Свойства и применение полипропилена

В зависимости от условий полимеризации структура полипропилена (ПП) может меняться. Выпускаемый в промышленности полимер является смесью разнообразных структуре различным содержанием изотактической части, что сказывается на его свойствах.

Наибольший интерес представляет ПП с молекулярной массой 80000-200000 и содержанием изотактической части 80–95 %: гомополимер ПП. Гомополимер ПП - более жесткий материал, чем полиэтилен, его тем­пература плавления выше (до 170 °С). а температурный интервал эксплуатации - от –5 до 120 °С (изделия из ПП могут подвергаться стерилизации). Свойства ПП приведены в табл. 5.2.

ПП в отличие от ПЭ и сополимеров этилена является более легким, жестким и прозрачным полимером, обладающим блеском и высокими механическими свой­ствами (наилучшая среди термопластов прочность при изгибе) (см. табл. 5.2).

ПП обладает высокой пространственной регулярностью, приводящей к кристал­лизации макромолекул (степень кристалличности достигает 85-95 %).

При нормаль­ной температуре ПП нерастворим в органических растворителях даже при длитель­ном пребывании в них, но набухает в ароматических и хлорированных углеводородах, а при температурах выше 80 °С растворяется в них. По водостойкости, а также стойкости к действию растворов кислот, щелочей, и солей ПП подобен ПЭ.

При отсутствии внешнего механического воздействия изде­лия из ПП сохраняют свою форму при повышении температуры до 150 °С. Они ус­тойчивы к кипящей воде и могут стерилизоваться при 120-135 °С .

Физико-меха­нические свойства его значительно выше, чем свойства ПЭ. По прочности при растяжении и теплостойкости он превосходит полиэтилен, полистирол и некоторые сорта поливинилхлорида. По другим механическим свойствам этот полимер близок к полистиролу и поливинилхлориду.

Диэлектрические свойства ПП подобны свойствам ПЭ (см. табл. 5.2), но в отличие от последнего он обладает двумя существенными недостатками: малой морозостойко­стью и более легкой окисляемостыо при действии высоких температур переработки в изделия, кислорода воздуха и солнечного света, вызывающей необходимость особо­го внимания к стабилизации полимера.

Морозостойкость ПП улучшают совмещением с небольшим количеством (10-15 %) полибутадиенового каучука (температура хрупкости композиции снижается на 20-30 °С) и введением в макромолекулы звеньев этилена (до 15 %).

Сополимеры пропилена с этиленом, содержащие небольшое количество этилена (1-20 %), обладают свойствами ПП, но имеют повышенную стойкость к ударным нагрузкам (их температура хрупкости от -15 до -40 °С), улучшенную способность к переработке всеми методами из-за хороших реологических свойств и пониженные механические напряжения в изделиях, даже при высокой молекулярной массе. При этом теплостойкость и жесткость сополимеров близка к аналогичным показателям ПП. Благодаря этим свойствам сополимеры пригодны для изготовления деталей ав­томобилей, телевизоров и радиоприемников, изоляции проводов и кабелей, в каче­стве упаковочного материала и т. п.

ПП пригоден для изготовления труб, пленки, электроизо­ляции, различных формованных и литьевых изделий, волокна. Легкое и прочное по­липропиленовое волокно применяется при получении канатов, фильтровальных и технических тканей для химических и горно-обогатительных производств, ковров, которые легче и во много раз прочнее шерстяных. Пленки из ПП обладают более высокой механической прочностью, теплостойкостью и меньшей газо- и паропроницаемостью, чем пленки из ПЭ. Специальные пористые полипропиленовые пленки, имеющие ультрамикроскопические поры диаметром 0,1 мкм, легко пропускают воз­дух, пары воды и газы, но задерживают жидкости, бактерии, пыль.

Трубы. Технология изготовления труб из ПЭ и ПП одинакова. Наиболее пригод­ны полимеры с высокой и средней степенью кристалличности. Трубы методом экст­рузии выпускаются диаметром 25-1000 мм. Они выдерживают более высокое давле­ние и более высокие температуры, чем трубы из ПЭНП и ПЭВП.

По теплостойкости трубы из ПП также лучше труб из жесткого ПВХ и ацетобутиратцеллюлозы, но по морозостойкости полипропиленовые трубы значительно усту­пают как полиэтиленовым, так и поливинилхлоридным.

