Полипропилен. Получение, свойства, применения.

ведение

В научных исследованиях о полипропилене отмечается, что этот материал, в отличие от любых металлов и большинства полимеров не создаёт никаких напряжений в трубопроводной системе благодаря своей исключительной гладкости — и действительно, коэффициент шероховатости полипропилена один из самых низких. Кроме того, ПП демонстрирует превосходное электрическое сопротивление, являясь одним из лучших диэлектриков, и стойкость к действию большинства химикатов, причём нередко и при достаточно высоких температурах. Некоторые свойства полипропилена напоминают характеристики полиэтилена, однако есть и весьма существенные различия.
Так, полипропилен является значительно более термостойким материалом и не плавится при температуре ниже +160С, а тот же полиэтилен может начать расплавляться уже при +100С (сшитый полиэтилен при более высокой температуре, но всё равно не дотягивает по термостойкости до полипропилена). Кроме того, полипропилен имеет более низкую плотность (то есть является более лёгким материалом), но при этом и более высокую жёсткость и твёрдость. Теперь об этих и других свойствах полипропилена несколько подробнее, но сначала факты в виде списка (указан диапазон значений в зависимости от разных типов материала):
• удельная масса (плотность, г/кв.см) — от 0,89 до 0,91
• водопоглощение (влагопоглощение, %) — от 0,01 до 0,03
• предел прочности (прочность на растяжение, psi) — от 4000 до 6000
• удлинение при разрыве, % — от 100 до 600
• модуль растяжения, psi — от 13000 до 22500
• модуль изгиба, psi — от 13000 до 25000
• ударная вязкость (ударопрочность) — от 0,4 до 14
• твёрдость (по шкале Роквелла) — от 65 до 102
• коэффициент теплопроводности — от 2,8 до 4
• коэффициент теплового расширения — от 6 до 10
• термостойкость — от 77 до 152 градусов по Цельсию.
А вот стандарты ISO на полипропиленовую продукцию (отдельно указаны характеристики гомополимера полипропилена и его сополимеров, хотя мы затем будем рассматривать их раздельно по некоторым объективным причинам):
• удельная масса (плотность, г/кв.см) — от 0,9 до 0,91 для гомополимера PP-H и от 0,89 до 0,91 для сополимеров PP-C (общее обозначение для всех сополимеров);
• водопоглощение (влагопоглощение, %) — от 0,01 до 0,03 для гомополимера PP-H и 0,03 для сополимеров PP-C;
• предел прочности (прочность на растяжение, МПа) — от 31 до 41,4 для гомополимера PP-H и от 27,6 до 37,9 для сополимеров PP-C;
• удлинение при разрыве, % — от 100 до 600 для гомополимера PP-H и от 200 до 500 для сополимеров PP-C;
• модуль растяжения, МПа — от 113,7 до 155,1 для гомополимера PP-H и от 89,6 до 124,1 для сополимеров PP-C;
• модуль изгиба, МПа — от 117,2 до 172,3 для гомополимера PP-H и от 89,6 до 137,9 для сополимеров PP-C;
• ударная вязкость (ударопрочность), Дж/м — от 21 до 75 для гомополимера PP-H и от 59 до 747 для сополимеров PP-C;
• твёрдость (по шкале Роквелла) — от 80 до 102 для гомополимера PP-H и от 65 до 96 для сополимеров PP-C;
• коэффициент теплопроводности (В/мК) — 0,22 для гомополимера PP-H и для сополимеров PP-C;
• коэффициент теплового расширения — от 1,4 до 1,8 для гомополимера PP-H и от 1,08 до 1,8 для сополимеров PP-C;
• термостойкость при 1,8 МПа — от 46 до 60С для гомополимера PP-H и для сополимеров PP-C (имеется в виду максимальная рабочая температура без учёта кратковременных перепадов);
• термостойкость при 0,45 МПа — от 107 до 121С для гомополимера PP-H и от 85 до 104 для сополимеров PP-C (имеется в виду максимальная рабочая температура без учёта кратковременных перепадов) [8].
Актуальность работы состоит в детальном изучении процессов получении полипропиленов.
` 
1. Полипропилен. Общие сведение

Полипропилен (полипропен) - PP (выпускается под торговыми марками: бален, липол, новолен, олеформ, пропатен, каплен, HOSTALEN, MOPLEN). Крупнотоннажное производство полипропилена налажено как в России, так и во многих зарубежных странах. Производители полипропилена - практически все крупные нефтехимические компании мира.

1.1. Получение полипропилена.

Сырьем для полипропилена служит газ пропилен (пропен). В промышленности получают полимеризацией пропилена главным образом в массе, а также в растворе. Реакцию в массе осуществляют при 70-800С и давлении 2,7-3,0 МПа. Благодаря отсутствию растворителя упрощается выделение и сушка полипропилена. Полимеризацию в растворе (растворитель - гептан, низкооктановые фракции бензина; t=70-800С, p=0,5-0,1 МПа, катализаторы - хлориды титана TiCl3 с алюминийорганическими соединениями Al(C2H5)2Cl) проводят до содержания полипропилена в растворителе 300-400 г/л. После отделения на центрифуге полипропилен отмывают от остатков катализатора спиртом, смесью воды со спиртом. Порошкообразный полипропилен сушат, смешивают со стабилизаторами, красителями и затем гранулируют. Как правило, полипропилен выпускают в виде гранул диаметром 2-5 миллиметров (намного реже порошка). ПП относится к классу полиолефинов. Существует несколько подклассов полипропилена.

1.2. Свойства полипропилена

Общие свойства полипропилена:
 ММ = (60-300)*103;
 показатель текучести расплава ( 2300С/2,16кг, г/10 мин) 0,2-55;
 легко кристаллизуется (максимальная степень кристалличности 75%);
 температура стеклования (температура размягчения) от -10 до -20 град.С;
 температура плавления 160-176 град. С;
 термическая деструкция начинается при 300 град.С;
 плотность 0,90-0,92 г/см3;
 усадка (при изготовлении изделий) 1,3-2,4%.
Химические свойства: устойчив в воде (вплоть до 1300С) и агрессивных средах (устойчив к кислотам и щелочам, отдельные марки допущены к контакту с пищевыми продуктами и для производства изделий медико-биологического назначения); кроме сильных окислителей (HNO3, H2SO4, хромовая смесь).
Физические свойства [2]:
 полипропилен-гомополимер хрупкий при низких температурах;
 полипропилен-сополимер с этиленом очень эластичный;
 полипропилен плохо проводит тепло - теплопроводность 0,15 Вт/(м*К);
 в тонких пленках практически прозрачен; теплостойкость по Вика 95-1100С;
 морозостойкость от -5 до -250С;
 для полипропилена характерны высокая ударная вязкость;
 стойкость к многократным изгибам;
 хорошая износостойкость, повышающаяся с ростом молекулярной массы.
Эксплуатационные свойства:
 полипропилен легко окисляется на воздухе, особенно при температуре выше 1000С;
 термоокислительная деструкция протекает автокаталитически (самостоятельно), максимальная температура эксплуатации изделий из полипропилена 120-1400С;
 полипропилен легко подвергается хлорированию.