Diseinuan eta garapeneanpolipropilenozko (PP) suaren aurkako materialas, maiz ahaztu baina erabakigarria den galdera zientifiko bat hauxe da: nola eragiten du PPren kate molekularren egiturak berak suaren atzerapenean? Polimeroen kimikaren eta errekuntzaren zientziaren ikuspuntutik, ikerketa honek sistematikoki aztertzen ditu homopolimero polipropilenoaren (Homo-PP) eta kopolimero polipropilenoaren (Co-PP) arteko desberdintasun nagusiak degradazio termikoko portaerari, zartaginaren eraketari eta su-erresistentziekiko elkarreraginei dagokienez, errendimendu handiko PP sugar materialak aukeratzeko eta formulatzeko oinarri teoriko bat eskainiz.
Homopolipropilenoa propileno monomeroetatik guztiz polimerizatuta dago, kate molekular erregulartasun handikoa eta kristalizazio-gaitasun handia (normalean %50-70eko kristalinotasuna duena). Erregulartasun-maila altu honek degradazio termikoa eragiten du ausazko kate-zirratzetik hasita, batez ere pisu molekular baxuko alkano eta olefina zatiak sortzen. Errekuntzan, erregaiaren hornidura azkarra eta iraunkorra da.
Polipropileno kopolimeroak (normalean propilenoaren eta etilenoaren ausazko edo blokeko kopolimeroa) etileno-unitateak sartzen ditu, kate molekularraren erregulartasuna apurtuz. Etileno-konomomeroen presentziak bi ondorio nagusi sortzen ditu:
Murriztu kristalintasuna (normalean %30-50) eta handitu eskualde amorfoen proportzioa.
· Kate molekularrean puntu ahulak sartu, bereziki karbono atomo tertziarioen ondoan dauden lotura kimikoak, hausteko joera handiagoa dutenak.
Egitura-desberdintasun horrek funtsean aldatzen ditu materialaren degradazio termikoko bideak eta errekuntza-portaera.
2.1 Gas faseko suaren aurkako sistemak (adibidez, bromoa eta fosforoa)
Bromo oinarritutako suaren atzerakoiak, decabromodiphenyl etanoak irudikatzen dituena, errekuntza-kate-erreakzioan erradikal askeak harrapatzen dituzte batez ere. PP homopolimeroaren errekuntzan sortutako erregai-zatiak uniformeagoak dira, erradikal askeen kontzentrazioa egonkorra da eta suaren aurkako eraginkortasuna oso aurreikusgarria da. Dena den, kopolimerizatutako PPren bi faseko degradazioak sortzen duen erregaiaren konposizioa aldatzen da denboran zehar, eta erradikal askeen kontzentrazioa aldatu egiten da, eta horrek suaren aurkako eraginkortasunaren ziurgabetasuna sor dezake. Hori dela eta, sarritan beharrezkoa izaten da su-iragantzaileen erlazioa sinergikoekiko (adibidez, Sb₂O₃).
2.2 Fase kondentsatuaren suaren aurkako sistema (hedapen motako suaren aurkako sistema)
Hedatutako suaren atzerakoiak (IFR) karbono-geruzak sortzean eta hedatzean oinarritzen dira. PP homopolimeroaren kristalinotasun handia ez da karbono geruza etengabe eta trinko bat eratzeko lagungarri, eskualde kristalinoen eta amorfoen arteko degradazio diferentzialak karbono-geruzan pitzadurak sor ditzakeelako. PP kopolimerizatutako eskualde amorfoen proportzio handiagoak karbono-geruzak eratzeko matrize uniformeagoa eskaintzen du, sarritan kalitate handiagoa eta hedatutako karbono-geruzak etengabeagoak izaten dira, suaren erresistentzia eta isolamendu termikoko errendimendu hobea erakutsiz.
Datu esperimentalek erakusten dute gehikuntza-kantitate berdinaren azpian (% 25) hedatzen ari den fosforo-nitrogenoaren sugar-iragantzailea:
· Homopolimero PP oinarritutako materiala: UL94 errekuntza bertikaleko proba normalean V-1 mailara iristen da, oxigeno-indize muga (LOI) % 26-28 ingurukoa duena.
