουν στην κίνηση τους προς τα έξω. Τα κλιπς κινούνται με τη βοήθεια αλυσίδας και ενός μεγάλου οριζόντιου τροχού. Η μηχανή περιβάλλεται εξωτερικά από λαμαρίνα και μόνωση που περικλείουν τους ανεμιστήρες θέρμανσης/ψύξης και τους εναλλάκτες θέρμανοπις του αέρα με θερμό λάδι. Μετά τον κατά πλάτος τανυσμό υπάρχει το σύστημα τραβήγματος του φιλμ όπου γίνεται η τελική επεξεργασία, δηλαδή η κοττή των άκρων των δύο κατά μήκος πλευρών (που δεν έχουν υποστεί τανυσμό), η αυτόματη μέτρηση του πάχους, η κατεργασία κορώνας και η ψύξη του φιλμ. Υπάρχουν τρεις σταθμοί κατεργασίας κορώνας όμοιοι μεταξύ τους όπου η επιφάνεια του φιλμ βομβαρδίζεται με ηλεκτρόνια που παράγονται από
3' ΚΕΦΑΛΑΙΟ: ΠΕΡΙΓΡΛΦΙΙ T ill ΜΟΝΛΛ.Μ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΒΟΡΡ Him ηλεκτρικά τόξα (κορώνες) για να δημιουργηθούν σε αυτήν μικροκοιλότητες που συγκρατούν την μελάνη εκτύπωσης ή την κόλλα (σε φιλμ για ταινίες). Το τελικό φιλμ οδηγείται στον σταθμό περιτύλιξης (winder) όπου τυλίγεται σε ρολά πλάτους 6,6 m και διαμέτρου φιλμ 1,2 m που το καθένα τους έχει βάρος φιλμ περίπου 5,5 Τ. Η κοπή του φιλμ από το γεμάτο ρολό και η περιτύλιξη του στον καινούργιο άδειο μεταλλικό πυρήνα γίνεται αυτόματα. Από την έξοδο του σταθμού περιτύλιξης το ρολό μεταφέρεται για ζύγισμα στον χώρο προσωρινής αποθήκευσης. Μετά το ζύγισμα επικολλάται σε κάθε ρολό ετικέτα με τα χαρακτηριστικά στοιχεία του (όπως το βάρος, τύπος φιλμ, μήκος, πάχος κλπ) και το ρολό μεταφέρεται (με τη βοήθεια ειδικού γερανού) στο χώρο αποθήκευσης ρολών. Για την παραγωγή των τελικών προϊόντων, δηλαδή των ρολών προς τους πελάτες ή προς το τμήμα επιμετάλλωσης φιλμ (metallizer), απαιτείται τεμαχισμός των παραγόμενων ρολών σε άλλα μικρότερα. Αυτό γίνεται στις μηχανές τεμαχισμού ρολών (slitters). Εκεί τσ φιλμ εκτυλίγεται από τα ρολά τροφοδοσίας, κόβεται και επανατυλίγεται αυτόματα σε μικρότερα ρολά με τις επιθυμητές διαστάσεις. Ο πρώτος τεμαχισμός γίνεται στον κύριο τεμαχιστή που τροφοδοτεί με μικρότερα ρολά τους τελικούς τεμαχιστές. Μετά την κοπή τους τα τελικά ρολά ζυγίζονται και χαρακτηρίζονται επικολλώντας επάνω τους ετικέτες με τα χαρακτηριστικά τους στοιχεία. Εικόνα 3.4 : i ανυσμός κατά μήκος, κατά πλάτος Τα ζυγισμένα τελικά ρολά συσκευάζονται σε παλέτες που μεταφέρονται στον σταθμό περιτύλιξης/τελικής συσκευασίας. Εκεί μηχανές αυτόματης περιτύλιξης συσκευάζουν τα προϊόντα με πολυεστερικό φύλλο και δέσιμο με τσέρκι. Οι παλέτες ζυγίζονται και μεταφέρονται για αποθήκευση στην αποθήκη τελικού προϊόντος.
