Получение полипропилена. Полипропилен: полная информация о материале

Сегодня в интернете представлено очень много различной информации о полимерных материалах по изготовлению труб, однако подавляющее большинство статей либо неполные , либо посвящены смежным темам (монтаж трубопроводных систем, конкретные производители, сравнительные характеристики материалов и т. д.). Этой статьёй мы начинаем цикл, посвящённый детальному рассмотрению каждому из полимерных материалов, используемых для производства труб. Мы подробно рассмотрим процесс производства, свойства каждого материала, его разновидности и различия между ними, узнаем, какие трубы (по конструкции и назначению) из него изготавливают и некоторые другие моменты. И начнём с полипропилена .

Полипропилен: общая информация

Здесь вы узнаете о том, когда и как был изобретен полипропилен, как его производят, а также мы расскажем о сферах использования этого материала. Итак, полипропилен (традиционное латинское обозначение PP, кириллическое - ПП) является линейным полимером углеводорода , который можно выразить формулой CnH2n, где n – различное количество атомов в молекуле полипропилена (в зависимости от его разновидности). Полипропилен, как полиэтилен и полибутен, является полиолефином или насыщаемым полимером. Полипропилен - это один из наиболее универсальных полимеров, который используется практически везде , где требуются пластиковые материалы.

Открытие полипропилена можно связать с именем нескольких учёных. Во-первых, это германский профессор Циглер, который первым обратил внимание на возможность получения так называемых «стереорегулярных» полимеров в середине прошлого века. Но наибольший вклад в разработку нового материала внёс итальянский профессор и практикующий инженер Джулио Натта. Натта произвел первую смолу полипропилена в Испании в 1954 году, используя те же катализаторы, что и для производства полиэтилена, применив эту технологию к газу пропилену.

Новый полимер с его способностью к кристаллизации очень скоро стал популярным , и на данный момент полипропилен является одним из самых успешных коммерческих и промышленных продуктов во многих областях. Коммерческое производство началось в 1957 году, и использование полипропилена ежегодно демонстрирует устойчивый рост с этой даты. Во многом это происходит благодаря способности полипропилена к использованию в самых различных отраслях - именно это позволяет PP бросить уверенный вызов таким, казалось бы, непререкаемым авторитетам на полимерном рынке, как полиэтилен и поливинилхлорид.

Сферы применения полипропилена

Перед тем, как мы подробно рассмотрим физико-химические свойства полипропилена, несколько слов о том, где применяется этот материал. Как и полиэтилен, полипропилен широко используется в качестве материала для производства различной упаковки. Пока ещё, конечно, ПЭ упаковка остаётся вне конкуренции по распространению, однако полипропиленовая индустрия в этом сегменте развивается колоссальными темпами . Наиболее активно производится полипропиленовая пленка, причём по своим характеристикам эти плёнки достаточно похожи на полиэтиленовые, однако в некоторых аспектах показывают себя лучше при том, что не уступают полиэтиленовым нигде.

Так, например, полипропиленовая плёнка более устойчива химически и лучше переносит повышенную температуру: например, её спокойно можно стерилизовать даже при температуре выше +100С, и это преимущество позволяет активно использовать полипропилен там, где полиэтилен не выдерживает - например, в некоторых операциях в пищевой промышленности, а также в фармацевтике. Кроме того, ПП плёнка достаточно прозрачна , очень эластична и абсолютно не токсична , к тому же, хорошо и прочно сваривается. Современные ПП плёнки также очень прочные и отлично защищают содержимое упаковки от проникновения влаги. Далее отметим, что полипропиленовая плёнка теснит, например, изделия из ПЭТ и полистирола в производстве упаковочных ёмкостей (бутылок, контейнеров, крышек, различной тары и т. д.), а ведь ещё совсем недавно эти материалы, наряду с полиэтиленом, были вне конкуренции в производстве упаковки.

Забегая вперёд, скажем, что распространение полипропилена будет с каждым годом лишь увеличиваться , поскольку до сих пор не раскрыты все возможности этого уникального материала. Не так давно учёные обратили внимание на высокую химическую стойкость полипропилена, и благодаря этому качеству в упаковочной индустрии ПП всё чаще заменяет полистирол, а также используется для изготовления различных ёмкостей в химической промышленности, предназначенных для транспортировки агрессивных и даже некоторых высокоагрессивных сред.

