Области применения листов из полипропилена

Понятие и общие сведения

Полипропилен (ПП, PP) – один из самых широко применяемых полимеров в мире (находится на втором месте после полиэтилена). Он обладает хорошим внешним видом, электроизоляционными характеристиками, стойкостью к химикатам, водостойкостью и т.д, а также отлично перерабатывается в изделия в широком технологическом диапазоне температур. Полипропилен относится к классу полиолефинов.

ПП синтезируют из пропилена (пропена), который является вторым в ряду ненасыщенных алифатических углеводородов после этилена и представляет собой бесцветный горючий газ. Полимеризацию проводят по радикальному механизму в массе или в растворе. Реакция проходит в присутствии катализаторов Циглера-Натта по схеме, изображенной на рис.1.

https://www.youtube.com/watch?v=ytcreatorsru

Рис 1. Реакция синтеза ПП

После получения полипропилен проходит сушку, смешение со стабилизаторами, при необходимости с пигментами, а и затем его подвергают грануляции. Обычно полипропилены выпускаются в форме гранул округлой формы диаметром 2-5 мм. Существует несколько подклассов полипропилена, обладающих одним химическим составом, но разными пространственными структурами: изотактический, синдиотактический, атактический. Каждый вид ПП обладает своими уникальными физическо-механическими и химическими характеристиками.

Полипропилен на сегодняшний день выпускается под брендами Бален, Sibex, Липол, Новолен, Туркменплен, Hostalen, Moplen, Seetec, а также существуют многочисленные марки, в которых материал называется просто PP. Производство полипропиленов в больших объемах существует как в России и СНГ (выпускают СИБУР, Лукойл, Роснефть, Нижнекамскнефтехим, Туркменбашинский НПЗ, УзКор Кемикал, Socar и т.д.), так и практически во всех ведущих мировых нефтехимических компаниях.

В последние годы полипропилен стал широко применяться не в виде гомополимера, хотя объемы его производства по-прежнему колоссальные, а в виде рандом- и блок-сополимеров с этиленом. Введение этиленовых звеньев позволяет придать полипропилену большой спектр полезных свойств, которые гомополимер не имеет, например улучшить его прочностные данные, расширить диапазон температур эксплуатации.

Полипропилен: формула мономера

Формула полипропилена выглядит таким образом: (C3H6)n. Структурное звено полипропилена можно записать формулой: [-CH2-CH(CH3)-]n. Выпускается этот полимер в порошкообразной форме или в гранулированном формате. Благодаря составу полипропилен очень устойчив к химическим реакциям и не вступает во взаимодействие с кислотами, щелочами, искусственными растворителями, а также не получает от них повреждения.

В формуле структуры мономера полипропилена (пропилена) атом водорода замещен метиловой группой. Благодаря наличию двойной связи появляется возможность полимеризации, за счет которой возникает прочный синтетический полимер. В получившейся макромолекуле число n обозначает количество звеньев из мономеров.

На производстве изготавливают различные виды полимеров, но чаще всего используются 3 вида:

  • Изотактический. Имеет повышенную упругость, плотность и для его плавления требуется температура 170 градусов. Полипропиленовые соединения состоят только из мономеров.
  • Атактический. Обладает выраженную текучесть, напоминающую каучук. Растворяемый в эфирах, плавится при температуре 80 градусов. Метильные группы располагаются хаотично относительно всей углеродной цепочки.
  • Синдиотактический. Блок-сополимер с чередующимися мономерами пропилена и этилена.

Формула у каждого из видов та же, но структурные звенья полипропилена расположены в пространстве по-разному, что различает их по механическим, химическим и физическим свойствам. Формула указывает на конструкцию из неограниченного числа молекул пропена. Плотность его самая низкая у пластмасс, но структура позволяет выдерживать механические воздействия и нагрев. Получаемый полимер не подвержен коррозии, но при переизбытке прямых солнечных лучей и кислорода можно наблюдать его порчу.

Любой из видов этого полимера имеет хорошую стойкость к воздействию химических веществ. Ощутимые разрушения слоя могут нанести мощные окислители, например, хлорсульфоновая кислота, олеум, азотная кислота. При нахождении материала в органических растворителях (бензол, толуол) может произойти набухание. Уровень поглощения воды 0,5%, поэтому он считается водонепроницаемым.

