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Poly propylene(PP 폴리프로필렌)
Polypropylene(PP)
HS No. : 3902-10-0000
CAS No. : 9003-07-0
화학식 : (-CH2-CH·(CH3)-)n
성상 : PP의 두드러진 특징들 중 첫째는 어떤 상업 플라스틱보다도 낮은 비중 때문에 단위 부피당 가격이 가장 저렴한 플라스틱 중 하나라는 점이고, 둘째는 isotactic 고분자의 녹는 점이 170℃이며, syndiotactic 고분자는 그 보다 녹는 점이 훨씬 높다는 점, 그리고 셋째는 우수한 절연성과 낮은 creep, 화학적 불활성을 갖는다는 점이다. PP는 비중 0.90으로써 메틸펜텐폴리머 다음으로 가볍고 다른 수지와 단위중량으로 비교하면 유리하다. 인장강도는 PE보다 높으며, 압축강도 및 충격강도도 양호하고 표면강도가 높다. 마모에 대해서도 양호한 편이다. 융점은 165℃로 열가소성수지 가운데서도 내열성이 높은 편이다. 따라서 증기소독을 하는 위생기구에도 적합하다. 그러나 프로필렌만으로 중합시킨 호모폴리머의 취화온도는 10℃내외이며, 겨울에는 무르게 된다. 여기서 기타 올레핀 약간 양을 공중합시킬 수 있는데, 공중합시키는데 따라서는 EP고무의 성분이 분자쇄내 또는 프렌드의 형체에서 최종적인 PP로 개재된다. 이것이 의해 취화온도를 -10~-15℃로 내려가게 할 수 있으며, 엔지니어링 플라스틱 용도로 사용하고 있고 또다시 다른 재료와 조합해서 자동차용에도 대량 사용하고 있다. PP는 고주파의 유전특성 및 파괴전압에 대해서도 양호하다. 또한 산, 알칼리에 대해서는 저항성이 좋지만 유기용제에 대해서는 어떤 방향족, 또는 염소화탄화수소에서 80℃이상되면 팽윤하는 경향이 있다. PP는 작사광선에 대해서는 강하지 않지만 첨가제, 자외선흡수제(카본블랙)를 사용하면 해결된다. 고온에서는 산소에 민감하지만 산화방지제를 첨가하면 안정도가 증가한다. PP는 유동성이 매우 좋으며, 얇은 것 또는 복잡한 형의 형질을 용이하게 가공할 수 있다. 성형시 수축은 PE보다 작고 성형물의 크기나 두께에 따른 수축차가 작아서 균형이 잘맞는다. 사출성형, 압출성형, 진공성형, 종이나 알루미늄의 코팅, 필름, 섬유, 테이프, 중공성형 등 응용 가공법이 넓다. 또한 기계가공도 할 수 있어 종래의 성형기계를 거의 이용할 수 있다. PP 필름은 투명도가 좋고 증기, 액체 투과성이 극히 작으며 인열강도가 높다. 또한 내열, 내약품성이 좋기 때문에 각종 포장용 필름으로써 적당하다. 유리섬유나 무기충진제로 조합한 새로운 그레이드도 개발돼 자동차 부품 등에 사용되고 있다. 또한 발포 PP, 기타 다른 플라스틱 종류와 공중합한 새로운 그레이드도 개발돼 실용화되고 있다.
