Пропилен
Полипропилен — полимер пропилена (пропена).
Получение.
Полипропилен получают полимеризацией пропилена в присутствии металлокомплексных катализаторов, например, катализаторов Циглера-Натта (например, смесь TiCl4 и AlR3): nCH2=CH(CH3) → [-CH2-CH(CH3)-]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. Изотактический и синдиотактический полипропилены относятся к т.н. стереорегулярным полимерам. Изотактический полипропилен — полимер, в котором метильные группы направлены в одну сторону от воображаемой плоскости основной цепи; синдиотактический — метильные группы строго чередуются; атактический — метильные группы расположены случайным образом.
Физико-механические свойства.
В отличие от полиэтилена, полипропилен менее плотный (плотность 0,90 г/см3, 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 |
|
Плотность, г/см3 |
0,90—0,91 |
Разрушающее напряжение при растяжении, кгс/см2 |
250—400 |
Относительное удлинение при разрыве, % |
200—800 |
Модуль упругости при изгибе, кгс/6700—11900 |
|
Предел текучести при растяжении, кгс/см2 |
250—350 |
Относительно удлинение при пределе текучести, % |
10—20 |
Ударная вязкость с надрезом, кгс·см/см2 |
33—80 |
Твердость по Бринеллю, кгс/мм2 |
6,0—6,5 |
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 135ºC, 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, ºC, не выше |
-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 60ºC и выше приводит к деструкции полипропилена.
В органических растворителях полипропилен при комнатной температуре незначительно набухает. Выше 100ºC 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 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 50ºC 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 176ºC. Максимальна 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:
Теплофизические свойства полипропилена |
|
Температура плавления, ºC |
160—170 |
Теплостойкость по методу НИИПП, ºC |
160 |
Удельная теплоёмкость (от 20 до 60ºС), кал/(г·ºC) |
0,46 |
Термический коэффициент линейного расширения (от 20 до 100ºC), 1/ºC |
1,1·10-4 |
Температура хрупкости, ºC |
От -5 до -15 |
Электрические свойства.
Показатели электрических свойств полипропилена приведены в таблице:
Электрические свойства полипропилена |
|
Удельное объёмное электрическое сопротивление, Ом·см |
1016—1017 |
Диэлектрическая проницаемость при 106 Гц |
2,2 |
Тангенс угла диэлектрических потерь при 106 Гц |
2·10-4—5·10-5 |
Электрическая прочность (толщина образца 1 мм), кВ/мм |
28—40 |
Переработка.
Формование методами экструзии, вакуум- и пневмоформования, экструзионно-выдувного, инжекционно-выдувного, инжекционного, компрессионного формования, литье под давлением.
Применение.
Материал для производства плёнок (особенно упаковочных), тары, труб, деталей технической аппаратуры, предметов домашнего обихода, нетканых материалов и др.; электроизоляционный материал, в строительстве для виброшумо изоляции 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.