·Co polimero PP oinarritutako materiala: UL94 askotan V-0 gradura iritsi daiteke, LOI % 29-32ra igo daiteke.
2.3 Mineralak betetzeko sistema (aluminio hidroxidoa, magnesio hidroxidoa)
Mineral sugar-iragantzaileen deshidratazio-erreakzio endotermikoa ondo lotu behar da polimeroaren degradazio-tenperaturarekin. PP homopolimeroaren egonkortasun termiko handia (hasierako degradazioa 320 ℃ ingurukoa) hobe da magnesio hidroxidoarekin (340 ℃ inguruko deshidratazio gailurra) baino.aluminio hidroxidoa(220 ℃ inguruko deshidratazio gailurra). PP kopolimerizatuaren lehen faseko degradazio-tenperatura txikiagoak (280 ℃ bezain baxua izan daiteke) sinergia hobea izan dezake aluminio hidroxidoaren deshidratazio-tenperaturarekin, baina kontrol zehatza behar da degradazio goiztiarrak eragindako propietate mekanikoen galera saihesteko.
Copolimerizatutako PPk normalean urtutako biskositate txikiagoa eta urtze-indar handiagoa du, eta horrek eragin bikoitza du suaren atzerapenean:
·Efektu positiboa: errazagoa da errekuntzan "tantak" sortzea, beroa kenduz, baina UL94 probetan tantak pizteko arazoak sor ditzake.
·Efektu negatiboak: urtze-indar handiagoak karbono-geruza hedatua egonkortzen laguntzen du eta haustura saihesten du.
PP homopolimeroaren urtze-indarra txikiagoa da, eta karbono-geruza hausteko joera handiagoa du barne-presioaren ondorioz, baina urtze-tanten joera txikiagoa da. Formulazio praktikoetan, desberdintasun horrek sarritan doikuntza zuzendua eskatzen du karbonizazio-agenteak edo biskositate-aldatzaileak gehituz.
Azken ikerketek erakusten dute kopolimeroen sekuentzia-egitura espezifikoak diseinatzeak polimerizazio kontrolagarria den teknologiaren bidez sugarraren erresistentzia gehiago optimizatu dezakeela. Adibidez, PP bloke-kopolimeroan, kate molekularreko segmentu espezifikoetan etileno-unitateak kontzentratzea "sakrifikazio-segmentu" bat sor daiteke, lehentasunez degradatu eta karbono-geruza baten eraketa sustatzen duena aurrez ezarritako tenperaturan, propilenoa aberastutako segmentuak materialaren propietate nagusiak mantentzen dituen bitartean. Maila molekularra suaren aurkako diseinu honek PP suaren aurkako materialen garapenaren norabidea adierazten du.
Polipropilenoaren oinarrizko material mota ez da lehengaien aukeraketa hutsa, funtsean eragina duen diseinu-aldagaia baizik.suaren aurkakoamaterialaren propietateak. PP homopolimeroaren eta PP kopolimeroaren arteko egitura molekularraren, degradazio termikoaren portaeraren eta urtze-propietateen arteko desberdintasunak elkarreragin oso desberdinak eragiten ditu suaren aurkako sistema desberdinekin. Goi-mailako suaren aurkako aplikazioen garapenean, beharrezkoa da "formula unibertsala" pentsatzea alde batera utzi eta oinarrizko materialaren berezko ezaugarrietan oinarritutako suaren sistema parekatu eta pertsonalizatzea. PP oinarritutako materialen izaera kimikoa ulertzea ez da baldintza akademikoa soilik, baizik eta material eraginkor, ekonomiko eta ekologikoak garatzeko gakoa. Gero eta zorrotzagoak diren suaren aurkako araudiak eta garapen iraunkorraren eskaera gero eta handiagoarekin, materialen esentzian oinarritutako diseinu estrategia findu hau gero eta garrantzitsuagoa izango da.
