Le polypropylène (PP) présente de bonnes propriétés mécaniques, une non-toxicité, une bonne stabilité chimique, une bonne résistance à la chaleur et une facilité de traitement et de moulage. Cependant, en raison de l'influence de la taille des cristaux de PP, sa transmittance de la lumière et sa brillance limitent son application dans les produits de première nécessité et les emballages transparents.
Après la modification transparente, le PP transparent obtenu a non seulement les performances du PP traditionnel, mais rend également sa transparence et sa brillance comparables à celles des résines transparentes couramment utilisées telles que la résine de polystyrène (PS), le polycarbonate (PC), le polyester (PET), le polychlorure de vinyle (PVC), etc. Par conséquent, afin d'améliorer la valeur marchande du PP, il est nécessaire de le modifier pour qu'il soit transparent.
Processus de développement PP transparent
Actuellement, il existe trois principales voies de développement du PP transparent qui répondent aux conditions d'une production industrielle à grande échelle et ont une valeur de production commerciale :
● Utiliser des catalyseurs pour produire du PP transparent ;
● Ajouter des agents de nucléation transparents pour modifier le PP ;
● Mélanger avec d’autres résines pour produire du PP transparent.
Utilisation d'un catalyseur pour produire du PP transparent
● Production de copolymère aléatoire PP avec catalyseur ZN
Le processus de production industrielle de copolymère aléatoire éthylène-propylène PP utilisant un catalyseur ZN est le suivant :
(1) Mélanger complètement le propylène et l’éthylène gazeux ;
(2) Utiliser un catalyseur pour obtenir des monomères copolymères et divers segments de polymères monomères ;
(3) Former des chaînes moléculaires PP par croissance de chaîne et transfert de chaîne, et finalement obtenir un copolymère aléatoire PP.
La transmission de la lumière du copolymère aléatoire PP peut dépasser 94 %, ce qui est fondamentalement proche de la transparence du polyéthylène transparent.
●Synthèse de PP hautement transparent à l'aide de catalyseurs métallocènes
L'effet d'amélioration de la transparence des catalyseurs métallocènes est meilleur que celui des catalyseurs ZN. Dans la synthèse de PP transparent, ils peuvent contrôler la cristallinité, le poids moléculaire et le mode d'incorporation des comonomères. Produire un mélange de PP isotactique et isotactique avec une transparence et une résistance élevées.
Les entreprises disposant de cette technologie comprennent : la technologie UnivatExxpol/Unipol développée par ExxonMobil, la technologie Insite/Spheripol développée par Dow Chemical, la technologie JPC développée par Mitsubishi Chemical, la technologie Mitsui, les technologies Spheripol et Metocene développées par Mitsui Chemicals, la technologie Borecene développée par Borealis, la technologie Univation/Unipol développée par Basel, la technologie Atofina développée par Total et la technologie BP développée par British Petroleum.
Ajouter un agent de nucléation transparent pour modifier le PP
En ajoutant un agent de nucléation transparent au PP, la transparence du produit peut être efficacement améliorée. De plus, sa rigidité et son indice de fluidité à chaud peuvent également être améliorés.
● Mécanisme de modification de l'agent de nucléation transparent
Le processus de formation des composés à structure cristalline comprend deux étapes : la nucléation et la croissance cristalline. Pour le PP, son processus de croissance par nucléation comprend la nucléation hétérogène et la nucléation homogène. Dans la méthode de nucléation homogène, le nombre de noyaux est faible, la taille des cristaux est grande et la cristallinité est faible. Dans le processus de nucléation hétérogène, la chaîne moléculaire peut être adsorbée à la surface des « impuretés » de la masse fondue pour former des noyaux. Dans ces conditions, la vitesse de cristallisation est rapide, la taille des cristaux est petite et la cristallinité est élevée.
