2.4.2. Полипропилен

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 - 0,5г/см³. Полипропилен выпускается стабилизированным, окрашенным и неокрашенным.

Молекулярное строение

По типу молекулярной структуры можно выделить три основных типа: изотактический, синдиотактический и атактический. Изотактический и синдиотактический полипропилены относятся к так называемым стереорегулярным полимерам. Изотактический полипропилен - полимер, в котором метильные группы направлены в одну сторону от воображаемой плоскости основной цепи; синдиотактический - метильные группы строго чередуются; атактический - метильные группы расположены случайным образом.

Свойства

В зависимости от молекулярного веса и содержания изотактической части свойства полипропилена могут изменяться в широких пределах. Наибольший промышленный интерес представляет полипропилен с молекулярным весом 80000 - 200000 и содержанием изотактической части 80 - 98%

Полипропилен во многом похож на полиэтилен.

Физико-механические свойства

В отличие от полиэтилена, полипропилен менее плотный (плотность 0,90 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 табл. 17.

Таблица 17. Физико-механические свойства полипропилена

Плотность, г/см^3	0,90 - 0,91
Разрушающее напряжение при растяжении, кгс/см^2	250 - 400
Относительное удлинение при разрыве, %	200 - 800
Модуль упругости при изгибе, кгс/см^2	6700 - 11900
Предел текучести при растяжении, кгс/см^2	250 - 350
Относительно удлинение при пределе текучести, %	10 - 20
Ударная вязкость с надрезом, кгс·см/см^2	33 - 80
Твердость по Бринеллю, кгс/мм^2	6,0 - 6,5

Физико-механические свойства полипропилена разных марок приведены в таблице 18.

Таблица 18. 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/см^2, не менее	260	280	270	260	260	-	-	-	-
Стойкость к растрескиванию, ч, не менее	400	400	400	400	400	-	-	-	-
Характеристическая вязкость в декалине при 135ºC, 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, ºC, не выше	-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%-ная перекись водорода при комнатной температуре действуют незначительно. Продолжительный контакт с этими реагентами при 60 ºC и выше приводит к деструкции полипропилена.

В органических растворителях полипропилен при комнатной температуре незначительно набухает. Выше 100 ºC он растворяется в ароматических углеводородах, таких, как бензол, толуол. Данные о стойкости полипропилена к воздействию некоторых химических реагентов приведены в таблице 19.

Таблица 19. 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 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 ºC 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 60 ºС — менее 2%.

Теплофизические свойства

Полипропилен имеет более высокую температуру плавления, чем полиэтилен, и соответственно более высокую температуру разложения. Чистый изотактический полипропилен плавится при 176 ºC. Максимальная температура эксплуатации полипропилена 120—140 ºС. 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 -15 ºС. Морозостойкость можно повысить введением в макромолекулу изотактического полипропилена звеньев этилена (например, при сополимеризации пропилена с этиленом).

Показатели основных теплофизических свойств полипропилена приведены в таблице 20.

Таблица 20. Теплофизические свойства полипропилена

Температура плавления, ºC	160 - 170
Теплостойкость по методу НИИПП, ºC	160
Удельная теплоёмкость (от 20 до 60ºС), кал/(г·ºC)	0,46
Термический коэффициент линейного расширения (от 20 до 100 ºC), 1/ºC	1,1·10^-4
Температура хрупкости, ºC	от -5 до -15

Электрические свойства

Показатели электрических свойств полипропилена приведены в таблице 21.

Таблица 21. 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	28 – 40

Переработка

Формование методами экструзии, вакуум- и пневмоформования, экструзионно-выдувного, инжекционно-выдувного, инжекционного, компрессионного формования, литье под давлением.

Применение

Материал для производства плёнок (особенно упаковочных), тары, труб, деталей технической аппаратуры, предметов домашнего обихода, нетканых материалов и др.; электроизоляционный материал, в строительстве для вибро-, 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.

Из ПП можно получать тару всеми основными способами перера­ботки термопластов. Пленки из ПП по сравнению с пленками из ПЭ обладают более высокими теплостойкостью, прозрачностью, жиростойкостью, жесткостью, поверхностной твердостью, стойкостью к надры­ву, длительной прочностью, стойкостью к водяным парам и аромати­ческим веществам, способностью к сварке в неориентированном состо­янии. Недостатком является низкая морозостойкость: при температу­рах ниже -15°С ПП становится хрупким.

Ориентирование пленок ПП повышает прочность, жесткость, улуч­шает стойкость к водяным парам, жирам, низким температурам, увели­чивает прозрачность и блеск. Однако ориентированный ПП теряет спо­собность к сварке.

Пленки из ПП применяют для упаковки фармацевтических товаров, продуктов питания, сигарет, текстильных изделий, самоклеящихся эти­кеток и т.д.

Белые матовые пленки ПП по декоративным свойствам похожи на бумагу, но не пропускают влагу и жир. Их используют в основном для производства самоклеящихся этикеток и кондитерских этикеток — для обертывания конфет, шоколада.

Пленки из двуосно-ориентированного ПП (ДОПП, иностранное обо­значение ВОРР) являются основным материалом в производстве гиб­кой упаковки для закусок и кондитерских изделий: печенья, бисквитов, баранок, сухарей, конфет, хлеба, булочек и т.п.

Широко используют в упаковке многослойные материалы со слоя­ми пленок ПП или ДОПП. Из двухслойных материалов ПП — бумага производят пакеты для кондитерских изделий или сухого питания для животных. Металлизированная ПП-пленка по своему блеску превос­ходит алюминиевую фольгу. В картон, ламинированный ПП, упаковывают продукты, разогреваемые в микроволновых печах. Методом экструзии и инжекции с раздувом из гранулированного ПП получают бутылки и тонкостенные контейнеры. Благодаря высокой теплостойкости ПП их используют при розливе горячих жидкостей, а также в процессе стерилизации паром.

Литьем под давлением из ПП изготавливают тонкостенные коробоч­ки для масла, маргарина, йогуртов и других продуктов, а также ящики с ячейками, корзины, укупорочные средства, например навинчивающие­ся колпачки с резьбой.

Из узких ПП лент или нитей производят тканые мешки и гибкие промежуточные насыпные контейнеры. Их применяют для транспор­тировки химических веществ, удобрений и продуктов питания (сахар, мука, какао, орехи, сухие смеси и т.п.). Для защиты продуктов от влаги и высыхания в мешки вставляют вкладыши из ПП-пленки.