Полипропиленовые трубопроводы применяются для подачи горячей воды, транс­портировки агрессивных жидкостей, органических растворителей, минеральных ма­сел и т. д.

Пленки и листы. Пленки и листы из ПП изготовляют экструзией с раздувом и экструзией с вытяжкой. Они могут быть неориентированными (разрушающее на­пряжение при растяжении 35-46 МПа) и ориентированными в одном и двух направ­лениях (разрушающее напряжение при растяжении 90-175 МПа).

Полипропиленовая пленка обладает высокой механической прочностью, стойко­стью к истиранию, удовлетворительной равнотолщинностыо и повышенной устой­чивостью к деформации в широких пределах изменения температуры и влажности. По прозрачности она не уступает целлофановой пленке, но имеет лучшие механиче­ские свойства (разрушающее напряжение при растяжении в продольном направле­нии достигает 35-40 МПа). Повышенная прочность ПП позволяет изготовлять более тонкие пленки (толщиной 10-50 мкм) для упаковки товаров, а высокая термостой­кость способствует расширению областей применения.

Проницаемость полипропиленовой пленки для газов, водяных и других паров меньше, чем полиэтиленовой (низкой плотности), и она может быть еще уменьшена нанесением покрытий из поливинилиденхлорида или других полимеров. Пленка из ПП применяется во многих областях, где используется пленка из ПЭ.

Изоляция электрических проводов. Хорошие диэлектрические свойства ПП и независимость их от влажности, а также легкость нанесения на электрический про­вод обеспечили ему использование в качестве электроизоляционного материала, особенно в тех случаях, когда требуется повышенная термостойкость изоляции.

Листовые и формованные изделия. Пленки из ПП толщиной 0,2-0,3 мм, полу­ченные экструзией, обладают достаточной жесткостью для переработки их методом вытяжки. При изготовлении крупногабаритных, а также сложных по конфигурации изделий, применяют вакуум-формование и получают посуду и емкости для хими­ческой, красильной, текстильной промышленности и для гальванопластики.

Как конструкционный материал ПП пригоден для изготовления литьем под дав­лением штучных деталей широчайшего ассортимента: автомобилей и мотоциклов, текстильных и стиральных машин, а также деталей холодильников, телефонов, пи­шущих и счетных машин, компьютеров, карнизов, ящиков, футляров, аккумулятор­ных баков, баков и аппаратов для крашения и беления, роторов центрифуг, корпусов центробежных насосов, деталей турбобуров, бутылок и флаконов, игрушек, предме­тов домашнего обихода и т. п. Более жесткие изделия могут быть изготовлены из ПП, наполненного коротким стеклянным волокном. По жесткости такой материал превы­шает непластифицированный поливинилхлорид (винипласт), полиформальдегид, полиамиды и ненаполненный полипропилен.

Блок-сополимер пропилена с этиленом (ПП блок-сополимер) – это цепочка молекул пропилена, прерывающаяся цепочкой этилен-пропилен сополимера. Для его производства требуется второй реактор.

Блок-сополимеры пропилена с этиленом производятся в виде, однородных по цвету, гранул. Они имеют: высокую ударную прочность (при низких температурах) и высокую эластичность; повышенную долговременную термическую стабильность; стойкость к термоокислительному разрушению во время производства и переработке полипропилена, а также при эксплуатации изделии из него. Блок-сополимер морозостоек (модифицированные марки эксплуатируются при температуре ниже минус сорок градусов, немодифицированные марки - до минус тридцати градусов). Имеет низкую износостойкость.

Используется для выпуска корпусных деталей оргтехники, бытовой и электротехники, а так же в автомобильной промышленности (корпуса бампера, аккумуляторов и др.). На ряду с этим БС широко применяется при производстве товаров народного потребления — садовой и офисной мебели, одноразовой посуды, тонкостенных и промышленных контейнеров, упаковки для замороженных продуктов, игрушек, медицинских изделий.

Упаковка для замороженных пищевых продуктов и др. Контейнеры (в том числе тонкостенные). Одноразовая посуда. Колпачки для флаконов. Крышки для бутылок. Ящики.
Корпуса аккумуляторов.
Мебель: столы, стулья. Садовая мебель.
Корпусные детали бытовой и оргтехники.
Игрушки
Изделия медицинского назначения.
Фитинги.

