Il polipropilene: come materiale plastico, come fibra

Il polipropilene è un materiale economico, leggero, molto versatile e dai molti impieghi, sia sotto forma di materiale plastico sia come fibra.
Il polipropilene: quali le sue caratteristiche

Il polipropilene: quali le sue caratteristiche

Il polipropilene (PP) è un polimero termoplastico sintetico derivato dalla produzione (cracking di raffineria) di petrolio e del gas naturale.

Fino alla fine degli anni ’50, il gas propilene – che alla temperatura e alla pressione ambientale si presenta come un gas incolore  – costituiva solo un prodotto di scarto delle strutture petrolifere e del gas. Quando il premio Nobel per la chimica Giulio Natta mise a punto catalizzatori capaci di operare sulla stereochimica delle reazioni di polimerizzazione del propilene per poter arrivare la produzione di polipropilene isotattico, iniziò l’era della plastica usa e getta.

Il fatto che il polipropilene sia termoplastico (che non sia cioè “termoindurente” ) vuol dire che ad una certa temperatura elevata diventa flessibile o modellabile e che al raffreddamento si solidifica.

I materiali termoplastici diventano liquidi nel loro punto di fusione (circa 130°C nel caso del polipropilene). Da ciò deriva un’altra loro caratteristica e cioè che possono essere,

  • riscaldati fino al loro punto di fusione,
  • poi raffreddati,
  • e poi anche nuovamente riscaldati senza un loro significativo degrado.

Invece di bruciare, si liquefanno, il che ci consente di stamparli ad iniezione facilmente, e successivamente riciclarli.

Invece, con le materie plastiche termoindurenti succede il “contrario”.

  • Queste possono essere riscaldate una sola volta (in genere durante il processo di stampaggio ad iniezione).
  • Questo primo riscaldamento provoca un loro cambiamento chimico che non può essere invertito: scaldando una plastica termoindurente per una seconda volta se ne ottiene la combustione.
  • Questa caratteristica rende i materiali termoindurenti degli “scarsi candidati al riciclo”.

Le peculiari caratteristiche sopra menzionate fanno si che il polipropilene venga utilizzato in una varietà di applicazioni nel settore della plastica (piatti, vassoi, tazze, ecc.); ma anche che si presti bene alle applicazioni come fibra (orde, tappeti, tappezzerie, abbigliamento e simili).

Il polipropilene è uno dei pochi tipi di materiali plastici approvati per l’industria alimentare e farmaceutica, perché considerato per lo più innocuo per la salute umana.

Sono numerosi gli studi che hanno rilevato che tra tutte le materie plastiche il polipropilene è quello più sicuro. È robusto e resistente al calore, quindi è improbabile che fuoriesca anche se viene esposto ad acqua calda.

altre proprietà e caratteristiche tecniche del polipropilene

  • Formula chimica:  (C3H6)n
  • Temperatura di fusione: 130 ° C
  • Temperatura tipica dello stampaggio ad iniezione: 32-66 ° C
  • Heat deflection temperature (HDT): 100 ° C a 0,46 MPa
  • Resistenza alla trazione: 32 MPa
  • Resistenza alla flessione: 41 MPa
  • Peso specifico: 0.91
Vantaggi e limiti del polipropilene

Vantaggi e limiti del polipropilene

i suoi vantaggi e le sue qualità

Il polipropilene,

  • è ampiamente disponibile in commercio, ed è relativamente economico;
  • ha un’elevata resistenza alla flessione a causa della sua natura semi-cristallina;
  • ha una superficie relativamente scivolosa;
  • è molto resistente all’assorbimento dell’umidità;
  • ha una buona resistenza chimica su una vasta gamma di composti, sia acidi che basi;
  • resiste all’usura;
  • ha una buona resistenza agli urti;
  • è un buon isolante elettrico.