Важные свойства полипропилена

листы из полипропилена

Полипропилен представляет собой твердую субстанцию белого цвета, которая относится к категории полиолефинов, особых полимеров.

Он недорогой, обладает множеством достоинств, современные технологии позволяют получать его оперативно и в неограниченных объемах, без затратных технологий, поэтому стоимость конечного продукта недорогая. Это отчасти тоже обуславливает его популярность.

В создании задействованы процессы полимеризации, подразумевающие температуру до 80 градусов и давление в 10 атмосфер (литье под давлением).

Ещё в середине прошлого века начали проводиться первые эксперименты, огромное значение внесли разработки видных специалистов того времени Натта и Циглера. Сегодня существует не один, а несколько способов получения материала, отличающегося по составу, плотности и другим критериям.

На сегодняшний день о нём известно практически всё, в частности, свойства прочности, удельная теплоемкость, теплопроводность, морозостойкость, температура плавления, способность сопротивления электричеству, расширение, температура стеклования и многое другое.

Так, он выдерживает низкие температуры, ниже -10 градусов, начинает плавиться при температуре 160 градусов, что делает его ценным во многих сферах. Также полипропилен устойчив к химическим реагентам: растворам соли, щелочам, кислотам, прочим агрессивным средам. Если температура обычная, приближённая к комнатной, то он практически не растворяется, а если температура очень высокая, то только при этих условиях он частично растворяется в некоторых сильнодействующих неорганических составах: бензол, растворитель и прочее.

формула полипропиленка

Из других полезных свойств стоит отметить неспособность к впитыванию влаги, устойчивость к механическим воздействиям. Если температура очень низкая, то он становится хрупким.

Привлекает полипропилен и легкостью переработки, с точки зрения экологии — это чрезвычайно важный фактор. Современная промышленность делает акцент не только на прочные и дешевые материалы, но и на возможность их полной переработки в будущем, если возникнет необходимость.

– плотность 900-930 кг/куб.м (для атактического полимера ниже), самая низкая для пластмасс;

– линейная усадка около 1,5-2,0 процентов;

– кристаллизующийся полимер со степенью кристалличности до 75 процентов;

– температура стеклования около -10 градусов С;

– температура плавления около 170 градусов С;

– температура деструкции около 300 градусов С;

Полипропилен сырье

– ПТР (индекс текучести расплава) по ГОСТ Т=230 градусов, груз 2,16 кг, в зависимости от марки от 0,2 до 75 г/10 мин;

– хорошие экономические показатели.

– хорошая водостойкость при температуре ниже 130 градусов С;

– хорошая стойкость к агрессивным химикатам, в т.ч. кислотам (кроме самых сильных) и щелочам;

– некоторые марки сертифицированы для контакта с пищей;

– некоторые марки сертифицированы как медицинские.

– полипропилен гомополимер хрупкий при отрицательной температуре и легко разрушается в случае механического воздействия;

– сополимеры с этиленом более эластичны, в том числе на морозе;

– слабая теплопроводность около 0,15 Вт/(м*К);

– хорошая прозрачность в виде тонкой пленки, для сополимеров справедливо и для более толстостенных изделий;

– теплостойкость по Вика 95-1100С;

https://www.youtube.com/watch?v=https:accounts.google.comServiceLogin

– хорошая ударная вязкость и износостойкость.

– максимальная температура использования 120-140 градусов С;

– окисление в присутствии кислорода при Т более 100 градусов С;

– хороший электроизолятор.

Изображение реакции синтеза ПП

Доказана экологичность полипропилена и его безопасность для человека и живых организмов ввиду полной химической инертности. Ввиду этого полипропилены широко применяется при производстве изделий, контактирующих с пищевыми продуктами и водой.

Как из пропена получить полипропилен

Методика получения полипропилена впервые была создана химиками Карлом Реном и Джулио Натта в 1954 году. В современной промышленности мономером для получения полипропилена служит вещество, формула которого C3H6, реакция проходит при помощи катализатора Циглера-Натта или металлоценовых катализаторов.