Статистический сополимер полипропилена (Рэндом сополимер ПП) – это статистическая цепочка молекул пропилена и этилена. Существует две разновидности статистического сополимера - прозрачный и непрозрачный Прозрачный - используется для изготовления тонкостенного упаковочного материала для пищевых продуктов, пленок для ламинирования, листов. Непрозрачный — используется для производства труб и фитингов для систем горячего водоснабжения.

Статистический сополимер полипропилена обладает следующими свойствами:

· Климатическая и химическая стойкость: при высоких температурах - к щелочам, кислотам, растворам солей, растительным и минеральным маслам; при комнатной температуре — к органическим растворителям; имеет низкое влагопоглощение. Благодаря этим свойствам, все изделия из данного материала могут долго находиться в жидких агрессивных средах и совершенно неопасны при контакте с продуктами.

· Температурный режим: max температура - до ста сорока градусов, температура плавления - сто семьдесят градусов.

· Электроизоляция: стат-сополимер полипропилена имеет хорошие электроизоляционные свойства, но хуже, чем гомополимер и блок-сополимер.

· Механические свойства: стат-сополимер по жесткости и ударопрочности находится между гомополимером и блок-сополимером.

Металлоценовые ПП получают методом полимеризации с металлоценовыми катализаторами. Такая полимеризация делает с полимером очень даже интересные вещи, например, может получиться полипропилен с совершенно разной тактичностью.

Используя спец. металлоценовые катализаторы, получается полипропилен, который в одной макромолекуле содержит и атактические и изотактические блоки. Такой полимер напоминает резину, являясь отличным эластомером и все это благодаря тому, что изотактические блоки образовывают кристаллы самостоятельно.

Для таких разрешенных mPP для контактов с пищевыми продуктами марок характерны более высокие температура допустимой деформации и модуль упругости при изгибе, чем у традиционных гомополимеров, улучшенные оптические свойства, которые сочетаются с высокой прочностью, низкой степенью коробления и улучшенной барьерной устойчивостью.

Три компании сейчас предлагают изотактические марки mPP в США, а одна из них только что после долгих лет разработки начала коммерческое использование первых в отрасли синдиотактических PP (sPP). Создание такой абсолютно новой формы полимеров стало возможным с приходом металлоценов.

Смолы sPP представляют собой сополимеры с более низкой по сравнению со стандартными изотактическими РР кристалличностью. Сообщается, что их уникальная молекулярная структура дает исключительные глянец и прозрачность, более низкую температуру плавления, и более низкие уровни извлечения. Эти полимеры могут похвастаться прекрасной ударопрочностью при комнатной температуре и значительно большей, чем у изотактических РР, мягкостью. Мягкие sPP также являются альтернативой семейству Rexflex FPO (эластичных полиолефинов). sPP также обнаруживает потенциал для использования в качестве соэкструзионного соединительного слоя или же улучшающего совместимость агента в смесях PP или PE с ABS, поликарбонатом или TPU.

ПП выпускается в виде порошка белого цвета или гранул, стабилизированным, окрашенным или неокрашенным. Марочный ассортимент полипропилена включает 5 марок, получаемых при среднем давлении (01002-01020), 13 марок, получаемых при низком давлении (21003–21230) и 3 марки блоксополимера с этиленом (22007–220311). На основе базовых марок выпускается значительное число композиций (морозостой­ких, с различными наполнителями) самозатухающие), а также окрашенные материалы широкой цветовой гаммы.

Обозначение марки ПП состоит из пяти цифр: первая (2 или 0) указывает на давление, при котором происходил процесс синтеза, соответственно низкое или среднее; вторая цифра указывает на вид материала: 1 — полимер, 2 — сополимер. Три последующие цифры являются десятикратным значением ПТР. В обозначении композиции через тире указывается номер рецептуры стабилизации и далее, через запятую, цвет и число рецептуры окрашивания. Например, марка 21180-16 Т20 — это материал, полученный на металлоорганических катализаторах при низком давлении, ПТР составляет 18 г/10 мин, рецептура добавки № 16 — анти­коррозионная, материал содержит 20% талька.