Отметим также и всё возрастающую роль полипропилена в области производства полимерных волокон: и здесь важнейшим фактором является то, что волокна из этого материала получаются дешевле по себестоимости , чем из любого другого. И при столь низкой стоимости потребитель получает ещё и очень прочные и эластичные волокна, которые, к тому же, более термоустойчивы, чем, например, полиэтиленовые. Тем не менее заметим, что у полипропиленовых волокон всё же есть один минус - они не слишком устойчивы к УФ-излучению, что не позволяет их использовать для производства, например, текстильной продукции, хотя сейчас и ведутся исследования на предмет использования различных стабилизирующих добавок.

Также полипропилен активно используется в машиностроительной, автомобилестроительной отраслях, в строительной сфере, в электронной и электротехнической промышленности, а также в области медицины. Всё возрастающий процент полипропиленовых изделий в таких сферах, как производство различной техники и автомобилей, а также в строительстве, обусловливается тем, что материалу свойственна завидная износоустойчивость . Именно поэтому полипропилен активно используется в производстве холодильных установок, а также бытовой техники и автомобилей (например, уже не редкость встретить полипропиленовые сиденья или бамперы - и прочность материала это позволяет ). Что касается электротехнической отрасли, то одно лишь перечисление продукции из полипропилена для этой сферы займёт немало места. Так, из полипропилена изготавливают различные детали для телевизионной техники, телефонов, музыкального оборудования, также становится очень популярна и полипропиленовая изоляция (так называемая пеноизоляция), хотя пока ещё ведущее место здесь занимают поливинилхлорид (PVC или ПВХ) и сшитый полиэтилен (PEX).

Ну а если говорить о медицинской отрасли, то в этой сфере полипропилен ценится за свою термостойкость, ведь медицинские изделия необходимо стерилизовать при высоких температурах, и далеко не всякий пластик это позволяет. На данный момент наибольшее распространение получили ингаляторы и одноразовые шприцы из полипропилена, где ПП уже оставил далеко позади полиэтилен и полистирол. Кроме того, в медицине, как и в пищевой отрасли очень распространена полипропиленовая плёнка - и тоже за свою высокую термостойкость . Осталось добавить, что полипропилен всё более широко используется и в бытовой сфере (например, производство мебели, ковров, посуды и т. д.), а также в строительстве (например, производство строительной монтажной пены и, конечно же, производство труб, о котором мы ещё будем говорить - и весьма детально). Ну а теперь более подробно поговорим о тех свойствах, которые помогли полипропилену так быстро завоевать мир .

» Полипропилен. Что это?

Полипропилен. Что это?

Полипропилен представляет собой термопластичный неполярный полимер синтетической природы, относящийся к классу полиолефинов. Это твердое белое вещество, получаемое в процессе полимеризации пропилена. Реакция идет с использованием катализаторов Циглера-Натта. Также применяют металлоценовые катализаторы.

Для полимеризации необходимы температура до 80 °C и давление в 10 атм. Способ получения полипропилена с помощью катализатора Циглера-Натта изобретен в 1957 году.

На свойства полимеров оказывает влияние пространственное расположение боковых групп СН3- в отношении главной цепи. По своему строению полипропилен бывает:

  • изотактическим,
  • атактическим,
  • синдиотактическим.

Полипропилен – легкий кристаллизующийся материал, выпускаемый в виде окрашенных или неокрашенных гранул. Для придания ему оттенка применяют пигменты или специальные органические красители.

Различают:

  • гомополимер (изотактический),
  • статистический сополимер (random copolymer),
  • блок-сополимер с добавлением этилена (сополимер),
  • сшитый полипропилен (PP-X и PP-XMOD),
  • металлоценовый полипропилен (mPP).

Основная и наиболее часто используемая разновидность – полипропилен, которому свойственна изотактическая структура. Это вещество отличают высокая степень кристалличности, прочность, безупречная твердость и теплостойкость. Атактический полипропилен является гибким, мягким и липким материалом. Промышленным способом получают полимеры, которые состоят преимущественно из макромолекул изотактического строения.

