Il polipropilene è un materiale economico, leggero, molto versatile e dai molti impieghi: può essere utilizzato sia come materia plastica sia come fibra.
Il polipropilene materia plastica
Il polipropilene (o polipropene) (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 dei 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.
Materiali termoplastici VS materiali termoindurenti
I materiali termoplastici: il fatto che il polipropilene sia termoplastico (che non sia cioè “termoindurente” ) significa che a temperatura elevate diventa flessibile o modellabile e che si solidifica al raffreddamento.
Dal fatto che i materiali termoplastici diventino liquidi nel loro punto di fusione (a circa 130°C nel caso del polipropilene) discende la loro caratteristica che si tratta di materiali,
- che possono essere riscaldati fino al loro punto di fusione, poi raffreddati, poi nuovamente riscaldati senza un loro significativo degrado,
- che invece di bruciare si liquefanno, il che ci consente di stamparli facilmente ad iniezione e di riciclarli successivamente.
I materiali termoindurenti: con le materie plastiche termoindurenti capita il “contrario”.
- 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 si ottiene la sua combustione.
- Questa caratteristica rende i termoindurenti “scarsi candidati al riciclo”.
Le peculiari caratteristiche sopra menzionate fanno si che il polipropilene venga utilizzato in molte applicazioni nel settore della plastica (piatti, vassoi, tazze, ecc.); ma che si presti bene anche ad essere utilizzato come fibra (orde, tappeti, tappezzerie, abbigliamento e simili).
E’ 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.
Le caratteristiche tecniche del PP
- 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
I pregi ed i limiti del polipropilene (materiale termoplastico)
Il polipropilene,
- è largamente disponibile sul mercato, ed è relativamente economico;
- ha un’elevata resistenza alla flessione, per effetto 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.
Per contro, il polipropilene,
- ha un elevato coefficiente di dilatazione termica il che limita le sue applicazioni ad elevate temperature;
- è degradabile alle radiazioni elettromagnetiche (in particolare alle UV);
- ha una scarsa resistenza ai solventi clorurati e a quelli aromatici;
- è difficile da verniciare avendo scarse proprietà di adesione;
- è altamente infiammabile;
- è ossidabile.
Il polipropilene come fibra tessile
Col processo di filatura a fusione tradizionale, i trucioli di polipropilene possono essere convertiti in fibre / filamenti. Si tratta di fibre che possono avere numerose applicazioni nell’industria tessile: per produrre tappezzerie, tendaggi, coperte, abbigliamento tecnico-sportivo; per fare moquette, coperte, tessuti per capispalla (capi d’abbigliamento che vestono le spalle), maglieria e tessuti filtranti. I filamenti ed i monofilamenti di polipropilene sono utilizzati nella fabbricazione di cavi, reti, tessuti filtranti.
Ciò in quanto si tratta di un tipo di fibra,
- che é termoplastica, resistente, leggera e resistente alla muffa ed a numerosi prodotti chimici,
- che ha buone proprietà termoisolanti, ed è altamente resistente agli acidi, agli alcali, ai solventi organici,
- che è sensibile al calore e alla luce: ma la resistenza a questi agenti può essere modificata mediante degli stabilizzatori (aggiunti).
Caratteristiche tipiche delle fibre di polipropilene
Le fibre di PP sono costituite da due componenti: una cristallina e una 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.
- A seconda delle condizioni di lavorazione, il grado di cristallinità della fibra di polipropilene è in generale tra il 50-65%.
- 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.
La fibra di polipropilene ha (in generale) un’eccellente resistenza agli acidi ed agli alcali ed ha un’elevata resistenza all’abrasione e resiste agli insetti ed ai parassiti.
E’ anche facile da lavorare ed è anche piuttosto economica rispetto ad altre fibre sintetiche. Ha anche un basso tasso d’assorbimento dell’umidità.
a) Sintesi delle sue qualità caratteristiche
Ecco in sintesi caratteristiche più significative di una fibra in 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,
- ha bassa conducibilità termica,
- è facile da lavorare, e la sua produzione è economica.
- è comoda e leggera (ha un basso peso specifico).
- In ragione 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.
Per questi motivi la fibra di PP viene ampiamente utilizzata per realizzare indumenti intimi, giacche, costumi da bagno, filtri, borse e pannolini.
b) Proprietà meccaniche delle fibre di PP
Le fibre di polipropilene sono prodotte in numerosi di tipi ognuno avente differenti caratteristiche, per poter soddisfare le più diverse esigenze. Le fibre possono avere diverse tenacità:
- quelle 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 delle corde, delle 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.