ill I'll Ι'ΛΦΙΙ I 111 ΜΟΝΑΛΑ1ΙΙΛΡΑ1ιίΙ 11^. BOPP lilm Εκτός από την κύρια γραμμή παραγωγής υπάρχουν και οι δευτερεύουσες και οι βοηθητικές μονάδες καθώς και η μονάδα επιμετάλλωσης φιλμ. Στις δευτερεύουσες μονάδες περιλαμβάνονται οι βοηθητικοί περιτυλικτές και οι μονάδες ανακύκλωσης φιλμ. Υπάρχουν δύο βοηθητικοί περιτυλικτές, ένας στην είσοδο του κατά πλάτους τανυσμού και ένας στην είσοδο του κατά μήκος τανυσμού, που χρησιμεύουν για το τύλιγμα του φιλμ που παράγεται στα ξεκινήματα μέχρις ότου σταθεροποιηθεί η λειτουργία των μηχανών που προηγούνται. Το τύλιγμα γίνεται σε ρολά χωρίς πυρήνες (εικόνα 3.5). Εικόνα 3.5 : Βοηθητικοί περιτυλικτές Στην ανακύκλωση του φιλμ διακρίνουμε το σύστημα ανακύκλωσης ρεταλιών, που λειτουργεί μαζί με την κύρια γραμμή παραγωγής, και την κεντρική μονάδα ανακύκλωσης που λειτουργεί ανεξάρτητα. Τα ρετάλια, δηλαδή οι μη τανυσμένες λωρίδες στην άκρη του φιλμ, κόβονται συνεχώς και απορρίπτονται στις χοάνες που υπάρχουν στις μονάδες τραβήγματος φιλμ. Από εκεί οδηγούνται σε μύλο, αλέθονται σε μικρά κομμάτια και επανατροφοδοτούνται στον κύριο εκβολέα. Η κύρια μονάδα ανακύκλωσης κατεργάζεται το φιλμ που παράγεται στα πρώτα 'στάδια του ξεκινήματος (στους βοηθητικούς περιτυλικτές) και γενικότερα το εκτός προδιαγραφών φιλμ. Το φιλμ αλέθεται σε μύλο και συμπιέζεται με την βοήθεια πρέσας σε μπάλες. Οι μπάλες όπως και τα εκτός προδιαγραφών ρολά, τεμαχίζονται, λειώνουν σε εκβολέα, επανακοκκοποιούνται και αποθηκεύονται σε ειδικά σιλό για ανακύκλωση. Στις βοηθητικές μονάδες περιλαμβάνονται οι μονάδες των βοηθητικών παροχών, δηλαδή της παροχής συμπιεσμένου αέρα, ψυκτικού νερού, οι λέβητες που ζεσταίνουν το θερμαντικό λάδι και τα ηλεκτρολογικά.
j ΚΙ^ΨΛΛΛΙΟ: ΙΙΕΡΙΙ ΡΑΦΗ ΐΙΙ Ι M(JNAA/M ΠΛΡΛΓΩΓΗ1 ΒΟΡΡ film Στο εργοστάσιο έχει εγκατασταθεί και μονάδα επιμετάλλωσης φιλμ για την παραγωγή ειδικού τύπου φιλμ που χρησιμοποιείται κυρίως στις συσκευασίες σνακς. Η μονάδα αυτή λειτουργεί ανεξάρτητα και η δυναμικότητα της είναι περίπου 4.000 Τ το έτος. Η επιμετάλλωση γίνεται με εξάχνωση συρμάτων αλουμινίου σε ειδικό θάλαμο χαμηλής πίεσης (κενού). 3.5 ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΙΣΟΖΥΓΙΟΥ ΜΑΖΑΣ Η δυναμικότητα των γραμμών παραγωγής εξαρτάται από πολλούς παράγοντες όπως: Ο τύπος του παραγόμενου φιλμ. Το λευκό αδιαφανές φιλμ έχει μικρότερη πυκνότητα από το απλό και η παραγωγή του σε Kg/h θα είναι μικρότερη. Το πάχος του φιλμ και η ταχύτητα της μηχανής. Αυξανόμενου του πάχους μειώνεται η ταχύτητα και ο τελικός ρυθμός παραγωγής σε Kg/h. Το ποσοστό ανακύκλωσης. Σε συνεχή βάση τα άκρα του ρολού μετά τον κατά πλάτος τανυσμό (καθόσον δεν έχουν υποστεί τανυσμό) κόβονται και ανακυκλώνονται. Ελαχιστοποίηση του ανακυκλωμένου φιλμ αυξάνει την παραγωγή. Στην επόμενη σελίδα παρουσιάζεται το ισοζύγιο μάζας για την γραμμή παραγωγής (εικόνα 3.6) βασιζόμενο στις εξής προϋποθέσεις : Σύνθετο φιλμ τριών στρώσεων. 4 Πάχος φιλμ 20 μηη. 'i- Καθαρό πλάτος ρολού 6,6 m.