Свойства полипропилена

Полипропилен отличается высокой устойчивостью к воздействию кислот, щелочей, растворов солей и других неорганических агрессивных сред. В условиях комнатной температуры его невозможно растворить в органических жидкостях. При увеличении показателей термометра полипропилен набухает и растворяется в ряде растворителей (бензол, четыреххлористый углерод, эфир и др.).

Вещество имеет низкое влагопоглощение. Также оно отличается высокими электроизоляционными свойствами в условиях широкого диапазона температур.

Гомополимер отличается повышенной жесткостью и прозрачностью. Также он может быть хрупким при низкой температуре. Блок-сополимер характеризуется высокой ударопрочностью. Он подходит для использования в условиях низкой температуры. Кроме того, блок-сополимер легко перерабатывается. Прозрачность этого материала обеспечивается благодаря введению структурообразователя (нуклеатора), а также применению специальных технологических приемов (например, понижения температуры формы).

Причины растущей популярности

Одна из основных причин стремительного роста использования полипропилена – расширение сфер его применения при вытеснении таких полимеров, как полистирол и ПВХ. Последние являются предметом недовольства экологически озабоченной части населения, что отражается на законодательных инициативах в европейских странах. Полистирол и ПВХ преследуют по двум позициям – по утилизации отходов и токсичности. По этой причине многие производители пластиковой продукции все чаще выбирают полипропилен.

Этот материал не токсичен, легок и отлично утилизируется. Также полипропилен имеет более низкую стоимость. Благодаря этому его активно используют при изготовлении инженерных пластмасс в сферах электроники, автомобилестроения и т. д.

Области применения полипропилена

Полипропилен находит широкое применение благодаря обеспечению эффективного развития экономики и повышению конкурентоспособности продукции. Это происходит за счет:

  • снижения материалоемкости,
  • замены дорогостоящих материалов,
  • создания техники нового поколения,
  • формирования передовых технологий для переработки материалов.

На основе полипропилена можно получать множество продуктов, в том числе смесевые термоэластопласты и высокомодульный высокопрочный пластик. Благодаря экологической чистоте, технологичности переработки и утилизации полипропилен вытесняет поливинилхлорид, ударопрочный полистирол и АБС-пластики с мирового рынка пластмасс.

Полипропилен активно используют во всех доминирующих отраслях экономики:

  • автомобилестроении,
  • машиностроении,
  • электронике,
  • электротехнике,
  • приборостроении,
  • транспорте,
  • строительстве и т. д.

Иногда его называют «королем» пластмасс. Также позиции полипропилена сильны в сфере изготовления полимерных волокон и нитей. Низкая цена и простота утилизации позволяют ему вытеснять из производства другие материалы. Полипропилен используют при изготовлении предметов домашнего быта (ковров, пледов), гигиены (одноразовых подгузников) и медицинских средств.

В настоящее время данный материал нельзя назвать самым популярным полимером – на рынке лидируют полиэтилен и поливинилхлорид. При этом по темпам роста производства полипропилен находится вне конкуренции. Также следует учитывать, что даже в XXI веке реализован не весь научный и технический потенциал полимера.

Упаковка

Полипропиленовые пленки – один из наиболее популярных вариантов упаковочных материалов в мире. Их характеристики близки к пленкам из полиэтилена. При этом по многим параметрам полипропиленовые пленки превосходят продукцию из других полимеров. Они отличаются высокой устойчивостью к нагреванию и воздействию химических веществ. Полипропиленовые пленки можно стерилизовать при температуре свыше 100 °C, что увеличивает их ценность для фармацевтической и пищевой отраслей.

Изделия также характеризуются прозрачностью, гибкостью, нетоксичностью и легкой свариваемостью. Еще одной причиной популярности на рынке упаковки стало такое новшество, как ориентация пленки. Материалы, ориентированные в одном или двух взаимно перпендикулярных направлениях, производят сравнительно недавно, но они уже зарекомендовали себя на рынке гибкой упаковки.

Благодаря ориентации пленки увеличиваются ее прочность, жесткость, прозрачность и влагоизоляционные свойства. Прозрачность такого материала превышает прозрачность неориентированных изделий минимум в 4 раза.

