Полипропилен
Полипропилен (PP) — термопластичный 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.
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 °C, 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 °C и лучшей стойкостью к действию химических реагентов. Стереоблокполимер полипропилена при исследовании с помощью рентгеновских лучей обнаруживает определённую кристалличность, которая не может быть такой же полной, как у чисто изотактических фракций, поскольку атактические участки вызывают нарушение в кристаллической решётке. Изотактический и синдиотактический образуются случайным образом.
Физико-механические свойства
В отличие от полиэтилена, полипропилен менее плотный (плотность 0,91 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:
| Плотность, г/см³ | 0,90—0,91 |
| Разрушающее напряжение при растяжении, кгс/см | 250—400 |
| Относительное удлинение при разрыве, % | 200—800 |
| Модуль упругости при изгибе, кгс/см | 6700—11900 |
| Предел текучести при растяжении, кгс/см | 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 |
Химические свойства
Полипропилен — химически стойкий материал. Заметное воздействие на него оказывают только сильные окислители — хлорсульфоновая кислота, дымящая азотная кислота, галогены, олеум. Концентрированная 58%-я серная кислота и 30%-й пероксид 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:
| Среда | Температура, °C | Изменение массы, % | Примечание |
|---|---|---|---|
| Продолжительность выдержки образца в среде реагента 7 суток | |||
| Азотная кислота, 50%-я | 70 | -0,1 | Образец растрескивается |
| Натр едкий, 40%-й | 70 | Незначительное | |
| 90 | |||
| Соляная кислота, конц. | 70 | +0,3 | |
| 90 | +0,5 | ||
| Продолжительность выдержки образца в среде реагента 30 суток | |||
| Азотная кислота, 94%-я | 20 | -0,2 | Образец хрупкий |
| Ацетон | 20 | +2,0 | |
| Бензин | 20 | +13,2 | |
| Бензол | 20 | +12,5 | |
| Едкий натр, 40%-й | 20 | Незначительное | |
| Минеральное масло | 20 | +0,3 | |
| Оливковое масло | 20 | +0,1 | |
| Серная кислота, 80%-я | 20 | Незначительное | Слабое окрашивание |
| Серная кислота, 98%-я | 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%-м водном растворе эмульгатора ОП-7 при 50 °C для полипропилена с показателем текучести расплава 0,5—2,0 г/10 мин, находящегося в напряжённом 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 60 °C — 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
Превосходя полиэтилен по теплостойкости, полипропилен уступает ему по морозостойкости. Его температура хрупкости (морозостойкости) колеблется от −5 до −15 ºC. Морозостойкость можно повысить введением в макромолекулу изотактического полипропилена звеньев этилена (например, при сополимеризации пропилена с этиленом).
Показатели основных теплофизических свойств полипропилена приведены в таблице:
| Температура плавления, °C | 160—170 |
| Теплостойкость по методу НИИПП, °C | 160 |
| Удельная теплоёмкость (от 20 до 70ºС), кал/(г·°C) | 0,46 |
| Термический коэффициент линейного расширения (от 20 до 100 °C), 1/°C | 1,1⋅10−4 |
| Температура хрупкости, °C | От −5 до −15 |
Электрические свойства
Показатели электрических свойств полипропилена приведены в таблице:
| 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 | 30—40 |
Переработка
Основные способы переработки — формование методами экструзии, вакуум- и пневмоформования, экструзионно-выдувного, инжекционно-выдувного, инжекционного, компрессионного формования, литьё под давлением.
Применение
Материал для производства плёнок (особенно упаковочных), мешков, тары, труб, деталей технической аппаратуры, пластиковых стаканчиков, предметов домашнего обихода, нетканых материалов, 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 вспененному полиэтилену (пенополиэтилен). Также встречаются декоративные экструзионные профили из ППП, заменяющие пенополистирол. Атактический полипропилен используют для изготовления строительных клеев, замазок, уплотняющих мастик, дорожных покрытий и липких плёнок.
Структура применения полипропилена в России в 2012 году была следующей: 38 % — тара, 30 % — нити, волокна, 18 % — плёнки, 6 % — трубы, 5 % — полипропиленовые листы, 3 % — прочее.