ΙϋΟΖΥΠΟ ΜΑΖΑΣ
4 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΤΡΟΦΟΔΟΣΙΑ ΠΡΩΤΩΝ ΥΛΩΝ ΘΕΡΜΑΝΣΗ ΨΥΞΗ ά ν% Ί >1ΐ!ί
I' ΚΕΦΑΛΑΙΟ: ΤΡΟΦΟΑΟΜΛ ΠΡΩΤΠΝ YAiiN Η[ :ΡΜΛΝ>J 4.1 ΑΠΟΘΗΚΕΥΣΗ ΚΑΙ ΤΡΟΦΟΔΟΣΙΑ ΠΡΩΤΩΝ ΥΑΩΝ Ον πρώτες ύλες μεταφέρονται στο χώρο του εργοστασίου είτε σε μορφή χύμα με ειδικά σιλοφόρα οχήματα, είτε συσκευασμένες σε μεγάλους σάκους (big bags) χωρητικότητας 1 m \ είτε τέλος σε σακιά των 25 ή 50 Kg. Τα εισερχόμενα φορτηγά ζυγίζονται στην γεφυροπλάστιγγα που υπάρχει. Η πλάστιγγα έχει εύρος ζύγισης 0,4-50 Τ και μέγιστο φορτίο 60 Τ. Διαθέτει 6 αισθητήρες βάρους (load cells), έχει μήκος 18 m και πλάτος περίπου 3 m. 4.1.1 Σ1ΑΟ ΠΡΩΤΩΝ ΥΑΩΝ Το ομοπολυμερές πολυπροττυλένιο αποθηκεύεται σε τέσσερα αλουμινένια σιλό χωρητικότητας 200 rtv^ το καθένα, που είναι εγκατεστημένα εκτός του κτιρίου. Η φαινομενική πυκνότητα της ρητίνης (bulk density) στα σιλό είναι 0,5-0,55 kg/lit, δηλαδή μπορούν να αποθηκευτούν περίπου 100 Τ ρητίνης σε κάθε σιλό. Υπάρχουν δείκτες στάθμης τύπου υπερήχων εγκατεστημένοι στο άνω μέρος κάθε σιλό καθώς επίσης και ενδείξεις (alarm) υψηλής και χαμηλής στάθμης. Η τροφοδοσία των σιλό με πρώτη ύλη γίνεται στο άνω μέρος τους με αλουμινένιους σωλήνες που καταλήγουν στον σταθμό φόρτωσης. Ο σταθμός φόρτωσης συνδέεται με εύκαμπτους σωλήνες με τον χώρο εκφόρτωσης σιλοφόρων οχημάτων καθώς και με τον χώρο εκφόρτωσης των σάκων. Ο ρυθμός εκφόρτωσης των σιλοφόρων είναι περίπου 20 T/h. Η μεταφορά της ρητίνης γίνεται πνευματικά με την βοήθεια πεπιεσμένου αέρα (τα σιλοφόρα διαθέτουν συμπιεστή καθώς και εύκαμπτους σωλήνες μεταφοράς). Η εκφόρτωση των σάκων γίνεται με τη βοήθεια βαρούλκου μέσα σε αλουμινένια χοάνη (hopper) χωρητικότητας 2 που στο κάτω μέρος του έχει σχάρα με ανοίγματα 30 χ 30 mm για συγκράτηση ξένων σωμάτων (χαρτιά, νάιλον κλπ.). Η χοάνη διαθέτει και ενδείξεις χαμηλής στάθμης. Ο ρυθμός εκφόρτωσης των σάκων είναι περίπου 6 T/h. Η κορυφή των σιλό συνδέεται με σωλήνωση με το κεντρικό φίλτρο συγκράτησης σκόνης. Το φίλτρο έχει 40 σάκους από ΡΕΤΡ συνολικής επιφάνειας φιλτραρίσματος 60 m. Η σκόνη συγκεντρώνεται σε κωνικό δοχείο χωρητικότητας 0,2 m^ στο κάτω μέρος του φίλτρου απ όπου συλλέγεται περιοδικά σε σάκους και απορρίπτεται.