용도 : PP는 대부분의 응용에 대해 저압 PE와 경쟁된다. 저압 PE의 단위 부피와 단위 질량당 가격이 상당히 저렴하지만 월등한 물리적 성질 때문에 PP가 선호되는 경우도 있다. PP의 가장 중요한 응용은 injection molding인데 이 분야에서 PP는 한 때 셀룰로오스 아세테이트가 차지했던 시장의 일부를 점유하고 있다. PP막은 PE막보다 더 투명하고 강도를 높게 만들 수 있다. PP막은 보다 얇은 치수로 만들 수 있기 때문에 고속포장 응용분야에서 셀로판과 가장 가깝게 경쟁할 수 있다. 이중축의 방향성을 갖는 막은 점착력, 강도를 함께 가지고 있고 저가이므로 물성면에서는 새고기 포장에 사용되는 수축막에 가장 적합한 물질이다. 단일 방향성을 갖는 막 역시 편평한 포장이나 감자칩 포장을 위해 셀로판을 코팅하는 것과 같은 광범위한 포장 응용분야를 갖는다. 다른 응용으로는 관이 있는데, 이것은 저온에서의 물성이 만족스럽지 못하기 때문에 널리 사용되기 어렵다. 모노필라멘트는 소가 소화할 수 없다는 결함에도 불구하고 (사이잘삼과 경쟁하는)baler twine에서 광범위한 응용분야를 갖고 있다. 섬유도 응용분야 중 하나다. 프로필렌만큼 값싼 월료물질로 섬유를 만든다는 착안은 근본적으로 매우 설득력이 있지만 극복해야 할 두 가지의 중대한 문제점이 있다. 첫째는 다림질을 해 주어야 하는 의복에서 요구되는 것보다 연화점이 100℉ 정도 낮다는 것이다. 연화점을 높이기 위해 가소제 첨가, radiation crosslinking, 그래프트 중합 등이 시도됐다. 그러나 가장 중요한 장애는 PP가 Dye-site로 작용할 수 있는 극성 그룹을 갖고 있지 않으므로 Spin-dyeing 이외의 방법으로는 염색하기가 어렵다는 점이다. 해결책으로 두 가지의 기술이 유력시 되고 있다. 첫째는 극성 그룹을 가지고 있는 다른 단량체와의 그래프트 중합법으로 이는 연화점의 상승이라는 부수적인 이점도 가지고 있다. 두 번째는 용융체를 통해 공기를 불어넣음으로써 염료를 받을 수 있는 서로 연결된 미세한 틈새를 만드는 것이다. 카펫용 직물이나 그와 유사한 저급용도 이외에 최초의 PP 섬유 대규모 생산은 연간 6000만파운드의 생산능력을 가진 이태리 Terni에 위치한 Montecatini 공장이다. 사용된 기술은 Isopropenyl Pyridine과 Methyl Methacrylate의 50 대 50 혼합물을 50% 정도 이용한 그래프트 중합이었으며 수많은 기존의 염색기술로 염색 가능한 섬유가 되도록 했다. PP섬유는 무한한 잠재성을 가지고 있다. 또 단위중량당 넓이가 면직물보다 65% 높으며, 나일론보다 25% 더 저렴하고 생산가가 더 낮아질 전망이다. PP 개발은 시간이 오래 걸리고 비용이 많이 드는 작업이었다. 공정의 제어는 복잡하고 비용이 많이 들었으며, 제품의 균일성을 얻기도 어려웠다. 최근 공장들의 대부분은 회분식 중합 대신에 연속식 중합을 이용한다. 결정화 속도는 결정의 크기를 제한하고 쉽게 부서지는 성질을 가지지 않도록 하기 위해 제어되어야 한다. PP는 빛에 대해 불안정하므로 즉시 안정시켜야 한다. 결국 PP는 다른 열가소성수지 보다 가공하기가 어렵다. 주요한 성형 응용분야들로는 주로 용기류이나 우수한 섬유를 만들 수 있기 때문에 PP가 열경화성 플라스틱(페놀릭이나 우레아-포름알데히드)과 경쟁하고 있으며, 핸들과 같이 셀룰로오스를 주로 사용하던 자동차 분야가 있다. 공중합체는 PE와 PVC와 경쟁관계에 있는 중공성형에 사용된다. 모노필라멘트는 로프, 가구의 가장자리 띠와 산업직물을 만드는 경우에 사용되고 있는데, 이는 최근의 플라스틱 baler twine의 개발과는 별개다. sheet 제품 중 가장 중요한 응용은 여행 가방류와 손잡이류다. 최초의 미국내 제조기업은 Farbwerke Hoechst와 함께 개발한 공정을 사용했던 Hercules였다.
원료 : 프로필렌가스, 트리에틸알루미늄, 삼염화티탄
제법 : 프로필렌 가스를 95% 이상의 순도(에틸렌의 경우와 같이 촉매독이 되는 산소, 수소, 황화합물, 아세틸렌을 제거한다)로 정제한다. 다음에 촉매(Ziegler-Natta 촉매, 예를 들면 트리에틸알루미늄과 삼염화티타늄계)를 가한 용제(n-헵탄 등)에 정제한 프로필렌을 30~70℃에서 불어넣으며 중합반응을 진행한다. 중합 후 알코올을 가해서 촉매를 용해시켜 제거하면 중합체가 백색의 분말형태로 얻어진다. 중합은 상압 내지는 5kg/㎠ 내에서 행한다. 제품 중의 isotactic 중합물(메틸기가 한쪽 방향으로 정연히 배열되어 있는 쇄상구조를 말한다. 이것과는 반대로 비결정질의 PP는 메틸기의 방향이 불규칙하게 되어 있는데, 이것은 atactic 폴리머라고 한다)의 중합량은 촉매의 종류, 농도, 트리에틸알루미늄과 삼염화티타늄과의 몰비, 반응온도, 시간 등에 따라 다르다. 에틸렌과의 공중합체에는 Random Copolymer와 Block 공중합체가 있다. 전자는 주로 내한용 필름으로, 후자는 내충격 성형품으로 사용되고 있다.
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