i suoi svantaggi ed i suoi limiti

Per contro, il polipropilene,

  • ha un elevato coefficiente di dilatazione termica che limita le sue applicazioni ad alta temperatura;
  • è suscettibile alla degradazione alle radiazioni elettromagnetiche (in particolare alle UV);
  • ha una scarsa resistenza ai solventi clorurati e agli aromatici;
  • è difficile da verniciare perché ha scarse proprietà di adesione;
  • è altamente infiammabile;
  • è suscettibile all’ossidazione.
La fibra di polipropilene

La fibra di polipropilene

di cosa si tratta

Il polipropilene può essere prodotto anche in fibra. I trucioli di polipropilene possono essere convertiti in fibra / filamento mediante il tradizionale processo di filatura a fusione.

Si tratta di un tipo di fibra che viene utilizzata nell’industria tessile in una varietà di applicazioni: per produrre tappezzerie e tendaggi, coperte, abbigliamento tecnico-sportivo, solo per citarne alcuni. Ciò in quanto, è una fibra,

  • termoplastica, resistente, leggera e resistente alla muffa ed a diversi numerosi prodotti chimici,
  • presenta buone proprietà termoisolanti, ed è altamente resistente agli acidi, agli alcali, ai solventi organici,
  • è sensibile al calore e alla luce: ma la resistenza a questi agenti può essere influenzata da stabilizzatori aggiunti.
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I filamenti ed i monofilamenti di polipropilene sono utilizzati nella fabbricazione di cavi, reti, tessuti filtranti e tappezzerie. La fibra viene utilizzata per fare  moquette, coperte, tessuti per capispalla, maglieria e tessuti filtranti.

Le caratteristiche della fibra

Le caratteristiche della fibra di polipropilene

Le fibre di PP sono costituite da due componenti: la frazione cristallina e la frazione amorfa Ogni cristallo è circondato da un materiale non cristallino. La filatura ed il disegno delle fibre possono influenzare l’orientamento delle regioni sia cristalline che amorfe.

  • Il grado di cristallinità della fibra di polipropilene è in generale tra il 50-65%, a seconda delle condizioni di lavorazione.
  • La cristallizzazione avviene tra la temperatura di transizione vetrosa e il punto di fusione dell’equilibrio del PP.
  • Il tasso di cristallizzazione è più veloce alle basse temperature.

In generale, la fibra di polipropilene ha un’eccellente resistenza chimica agli acidi ed agli alcali, ha un’elevata resistenza all’abrasione e resiste agli insetti ed ai parassiti.

La fibra di PP è anche facile da lavorare e, rispetto ad altre fibre sintetiche, è anche piuttosto economica. Ha anche un basso assorbimento di umidità.

In sintesi

Ecco in sintesi alcune delle principali caratteristiche della fibra PP:

  • resistente all’abrasione, al deterioramento da agenti chimici, muffa, sudore, marciume, macchia, suolo e condizioni meteorologiche,
  • resistente a batteri e microrganismi,
  • flessibile,
  • asciugatura rapida,
  • comportamento antistatico,
  • termo-saldabile,
  • forte,
  • idrofoba,
  • è comoda e leggera (ha un basso peso specifico).
    • In ragiopne del suo basso peso specifico, il polipropilene ci permette di avere il maggior volume di fibra per un dato peso.
    • Questa sua resa elevata significa che la fibra di polipropilene ci fornisce una buona copertura.
    • Il polipropilene è la più leggera di tutte le fibre (ad esempio, è più leggera del 34% rispetto al poliestere e del 20% più leggera del nylon), persino più leggera dell’acqua.
  • ha bassa conducibilità termica,
  • è facile da lavorare, e la sua produzione è economica.

Per questo motivo, la fibra di PP viene ampiamente utilizzata per realizzare indumenti intimi, giacche, costumi da bagno, filtri, borse e pannolini.

le proprietà meccaniche delle fibre di polipropilene

Le fibre di polipropilene sono prodotte in una rilevante varietà di tipi.

