โพรพิลีน (PP) เป็นสารประกอบเทอร์โมพลาสติกโพลีเมอร์ที่ผลิตโดยการเติมโพลีเมอไรเซชันของโมโนเมอร์โพรพิลีน องค์ประกอบทางเคมีและการกำหนดค่าโมเลกุลของมันจะกำหนดคุณสมบัติทางกายภาพ คุณลักษณะการประมวลผล และช่วงการใช้งานของวัสดุโดยตรง ในฐานะสมาชิกคนสำคัญของตระกูลโพลีโอเลฟิน PP เป็นตัวแทนในด้านเคมีโพลีเมอร์และการใช้งานทางอุตสาหกรรม เนื่องจากมีโครงสร้างที่เรียบง่าย มีองค์ประกอบเดียว และความสามารถในการบรรลุคุณสมบัติที่หลากหลายผ่านการควบคุมสเตอริโอสม่ำเสมอ
จากมุมมองขององค์ประกอบทางเคมีพื้นฐาน หน่วยการทำซ้ำของ PP คือ -CH₂-CH(CH₃)- ซึ่งประกอบด้วยคาร์บอน (C) และไฮโดรเจน (H) โดยไม่มีอะตอมเฮเทอโรอะตอมอื่น สูตรโมเลกุลสามารถแสดงเป็น (C₃H₆)ₙ โดยที่ n คือระดับของการเกิดปฏิกิริยาพอลิเมอไรเซชัน โดยทั่วไปจะมีตั้งแต่หลายพันถึงหมื่น และน้ำหนักโมเลกุลมีตั้งแต่หลายแสนถึงล้าน โครงสร้างนี้ประกอบด้วยไฮโดรคาร์บอนเพียงอย่างเดียว ทำให้ PP มีความหนาแน่นต่ำ (0.90–0.91 g/cm³) และความเฉื่อยทางเคมีที่ดี อย่างไรก็ตาม ยังกำหนดด้วยว่าในระหว่างการเผาไหม้ จะก่อให้เกิดคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำเป็นหลัก แม้ว่าควันไฮโดรคาร์บอนอาจเกิดขึ้นที่อุณหภูมิสูงก็ตาม
โครงสร้างทางเคมีของ PP มีลักษณะเฉพาะคือสายโซ่หลักที่ประกอบด้วยหมู่เมทิลีนสลับ (-CH₂-) และอะตอมของคาร์บอนทุติยภูมิที่มีกิ่งก้านของเมทิล ขึ้นอยู่กับการจัดเรียงเชิงพื้นที่ของโซ่ข้างเมทิล PP สามารถจำแนกได้เป็นสเตอริโอไอโซเมอร์สามชนิด: isotactic PP (iPP), syndiotactic PP (sPP) และ PP แบบไม่โต้ตอบ (aPP) Isotactic PP เป็นโซ่ที่ใช้กันทั่วไปในอุตสาหกรรม โดยมีโซ่ด้านข้างเมทิลทั้งหมดตั้งอยู่บนด้านเดียวกันของโซ่หลัก ทำให้เกิดโครงสร้างขดลวดเชิงพื้นที่ที่ได้รับการจัดลำดับสูง สิ่งนี้เอื้อให้เกิดการก่อตัวของผลึกอย่างสม่ำเสมอ ส่งผลให้มีจุดหลอมเหลวสูงขึ้น (ประมาณ 160–170 องศา ) มีความแข็งแกร่ง และทนความร้อน Syndiotactic PP มีโซ่ด้านข้างเมทิลกระจายสลับกันบนทั้งสองด้านของสายโซ่หลัก ซึ่งก่อตัวเป็นผลึกปกติเช่นกัน แต่ความเป็นผลึกและจุดหลอมเหลวของมันจะต่ำกว่าประเภทไอโซแทคติกเล็กน้อย โพรพิลีน Atactic (PP) มีลักษณะพิเศษคือการจัดเรียงโซ่ข้างเมทิลที่ไม่เป็นระเบียบ ทำให้ยากสำหรับสายโซ่โมเลกุลที่จะซ้อนกันในลักษณะปกติ โดยพื้นฐานแล้วมันจะมีรูปร่างไม่แน่นอน ส่งผลให้ความแข็งแรงและจุดหลอมเหลวลดลงอย่างมาก โดยทั่วไปจะใช้เป็นสารดัดแปลงหรือวัสดุ{11}}ที่มีความเป็นผลึกต่ำสำหรับการใช้งานพิเศษ
During polymerization, the catalyst system plays a decisive role in the chemical structure of PP. Traditional Ziegler-Natta catalysts can achieve high isotacticity (>95%) ในขณะที่ตัวเร่งปฏิกิริยา metallocene สามารถควบคุมความเป็นสเตอริโอและการกระจายน้ำหนักโมเลกุลได้อย่างแม่นยำ ส่งผลให้ได้เรซิน PP ที่มีคุณสมบัติสม่ำเสมอมากขึ้น การดัดแปลงโคพอลิเมอไรเซชันสามารถเปลี่ยนองค์ประกอบทางเคมีของ PP ได้ ตัวอย่างเช่น การแนะนำเอทิลีนโมโนเมอร์จำนวนเล็กน้อยระหว่างโพรพิลีนโพลีเมอไรเซชันสามารถผลิตบล็อกหรือโคโพลีเมอร์แบบสุ่ม PP (PP-B, PP-R) ซึ่งโมเลกุลประกอบด้วยหน่วยเอทิลีน (-CH₂-CH₂-) นอกเหนือจากหน่วยโพรพิลีน การเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบทางเคมีนี้สามารถลดความเปราะของอุณหภูมิ-ต่ำลงได้อย่างมาก ปรับปรุงความโปร่งใส หรือเพิ่มความต้านทานการเสื่อมสภาพจากความร้อน
นอกจากนี้ PP ยังสามารถสร้างสารเชิงซ้อนกับโมโนเมอร์หรือโพลีเมอร์อื่น ๆ ผ่านการกราฟต์และการผสมทางเคมี ตัวอย่างเช่น การแนะนำกลุ่มขั้ว เช่น มาลิกแอนไฮไดรด์ (MAH) เข้าไปในสายโซ่โมเลกุลสามารถปรับปรุงความเข้ากันได้กับวัสดุอื่นๆ ได้ ซึ่งจะเป็นการขยายการใช้งานในวัสดุคอมโพสิต
โดยรวมแล้ว แม้ว่าโพลีโพรพีลีนจะมีองค์ประกอบทางเคมีที่เรียบง่าย ประกอบด้วยองค์ประกอบคาร์บอนและไฮโดรเจนเท่านั้น ความเป็นสเตอริโอรีกูลาริตี ระดับของการเกิดปฏิกิริยาพอลิเมอไรเซชัน และการเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบทางเคมีที่เกิดจากการดัดแปลงโคพอลิเมอไรเซชัน ทำให้มีโครงสร้างที่หลากหลายในระดับโมเลกุล การควบคุมโครงสร้างและองค์ประกอบที่แม่นยำนี้ไม่เพียงแต่วางรากฐานสำหรับ PP ในการออกแบบประสิทธิภาพของวัสดุ แต่ยังให้การสนับสนุนทางเคมีสำหรับการใช้งานในวงกว้างในบรรจุภัณฑ์ ยานยนต์ การก่อสร้าง สิ่งทอ และสาขาอื่นๆ