Полипропиленовыепакеты на заказ имеют конкурентные преимущества перед полиэтиленовыми. Такая упаковка отличается большей прозрачностью, прочностью, экологичностью и презентабельным внешним видом.

Полипропилен постепенно вытесняет полиэтилентерефталат и другие пластики из производства бутылок и крышек для них. На полках магазинов все чаще можно увидеть продукцию из полипропилена. Вместо стандартной этикеточной бумаги используют пропиленовую пленку.

Материал также используют в производстве таких видов упаковки, как тара и контейнеры. Благодаря высокой прочности полипропилен вытесняет полистирол, благодаря жесткости и глянцевитости – множество видов полиэтилена. Высокая стойкость к химическим веществам позволяет применять полипропилен для плакирования емкостей, в которых хранят и перевозят агрессивные жидкие вещества.

Волокна

Полипропилен имеет существенные преимущества перед другими полимерами в области производства волокон. Такие изделия имеют низкую цену. Из 1 кг полипропилена можно получить больше волокна, чем из 1 кг других полимеров. При этом продукция отличается высокой прочностью и безупречными эластическими свойствами.

Полипропилен также имеет высокую термостойкость. Только чувствительность к разрушительному ультрафиолетовому излучению замедляет более масштабное распространение полипропиленовых волокон в текстильной промышленности.

Электроника и электротехника

Из полипропилена создают:

  • катушки,
  • корпуса телевизоров,
  • изоляционные оболочки,
  • ламповые патроны,
  • детали выключателей, радиоприемников, телефонных аппаратов и т. д.

В настоящее время материал в качестве изоляционного применяют достаточно редко. В этой области ПВХ пока остается практически безальтернативным вариантом. В сфере производства пеноизоляции для проводов полипропилен успешно конкурирует с полиэтиленом.

Медицина

Самое востребованное качество материала в медицине – устойчивость к высокой температуре. Благодаря этому продукцию, выполненную из полипропилена, можно подвергать горячей стерилизации. Из него изготавливают ингаляторы и разовые шприцы. Если сравнивать с полиэтиленом и полистиролом, в этой сфере материал занимает лидирующие позиции. Также шприцы упаковывают в пленку. Для ее изготовления применяют полипропилен.

Машиностроение

Полипропилен отличает высокая износостойкость. Благодаря этому его широко используют в автомобильном производстве, машиностроении и при возведении зданий. Из этого материала изготавливают детали для различных видов оборудования, в том числе холодильников, пылесосов и вентиляторов. В автомобильной отрасли из полипропилена выполняют блоки предохранителей, амортизаторы, элементы сидений и окон, бамперы, детали кузова и т. д.


Общие Сокращения ПП, PP Химическая формула (C 3 H 6) n Физические свойства Плотность 0,92-0,93 г/см³ Термические свойства Температура плавления 130–171 °C Классификация Рег. номер CAS 9003-07-0

Полипропилен (ПП) - это термопластичный полимер пропилена (пропена).

Получение

n CH 2 =CH(CH 3) → [-CH 2 -CH(CH 3)-] n

Параметры, необходимые для получения полипропилена близки к тем, при которых получают полиэтилен низкого давления. При этом, в зависимости от конкретного катализатора, может получаться любой тип полимера или их смеси.

Полипропилен выпускается в виде порошка белого цвета или гранул с насыпной плотностью 0,4-0,5 г/см³. Полипропилен выпускается стабилизированным, окрашенным и неокрашенным.

