Что производят 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=ytadvertiseru

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.

Что производят из полипропилена

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.

Получение

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.

Свойства

– 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;

– 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.

полипропилен

– хорошая водостойкость при температуре ниже 130 градусов С;

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

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

– 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;

– хорошая ударная вязкость и износостойкость.

– максимальная температура использования 120-140 градусов С;

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

– хороший электроизолятор.

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.

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;

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.

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/см² 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 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%-ный 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.

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

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

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.

листы из полипропилена

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 %.

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).

Теплофизические свойства полипропилена
Температура плавления, °C 160—170
Теплостойкость по методу НИИПП, °C 160
Удельная теплоёмкость (от 20 до 60ºС), 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

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.

Изображение реакции синтеза ПП

Рис.2. Линия по выпуску БОПП

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=ytcopyrightru

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.

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

Рынок полипропилена

На данный момент полипропилен занимает 2-е место в мире среди полимеров по объёму потребления, с долей 26 % уступая только полиэтилену. Доля занимающего 3-ю позицию поливинилхлорида (18 %) сокращается в пользу полипропилена. 76 % мирового потребления полипропилена приходится на гомополипропилен, остальное на сополимеры[2].

В мире наблюдается перепроизводство полипропилена: сейчас переизбыток оценивается в размере 7,4 млн тонн в год[1], в 2015 году при ожидаемом объёме мирового потребления 66 млн т производственные мощности составят 79 млн т[3].

Российское производство полипропилена началось в 1981 году на Томском нефтехимическом комбинате (ныне «Сибур»). В 1990-е годы установки по производству полипропилена были построены на Московском НПЗ («Газпром нефть» и «Сибур») и «Уфаоргсинтез» («Башнефть»). В 2007 году производство полипропилена открылось на будённовскомСтавролене («Лукойл»), а в 2013 году на омском Полиоме[2].

Крупнейшее российское производство полипропилена открылось 15 октября 2013 года — это принадлежащий «Сибур» завод «Тобольск-Полимер»[1][2]. В момент запуска тобольского завода он входил в пятёрку самых мощных в мире (ещё два завода имели такую же мощность)[2][5]. Предприятие рассчитано на производство 510 тыс.

т пропилена в год методом дегидрированияпропана (подрядчик Tecnimont, оборудование UOP), получаемого на Тобольском нефтехимическом комбинате, и последующее производство из него 500 тыс. т полипропилена в год (подрядчик Linde, оборудование Ineos)[1][4]. Мощности прочих российских заводов по выпуску полипропилена не превышают 250 тыс. т в год[2].

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

В 2015 году в России было произведено 1275 тыс. тонн полипропилена, при этом экспорт составил 350 тыс. тонн.[6][7]

Литература

  • 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.

Ссылки

Эта страница в последний раз была отредактирована 4 декабря 2019 в 12:55.