Le modificateur transparent peut être considéré comme une « impureté ». En tant que noyau de nucléation hétérogène, il améliore l'effet de nucléation hétérogène dans le processus de cristallisation du PP, inhibe la nucléation homogène du PP, réduit la taille du cristal, améliore la cristallinité et réduit la diffusion et l'indice de réfraction de la lumière sur l'interface cristalline.
● Types et applications des agents de nucléation transparents
① Agent de nucléation transparent inorganique
Les agents de nucléation transparents inorganiques sont principalement des composés non métalliques tels que le talc et le mica. Les caractéristiques de cet agent de nucléation transparent sont une large source de matières premières, un faible coût et seule une petite quantité d'ajout est nécessaire pour jouer un rôle dans l'amélioration de la transparence. Cependant, ses inconvénients sont également évidents. En tant que composés inorganiques, ils sont difficiles à disperser dans les masses fondues organiques et ont un effet de protection contre la lumière.
② Agent de nucléation organique transparent
Parmi les agents de nucléation organiques transparents, les composés de sorbitol sont les additifs les plus largement utilisés. Selon le type de groupes fonctionnels substituants sur le cycle benzénique des composés de sorbitol, le développement des agents de nucléation de sorbitol a connu trois séries.
Dans la première série, il n'y a pas de groupe fonctionnel sur le cycle benzénique dans les composés de sorbitol, et son coût de préparation est faible, mais l'effet de nucléation est faible et des composés aldéhydes seront libérés pendant l'utilisation ;
Dans la deuxième série, le chlore, le méthyle et d'autres groupes fonctionnels sont utilisés pour remplacer les atomes d'hydrogène en position para du cycle benzénique dans les composés de sorbitol. Cette série de composés de sorbitol augmente l'efficacité de la nucléation et la transparence du produit, mais ne peut toujours pas résoudre le problème de la libération des composés aldéhydiques ;
La troisième série, développée pour la première fois par Milliken, résout efficacement le problème de la libération de composés aldéhydiques.
En ajoutant 0,3 % de l'agent de nucléation au sorbitol produit par Milliken Chemical Company au PP en fraction massique, le trouble du PP peut être réduit à moins de 15 %. À l'heure actuelle, la communauté universitaire dispose de diverses explications sur le mécanisme de nucléation DBS, mais aucune vision unifiée n'a été établie.
En plus des agents de nucléation du sorbitol, les chercheurs ont également développé une série d'agents de nucléation transparents organiques tels que les agents de nucléation transparents du phosphate aromatique, les agents de nucléation transparents du sel métallique de l'acide carboxylique, les agents de nucléation transparents de l'acide déhydropolaire et de son sel, les agents de nucléation transparents de l'amine acide ramifiée et les agents de nucléation transparents du polymère.
● Méthode d'ajout d'agent de nucléation transparent
Il existe deux façons d'ajouter des agents de nucléation transparents lors de la production de PP transparent. L'une consiste à utiliser une agitation mécanique pour disperser uniformément l'agent de nucléation transparent dans un récipient contenant les matières premières de réaction afin de garantir l'uniformité des performances du produit PP. Cette méthode est limitée par l'intensité de l'agitation et interfère avec l'activité de polymérisation, elle n'est donc pas utilisée fréquemment. L'autre consiste à ajouter l'agent de nucléation à l'extérieur du réacteur pendant le processus de granulation du PP, ce qui est pratique pour une application industrielle.
Mélange avec d'autres résines pour produire du PP transparent
Le procédé d'augmentation de la transmittance par mélange consiste à utiliser un ou plusieurs polymères ayant un indice de réfraction proche de celui du PP et une taille de particule de phase dispersée inférieure à la longueur d'onde de la lumière visible pour les mélanger avec le PP, et à réduire la taille des cristaux du PP en exerçant l'effet de nucléation hétérogène, augmentant ainsi la transmittance du produit.