Молекулярное строение

По типу молекулярной структуры можно выделить три основных типа: изотактический, синдиотактический и атактический. Изотактическая и синдиотактическая молекулярные структуры могут характеризоваться разной степенью совершенства пространственной регулярности. Стереоизомеры полипропилена существенно различаются по механическим, физическим и химическим свойствам. Атактический полипропилен представляет собой каучукоподобный материал с высокой текучестью, температурой плавления - около 80°С, плотностью - 850 кг/м3, хорошей растворимостью в диэтиловом эфире. Изотактический полипропилен по своим свойствам выгодно отличается от атактического, а именно: он обладает высоким модулем упругости, большей плотностью - 910 кг/м3, высокой температурой плавления - 165-170°С и лучшей стойкостью к действию химических реагентов. Стереоблокполимер полипропилена при исследовании с помощью рентгеновских лучей обнаруживает определенную кристалличность, которая не может быть такой же полной, как у чисто изотактических фракций, поскольку атактические участки вызывают нарушение в кристаллической решетке. Изотактический и синдиотактический образуются случайным образом;

Физико-механические свойства

В отличие от полиэтилена , полипропилен менее плотный (плотность 0,91 г/см 3 , что является наименьшим значением вообще для всех пластмасс), более твёрдый (стоек к истиранию), более термостойкий (начинает размягчаться при 140 °C, температура плавления 175 °C), почти не подвергается коррозионному растрескиванию. Обладает высокой чувствительностью к свету и кислороду (чувствительность понижается при введении стабилизаторов).

Поведение полипропилена при растяжении ещё в большей степени, чем полиэтилена, зависит от скорости приложения нагрузки и от температуры. Чем ниже скорость растяжения полипропилена, тем выше значение показателей механических свойств. При высоких скоростях растяжения разрушающее напряжение при растяжении полипропилена значительно ниже его предела текучести при растяжении.

Показатели основных физико-механических свойств полипропилена приведены в таблице:

Физико-механические свойства полипропилена разных марок приведены в таблице:

Физико-механические свойства полипропилена различных марок
Показатели / марка 01П10/002 02П10/003 03П10/005 04П10/010 05П10/020 06П10/040 07П10/080 08П10/080 09П10/200
Насыпная плотность, кг/л, не менее 0,47 0,47 0,47 0,47 0,47 0,47 0,47 0,47 0,47
Показатель текучести расплава, г/10 мин ≤0 0,2-0,4 0,4-0,7 0,7-1,2 1,2-3,5 3-6 5-15 5-15 15-25
Относительное удлинение при разрыве, %, не менее 600 500 400 300 300 - - - -
Предел текучести при разрыве, кгс/см², не менее 260 280 270 260 260 - - - -
Стойкость к растрескиванию, ч, не менее 400 400 400 400 400 - - - -
Характеристическая вязкость в декалине при 135 °C, 100 мл/г - - - - - 2,0-2,4 1,5-2,0 1,5-2,0 0,5-15
Содержание изотактической фракции, не менее - - - - - 95 93 95 93
Содержание атактической фракции, не более - - - - - 1,0 1,0 1,0 1,0
Морозостойкость, °C, не ниже -5 -5 -5 - - - - - -

Химические свойства

Полипропилен химически стойкий материал. Заметное воздействие на него оказывают только сильные окислители - хлорсульфоновая кислота , дымящая азотная кислота , галогены , олеум . Концентрированная 58%-ная серная кислота и 30%-ная перекись водорода при комнатной температуре действуют незначительно. Продолжительный контакт с этими реагентами при 60 °C и выше приводит к деструкции полипропилена.

В органических растворителях полипропилен при комнатной температуре незначительно набухает. Выше 100 °C он растворяется в ароматических углеводородах, таких, как бензол , толуол . Данные о стойкости полипропилена к воздействию некоторых химических реагентов приведены в таблице.

Химическая стойкость полипропилена
Среда Температура, °C Изменение массы, % Примечание
Продолжительность выдержки образца в среде реагента 7 суток
Азотная кислота, 50%-ная 70 -0,1 Образец растрескивается
Натр едкий, 40%-ный 70 Незначительное
90
Соляная кислота, конц. 70 +0,3
90 +0,5
Продолжительность выдержки образца в среде реагента 30 суток
Азотная кислота, 94%-ная 20 -0,2 Образец хрупкий
Ацетон 20 +2,0
Бензин 20 +13,2
Бензол 20 +12,5
Едкий натр, 40%-ный 20 Незначительное
Минеральное масло 20 +0,3
Оливковое масло 20 +0,1
Серная кислота,80%-ная 20 Незначительное Слабое окрашивание
Серная кислота,98%-ная 20 >>
Соляная кислота, конц. 20 +0,2
Трансформаторное масло 20 +0,2