Hanno diverse tenacità in modo da poter soddisfare le diverse esigenze del mercato:

  • le fibre per usi tessili generici hanno una tenacia compresa nell’intervallo 4,5-6,0 g / den (den = unità di misura corrispondente ad 1 grammo ogni 9 chilometri e corrisponde al loro peso specifico),
  • i filati ad alta tenacità fino a 9,0 g / den vengono prodotti fare corde, reti ed altri prodotti simili;
  • le fibre in PP con elevate prestazioni sono realizzate seguendo particolari tecniche: questi filamenti hanno una tenacia superiore a 13,0 g / den.

Le altre proprietà meccaniche delle fibre di polietilene sono quelle che seguono.

  • Resistenza alla trazione: da 3,5 a 5,5 gf / den.
  • Allungamento: da 40 a 100 %.
  • Resistenza all’abrasione: buona.
  • Assorbimento dell’umidità / Igroscopicità: da 0 a 0,05.
  • Punto di rammollimento: 140 °C.
  • Punto di fusione: 165 °C.
  • Resistenza chimica:  eccellente.
  • Densità relativa: 0,91.
  • Conduttività termica: 6,0 (aria: 1,0).
  • Isolamento elettrico: eccellente.
  • Resistenza a muffa e falene: eccellente.

Nota bene: il grado d’allungamento (un parametro che indica quanto la fibra si può allungare senza spezzarsi) influenza le proprietà meccaniche dei filamenti di polipropilene. Maggiore è il grado d’allungamento, maggiore è la resistenza alla trazione.

I monofilamenti commerciali hanno un allungamento alla rottura nella regione compresa tra 12-25%. I multi-filamenti e le fibre in fiocco, sono invece compresi tra il 20-30% e il 20-35%.

le proprietà termiche delle fibre di polipropilene

Com’è noto, la conducibilità termica, o conduttività termica non è altro che l’attitudine di una sostanza a trasmettere il calore attraverso la conduzione termica, mentre la resistenza al calore sta ad indicare la temperatura che le fibre sono in grado di sopportare senza deformarsi.

Conduttività termica. Le fibre di polipropilene hanno la più bassa conduttività termica di qualsiasi altra fibra naturale o sintetica, e sono le fibre più calde di tutte. Anche più calde della lana:  6,0 rispetto al 7,3 per lana, al 11,2 per viscosa ed al 17,5 per cotone. Le fibre di polipropilene trattengono maggior calore per un lungo periodo di tempo. Hanno eccellenti proprietà isolanti nei capi d’abbigliamento e, in combinazione con la loro natura idrofobica, mantengono caldo e asciutto.

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Resistenza al calore. Le fibre di polipropilene hanno un punto di rammollimento intorno a 150 ° C, ed un punto di fusione a 160-170 ° C.

  • Alle basse temperature (-70 ° C o inferiori) le fibre PP mantengono la loro eccellente flessibilità.
  • Alle temperature elevate (ma inferiori a 120 ° C), le fibre di PP mantengono quasi tutte le loro normali proprietà meccaniche.

Per quanto attiene all’effetto del freddo estremo, rimangono flessibili a delle temperature nella regione di -55 ° C.

la loro attitudine alla tintura

Quanto alla capacità di assimilare i colori nella fase di tintura, va detto che possono essere tinte più facilmente quelle fibre che nelle loro unità di ripetizione molecolare hanno gruppi funzionali polari (parti della struttura di una molecola che conferiscono ad un composto la reattività ad essere solubili in acqua). Questi gruppi polari possono servire come siti attivi per la combinazione con molecole di colorante mediante legami chimici.

Poiché le catene molecolari di polipropilene non hanno gruppi funzionali polari ed hanno una cristallinità relativamente elevata (50-65%), le molecole di colorante non possono essere attratte chimicamente da queste fibre. Le molecole di colorante non possono nemmeno essere fortemente assorbite dalle superfici delle fibre a causa delle loro proprietà idrofobiche.