Des études ont montré que le polyéthylène basse densité et le copolymère éthylène-propylène-diène sont des agents de mélange appropriés. L'ajout de 10 % d'agent de mélange peut réduire la taille des cristaux du PP, augmenter la cristallinité et augmenter la transmittance du produit. De plus, les performances d'impact du produit peuvent également être améliorées par l'effet de l'agent de mélange. Cependant, la méthode d'utilisation d'un agent de mélange pour augmenter la transmittance présente des limites évidentes. Étant donné qu'un ou plusieurs autres polymères sont utilisés comme agent de mélange, ils doivent avoir un indice de réfraction et une compatibilité interfaciale similaires à ceux du PP, ce qui rend le développement très difficile.
Domaines d'application du PP transparent
La chaîne industrielle du polypropylène transparent en amont comprend principalement le polypropylène, l'agent de nucléation transparent, le catalyseur métallocène, etc., et la chaîne industrielle en aval est principalement utilisée dans les dispositifs médicaux, les emballages transparents et les articles ménagers tels que la vaisselle à micro-ondes, les boîtes à lunch jetables et les gobelets transparents. Le tableau suivant répertorie les domaines d'application des produits PP transparents sous différentes technologies de traitement.
Technologie de traitement et application de la résine polypropylène transparente
| Technologie de traitement | Produits d'application |
| Moulure creuse | Bouteilles d'assaisonnement, bouteilles de détergent, bouteilles d'eau, bouteilles de nourriture et de boissons |
| Moulage par injection | Pièces ménagères, boîtes de rangement communes, housses de rangement, matériel médical, électronique, boîtes vidéo, emballages de protection, housses, pièces d'équipement |
| Extrusion de feuilles | Boîtes à cassettes vidéo, boîtes de montage et de repas, revêtements de sol, produits d'hygiène, papeterie et fournitures de bureau |
| Moulage par soufflage | Bouteilles d'eau, bouteilles de médicaments, aliments secs, pots à épices, bouteilles de détergent, biberons, accessoires pour la maison, savon liquide, boîtes de détergent |
| Thermoformage | Matériaux d'emballage en mousse, plateaux médicaux, plateaux de charcuterie jetables, restauration rapide au micro-ondes, gobelets à boissons, bouteilles de jus jetables, emballage de boîtes de produits laitiers, plateaux à biscuits |
| Acteurs du film | Couverture d'album photo, produits d'hygiène, papier d'emballage de bonbons, film médical |
| Moulage par injection de parois minces | Emballage de boîtes de produits laitiers, contenants pour produits de charcuterie, gobelets jetables, contenants de stockage |
Actuellement, les produits PP transparents fabriqués par moulage par soufflage, moulage par injection, thermoformage et autres technologies de traitement occupent une certaine part de marché et ont tendance à remplacer d'autres matériaux concurrents. Par exemple, les bouteilles de bière et de boissons actuellement sur le marché utilisent principalement du polyéthylène téréphtalate (PET), et le PP hautement transparent produit par AMCO grâce au procédé de « moulage par injection-étirage-soufflage » a le potentiel de remplacer le PET.
Fabricant et marque
Actuellement, les principaux producteurs mondiaux de polypropylène transparent sont ExxonMobil Chemical Company, Montell en Allemagne, BP Amoco, le groupe sud-coréen SK, le groupe américain Huntsman, le groupe japonais Mitsui, Dow Chemical Company, BASF SE, Borealis Ltd., le groupe sud-coréen Samsung, la société néerlandaise Basel Company, le groupe japonais JPP et le groupe sud-coréen Daelim.
Photo prise au stand SK Chemicals
D'un point de vue national, il existe actuellement très peu d'entreprises de polyoléfines utilisant la technologie chimique du charbon qui produisent du polypropylène transparent, et la production de matériaux transparents est essentiellement réalisée par quelques coentreprises.
Comparaison entre le matériau transparent et le matériau de dessin Source : Sinochem
La qualité HC8016 de Dongming Petrochemical est utilisée dans les biberons pour nourrissons. Source de l'image : Dongming Petrochemical
