Полипропилен

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
Полипропилен
Полипропилен
Полипропилен
Международный знак вторичной переработки для полипропилена
Международный знак вторичной переработки для полипропилена
Общие
Сокращения ПП, PP
Хим. формула (C3H6)n
Физические свойства
Плотность 0,92-0,93 г/см³
Термические свойства
Т. плав. 130–171 °C
Классификация
Рег. номер CAS 9003-07-0
Приводятся данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иначе.

Полипропилен (ПП) — это термопластичный полимер пропилена (пропена).

Получение[править | править вики-текст]

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[править | править вики-текст]

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°С, 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°С и лучшей стойкостью к действию химических реагентов. Стереоблокполимер полипропилена при исследовании с помощью рентгеновских лучей обнаруживает определенную кристалличность, которая не может быть такой же полной, как у чисто изотактических фракций, поскольку атактические участки вызывают нарушение в кристаллической решетке. Изотактический и синдиотактический образуются случайным образом;

Физико-механические свойства[править | править вики-текст]

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:

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 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[править | править вики-текст]

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

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%-ном водном растворе эмульгатора ОП-7 при 50 °C 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[править | править вики-текст]

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).

Показатели основных теплофизических свойств полипропилена приведены в таблице:

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

Электрические свойства[править | править вики-текст]

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 30—40

Переработка[править | править вики-текст]

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

Применение[править | править вики-текст]

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 пенополиэтилену. Также встречаются декоративные экструзионные профили из ППП, заменяющие пенополистирол. Атактический полипропилен используют для изготовления строительных клеев, замазок, уплотняющих мастик, дорожных покрытий и липких пленок.

Структура применения полипропилена в России в 2012 году была следующей: 38 % — тара, 30 % — нити, волокна, 18 % — плёнки, 6 % — трубы, 5 % — полипропиленовые листы, 3 % — прочее[1].

Рынок полипропилена[править | править вики-текст]

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 России потребление полипропилена выросло с 250 тыс. т в 2002 году до 880 тыс. т в 2012 году[1], при этом остаётся на довольно низком уровне: 1,6 % от мирового[3] или 6 кг на человека в год против 18 кг/чел. в Западной Европе, 17 кг/чел. в США и 12 кг/чел. в Китае[2].

В мире наблюдается перепроизводство полипропилена: сейчас профицит 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].

ТОП-5 крупнейших производителей полипропилена в мире (на 2011 год)[4]
Номер Компания Страна Производственные
мощности (тыс. тонн)
Доля мирового
рынка (%)
1 LyondellBasell Нидерланды 6 471 11,24
2 Sinopec Китай 4 930 6,37
3 SABIC Саудовская Аравия 3 455 5,13
4 PetroChina Китай 3 038 4,69
5 Braskem Бразилия 2 814 4,60

Отечественное производство полипропилена началось в 1981 году на Томском нефтехимическом комбинате (ныне «Сибур»). В 1990-е годы установки по производству полипропилена были построены на Московском НПЗГазпром нефть» и «Сибур») и «Уфаоргсинтез» («Башнефть»). В 2007 году производство полипропилена открылось на буденновском СтавроленеЛукойл»), 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 дегидрирования пропана (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]. «Тобольск-Полимер» специализируется на выпуске гомополипропилена, в то время как производство сополимеров «Сибур» решил сосредоточить на Томском НХК и Московском НПЗ[4].

Примечания[править | править вики-текст]

  1. 1 2 3 4 5 Пыжьянова В. Полипропиленовыми шапками закидаем // Эксперт-Урал : журнал. — Екатеринбург, 21 октября 2013. — № 42 (575).
  2. 1 2 3 4 5 6 Море пластика из Тобольска // Эксперт : журнал. — М., 21 октября 2013. — № 42 (872).
  3. 1 2 Серова Т. Спрос на полипропилен в мире растёт во всех отраслях применения. Plastinfo.ru. Проверено 3 января 2014.
  4. 1 2 3 Виньков А. Предтеча пиролизной печи // Эксперт : журнал. — М., 5 ноября 2012. — № 44 (826).
  5. Сиваков Д., Виньков А. Не заставляйте нас производить пластиковые тазики // Эксперт : журнал. — М., 20 сентября 2010. — № 37 (721).

Литература[править | править вики-текст]

  • 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[править | править вики-текст]