Nella moderna industria tessile, la fibra di polipropilene può essere tinta in colori praticamente illimitati. L’attuale tecnologia per la produzione di polipropilene tingibile si basa principalmente sulle tecnologie di polifinitura, di copolimerizzazione e d’innesto.

Il PP colorabile può essere prodotto an che tramite delle tecnologie piccolissime: le nanotecnologie. Nell’industria moderna, la fibra di polipropilene può essere tinta in massa da chi la produce in scelte di colori praticamente illimitate.

i vari processi di produzione della fibra di polipropilene

I trucioli di polipropilene possono essere convertiti mediante un processo di filatura a fusione in fibra / filamento.

Le produzioni di fibre di polipropilene variano da produttore a produttore, e questa varietà si traduce in diverse proprietà dei prodotti finali che ne risultano (stabilità alla luce, sensibilità al calore ecc.).

La procedura di produzione di base della fibra di polipropilene consiste nella polimerizzazione del gas propilene con l’ausilio di un composto metallico come il cloruro di titanio.

  • Il polimero formato da propilene viene diluito nel diluente per decomporre il catalizzatore,
  • quindi viene filtrato, purificato e infine ridotto a resina di polipropilene;
  • la resina così formata viene fusa ed estrusa attraverso una filiera in una forma di filamento (il  diametro della matrice varia da 0,5 a 1,5 mm);
  • i filamenti di recente estrusione che escono dalla filiera fusi vengono raffreddati, di solito con aria fresca senza danneggiare i filamenti, e solidificati.
  • La zona di raffreddamento può essere semplice, come è il caso di una zona in cui viene soffiata aria di raffreddamento attraverso i filamenti, oppure può essere una camera elaborata, costruita in modo tale che l’ambiente di raffreddamento possa essere rigorosamente controllato.

Altri eventuali trattamenti sui filamenti possono essere costituiti da,

    • una Finitura, al fine di migliorare l’antistatico e ridurre l’abrasione;
    • uno Stretching a caldo, per potenziamento delle proprietà fisico-meccaniche;
    • una Crimpatura, per migliorare la massa;
    • un Thermosetting, per rimuove gli stress interni e rilassa le fibre:
    • un Taglio.

Sono numerose quindi le variabili che entrano in gioco nei processi produttivi che possono conferire caratteristiche qualitative anche molto diverse tra loro a due prodotti realizzati con analoghe percentuali di polipropilene.

A questo fatto va aggiunto il fatto che ci sono numerosi / divesi additivi che possono essere aggiunti al polipropilene allo stato liquido per modificare le qualità del materiale.

I più diffusi impieghi della fibra

I più diffusi impieghi della fibra di polipropilene

La fibra di polipropilene può essere utilizzata in una vasta gamma di applicazioni, per l’industria automobilistica, per confezionare imballaggi, ma anche per produrre,

  • moquette,
  • fibre, filamenti, film, tubi,
  • tessuti per arredamento e copriletto,
  • giocattoli, tappi di bottiglia, articoli monouso,
  • articoli per l’igiene,
  • abbigliamento, sportivo soprattutto,
  • filtri,
  • borse,
  • corde,
  • nastri,
  • tessuti da costruzione,
  • prodotti assorbenti (pannolini),
  • prodotti per industria del mobile,
  • prodotti per per l’agricoltura.
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le applicazioni tessili di fibre di polipropilene

Nelle pavimentazioni. La cd pavimentazione tessile è stata il primo utilizzo della fibra di polipropilene e quello di più ampia portata.

La hanno fatta preferire anche alle fibre naturali, l’elevata resistenza all’abrasione, il non assorbimento dello sporco di liquidi e di macchie, la sua facilità di lavaggio, la resistenza al colore e l’assenza di propagazione del fuoco.