С первым из катализаторов производят изотактический полипропилен. Благодаря гораздо меньшему тепловому эффекту, чем при производстве полиэтилена, отвод тепла не предусматривает специфических способов или дополнительного охладительного оборудования. Процесс проводится в среде жидкого углеводородного растворителя:

  • Бензина;
  • Н-гептана;
  • Уайт-спирита.

Технология состоит из стадий:

  • Подготовка комплекса катализатора;
  • Реакция полимеризации полипропилена внутри полимеризатора;
  • Вывод не вступивших в реакцию мономеров (то, из чего делают полипропилен);
  • Разложение комплекса катализатора спиртом;
  • Очистка получившегося полимера, отделение от растворителя;
  • Просушка в потоке азота;
  • Обработка полученной продукции.

Переработка

Полипропилен можно перерабатывать всеми основными методами, это один из самых не капризных с точки зрения переработки пластиков. Для производства из него изделий не требуется использования специализированного иди нестандартного оборудования. Достаточно применять стандартизированные машины и оснастку.

Экструзией из полипропилена получают трубы различного назначения, листы, сотовый ПП и другие профили, пленки. Самый высокотехнологичный из этих процессов является получение биаксиально-ориентированной полипропиленовой (БОПП) пленки. Суть процесса сводится к тому, что после выхода из экструдера пленка растягивается сначала в продольном направлении, а потом в поперечном.

Рис.2. Линия по выпуску БОПП

лист из вспененного полипропилена

Литьем под давлением из ПП и его модификаций получают товары для буквально всех отраслей: автомобильные и строительные детали, упаковочные материалы, товары для дома и сада, детские товары, некоторые конструкционные изделия и т.д. Литье производится на стандартных термопластавтоматах и охлаждаемых пресс-формах.

https://www.youtube.com/watch?v=ytpressru

Полипропилен перерабатывают и прочими методами. Экструзией и инжекцией с раздувом выпускают емкости, бочки и бутылки. Пневмо- и вакуумформованием из экструдированных листов получают одноразовую посуду, стаканы, упаковку. Некоторые марки полипропилена подходят для ротационного формования. Его можно достаточно легко сваривать, штамповать и т.п.

Получение полипропилена: реакция

Реакция после загрузки компонентов продолжается около 5-7 ч при температуре выше 65 градусов и давлении 1,0 Мпа. Компоненты смешиваются в пропорции:

  • Пропилен – 100 частей;
  • Бензин – 225;
  • Катализаторный комплекс – 9.

Полипропилен получают из вещества, формула которого CH2=CH(CH3) х n частей, а после изготовления формула превращается в [-CH2-CH(CH3)-]n.

Существует еще методы пропан-пропиленой фракции полимеризации попропилена, соединяющие на 30% пропилен и на 70% пропан. Второй компонент используется как растворитель. Аппаратное давление во время производства поддерживается за счет паров, выделяемыми составом. Выпадает осадок готового вещества в виде белого порошка, остальные стадии дублируются по предыдущему методу.

Технология:

  1. Изготовление комплекса катализатора;
  2. Процесс полимеризации сжиженного пропилена;
  3. Полимеризация с этиленом;
  4. Промывка;
  5. Отжим методом центрифугирования;
  6. Просушка;
  7. Производство гранул, фасовка.

Структура композитного листа из облегченного полипропилена

Сегодня производство такого полимера нуждается в совершенствовании катализаторов: разрабатываются более активные вещества, способные при небольшой дозировке выполнять тот же функционал, но с меньшей выработкой отходов. Тогда можно будет пропускать шаг с промыванием состава полипропилена и восстановлением промывной жидкости.

https://www.youtube.com/watch?v=ytcopyrightru

Полипропилен получают из вещества пропена (пропилена) путем полимеризации различными комплексами катализаторов при нагревании. Происходит расщепление двойной связи между атомами, образуется полимер с выраженными прочными и водостойкими функциями. Среди различных типов пластмасс он занимает почетное второе место после полиэтилена, ежегодно вырастает производственный оборот за счет относительной дешевизны и высокого качества получаемой продукции.