Ecco le proprietà meccaniche delle fibre.
- 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 sta ad indicare quanto una fibra si può allungare senza spezzarsi) incide sulle proprietà meccaniche dei filamenti di polipropilene: maggiore è il grado d’allungamento, maggiore è la sua resistenza alla trazione.
- I monofilamenti commerciali hanno un allungamento alla rottura compresa nella regione tra 12-25%.
- I multi-filamenti e le fibre in fiocco, sono invece tra il 20-30% e il 20-35%.
c) Le proprietà termiche delle fibre di polipropilene
Com’è noto,
- la conducibilità termica, o conduttività termica non è altro che l’attitudine di una materia 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.
- 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 il calore per un lungo periodo di tempo.
- Nei capi d’abbigliamento hanno eccellenti proprietà isolanti e, in combinazione con la loro natura idrofobica, mantengono caldo e asciutto.
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, va detto che rimangono flessibili a delle temperature di -55 ° C.
d) La loro attitudine alla tintura
Quanto alla capacità di assimilare i colori nella fase di tintura, va detto che quanto alle fibre di PP 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 del 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 anche tramite delle particolari 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 processi per la produzione della fibra di polipropilene
Mediante il processo di filatura, i trucioli di polipropilene possono essere convertiti a fusione in fibra / filamento.
Queste lavorazioni variano da produttore a produttore, e queste diversità si traducono in differenti proprietà dei prodotti finali che ne risultano (stabilità alla luce, sensibilità al calore ecc.). La procedura-base 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 possibili trattamenti sui filamenti di PP possono essere i seguenti.
- Finitura – al fine di migliorarne l’antistaticità e ridurne le possibili abrasioni.
- Stretching a caldo – per il potenziamento delle loro proprietà fisico-meccaniche.
- Crimpatura – per migliorare la loro massa.
- Thermosetting.
- Taglio.
Sono numerose quindi le variabili che entrano in gioco nei processi produttivi e che possono conferire caratteristiche qualitative anche molto diverse a due prodotti realizzati con analoghe percentuali di polipropilene.
A ciò va aggiunto il fatto che ci sono numerosi / diversi additivi che possono essere aggiunti al polipropilene allo stato liquido per modificare le qualità del materiale.
I più diffusi impieghi delle fibre di polipropilene
Le fibre di polipropilene possono essere utilizzate in molti settori ed in molti modi:
- nell’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 l’agricoltura.
I principali settori di utilizzo delle fibre di polipropilene
a) nelle pavimentazioni – La cd pavimentazione tessile è stato il primo impiego delle fibre di polipropilene e quello di più ampia portata.
La loro elevata resistenza all’abrasione, il non assorbimento dello sporco di liquidi e di macchie, la loro facilità di lavaggio, la resistenza al colore e l’assenza di propagazione del fuoco, la hanno fatte preferire anche alle fibre naturali.
Questo tipo di applicazione è stata estesa anche ai tappeti per esterni, ai campi da golf e da tennis, ai bordi delle piscine, ed agli interni delle automobili.
b) nella tessitura – Successivamente è stato sviluppato un metodo per la produzione di filati a basso spessore, rendendo in tal modo possibile arrivare a comporre un tipo di tessuto particolarmente adatto alla maglieria: l’intimo e l’abbigliamento sportivo fatti 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.
c) altri – Alcuni altri utilizzi delle fibre di polipropilene nell’industria riguardano la produzione di corde, di etichette, d’imballaggi per alimenti.
Fibre di poliestere VS fibre di polipropilene
Il polipropilene (PP) ed il poliestere (PES) sono le due principali fibre utilizzate nelle filature e nelle tessiture tradizionali e nell’industria dei tessuti non tessuti. Vediamo quali sono le cose che li differenziano.
gradi di tenacità – Rispetto al polipropilene, il PES ha dei gradi di tenacità più elevati ed è adatto per la produzione di tessuti industriali ad alta resistenza. Il polipropilene invece non viene normalmente utilizzato per produrre fili per cucire; in ragione del suo basso punto di fusione
elasticità – 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.
densità – 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;
tingibilità – 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;
punto di fusione – 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;
resistenza ai raggi UV- 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 pregi ed i limiti delle fibre di PP
a) pregi e 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 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.
b) limiti – Le fibre di PP,
- hanno una bassa temperatura di fusione che impedisce la sua stiratura al pari del cotone, con la lana o il nylon,
- hanno una scarsa adesione alle colle, al lattice ecc.