Questo tipo di applicazione di polipropilene è stata esteso, ai tappeti per esterni altamente stabilizzati alle radiazioni ed al calore, ai campi da golf e da tennis, ai bordi di piscine, ed agli interni delle automobili.

Nei tessuti. Negli anni successivi è stato sviluppato un metodo per la produzione di filati a basso spessore, rendendo in tal modo possibile comporre un tessuto particolarmente adatto alla maglieria sportiva, in cui il fattore positivo era il fatto del non non assorbimento del sudore e il suo “trasporto” all’esterno, lasciando asciutto il corpo.

L’intimo e l’abbigliamento sportivo in polipropilene hanno un eccellente isolamento termico, un’ottima resistenza all’abrasione, un buon “trasferimento” del sudore dal corpo al tessuto adiacente (fatto di cotone, ad esempio) ecc.

Alcuni altri utilizzi delle fibre di polipropilene nell’industria tessile riguardano la produzione di:

  • corde,
  • etichette,
  • imballaggi per alimenti.   
Poliestere vs Polipropilene

Poliestere vs Polipropilene

Il polipropilene (PP) ed il poliestere (PES) sono attualmente le due principali fibre utilizzate nelle filature e nelle tessiture tradizionali e nell’industria dei tessuti non tessuti. Tuttavia,

  • rispetto al polipropilene, il PES  ha dei gradi di tenacità più elevati ed è adatto per  produrre tessuti industriali ad alta resistenza;
  • in ragione del suo basso punto di fusione, il polipropilene non viene normalmente utilizzato per produrre fili per cucire;
  • il polipropilene ha una grande elasticità: è adatto per la filatura e la tessitura, per l’industria dei tessuti non tessuti, e per altre applicazioni;
  • la densità del polipropilene (0,91 g / cc) è molto inferiore a quella del poliestere (1,38 g / cc) e di conseguenza  – a parità di denari – il diametro della fibra di polipropilene è maggiore di quello della fibra di poliestere;
  • il polipropilene viene tinto in massa, ed è disponibile sin commercio in una vasta gamma di colori e di sfumature: dall’altra parte il poliestere tinto in massa è disponibile solo in un numero limitato di colori;
  • il punto di fusione del polipropilene (165 ° C) è molto più basso di quello del poliestere (260 ° C): quindi il materiale realizzato con questa fibra non è adatto “alla lotta” antincendio ed agli indumenti simili dove le temperature sono elevate;
  • la resistenza del PP ai raggi UV light è inferiore rispetto a quella del PES, ma uno stabilizzatore UV può essere aggiunto durante il processo di fabbricazione;
  • il PP è altamente inerte, ed è quindi adatto alla realizzazione di reti da pesca e geotessili per terreni alcalini e acidi.
I vantaggi ed i limiti delle fibre di PP

I vantaggi ed i limiti delle fibre di PP

i vantaggi e le qualità

Per le sue particolari caratteristiche, la fibra di polipropilene,

  • è adatta per alcuni tipi di industrie (produzione di filati per tappeti e prodotti assorbenti, ad esempio),
  • è termoplastica,
  • è una fibra leggera: la sua densità (0,91 gm / cm³) è la più bassa di tutte le fibre sintetiche,
  • non assorbe l’umidità: l’umidità emessa mentre indossa un indumento in polipropilene di evaporare molto più rapidamente rispetto a un indumento che trattiene l’umidità. Pertanto, questo tessuto è popolare nei tessuti che vengono indossati vicino alla pelle;
  • ha un’eccellente resistenza chimica: le fibre di PP sono molto resistenti alla maggior parte degli acidi e degli alcali;
  • ha una conducibilità termica inferiore a quella di altre fibre;
  • è altamente resistente all’abrasione, e resiste anche agli insetti ad e altri parassiti.

gli svantaggi  ed i limiti della fibra di PP

  • ha una bassa temperatura di fusione che impedisce la sua stiratura al pari del cotone, con la lana o il nylon,
  • scarsa adesione alle colle, al lattice ecc.