Вследствие наличия третичных углеродных атомов полипропилен более чувствителен к действию кислорода, особенно при воздействии ультрафиолета и повышенных температурах. Этим и объясняется значительно большая склонность полипропилена к старению по сравнению с полиэтиленом. Старение полипропилена протекает с более высокими скоростями и сопровождается резким ухудшением его механических свойств. Поэтому полипропилен применяется только в стабилизированном виде. Стабилизаторы предохраняют полипропилен от разрушения как в процессе переработки, так и во время эксплуатации. Полипропилен меньше, чем полиэтилен подвержен растрескиванию под воздействием агрессивных сред. Он успешно выдерживает стандартные испытания на растрескивание под напряжением, проводимые в самых разнообразных средах. Стойкость к растрескиванию в 20%-ном водном растворе эмульгатора ОП-7 при 50 °C для полипропилена с показателем текучести расплава 0,5-2,0 г/10 мин, находящегося в напряженном состоянии, более 2000 ч.

Полипропилен - водостойкий материал. Даже после длительного контакта с водой в течение 6 месяцев (при комнатной температуре) водопоглощение полипропилена составляет менее 0,5 %, а при 60ºС - менее 2 %.

Теплофизические свойства

Полипропилен имеет более высокую температуру плавления, чем полиэтилен , и соответственно более высокую температуру разложения. Чистый изотактический полипропилен плавится при 176 °C. Максимальная температура эксплуатации полипропилена 120-140ºС. Все изделия из полипропилена выдерживают кипячение, и могут подвергаться стерилизации паром без какого-либо изменения их формы или механических свойств.

Превосходя полиэтилен по теплостойкости, полипропилен уступает ему по морозостойкости. Его температура хрупкости (морозостойкости) колеблется от −5 до −15ºС. Морозостойкость можно повысить введением в макромолекулу изотактического полипропилена звеньев этилена (например, при сополимеризации пропилена с этиленом).

Показатели основных теплофизических свойств полипропилена приведены в таблице:

Электрические свойства

Показатели электрических свойств полипропилена приведены в таблице:

Переработка

Основные способы переработки - формование методами экструзии, вакуум- и пневмоформования, экструзионно-выдувного, инжекционно-выдувного, инжекционного, компрессионного формования, литье под давлением.

Применение

Материал для производства плёнок (особенно упаковочных), мешков, тары, труб, деталей технической аппаратуры, предметов домашнего обихода, нетканых материалов и др.; электроизоляционный материал, в строительстве для вибро- и шумоизоляции межэтажных перекрытий в системах «плавающий пол». При сополимеризации пропилена с этиленом получают некристаллизующиеся сополимеры, которые проявляют свойства каучука , отличающиеся повышенной химической стойкостью и сопротивлением старению. Для вибро- и теплоизоляции также широко применяется пенополипропилен (ППП). Близок по характеристикам к пенополиэтилену. Также встречаются декоративные экструзионные профили из ППП, заменяющие пенополистирол . Атактический полипропилен используют для изготовления строительных клеев, замазок, уплотняющих мастик, дорожных покрытий и липких пленок.

Ссылки

Книги по полипропилену

  • Перепёлкин В.П. Полипропилен, его свойства и методы переработки. – Л.: ЛДНТП, 1963. – 256 c.
  • Кренцель Б.А., Л.Г. Сидорова. Полипропилен. Киев.: Техника,1964. – 89 с.
  • Коллектив авторов (И. Амрож и т.д.). Полипропилен. Перевод со словацкого В.А. Егорова по ред. В.И. Пилиповского и И.К. Ярцева. Л.: Химия, 1967. – 316 c.
  • Иванюков Д.В., М.Л. Фридман. Полипропилен. Москва.: Химия, 1974. – 270 с.
  • Handbook of Polypropylene and Polypropylene Composites / ed. H.G. Karian. – NewYork.: MarcelDekker Inc, 2003. – 740 p.
  • Polypropylene. An A to Z reference / ed. J. Karger-Kocsis. Kluwer, 1999. - 987 p.

Wikimedia Foundation . 2010 .

Похожие статьи

© 2019 evently.ru. Все о канализации и водоснабжении.