Производство полипропилена. Свойства и применение

Оптические свойства.

Степень прозрачности изделий из полипропилена определяется прежде всего размером сферолитов, на которых происходит рас­сеяние света. Если удается воспрепятствовать образованию круп­ных сферолитов путем быстрого охлаждения тонкой пленки, то получается прозрачное изделие, которое даже в поляризационном микроскопе не обнаруживает двойного лучепреломления, типичного для сферолитной структуры. Чем меньше скорость охлаждения — а она при плохой теплопроводности полипропилена в значительной степени зависит также и от толщины изделия, — тем крупнее сферолиты и ниже прозрачность изделия. На прозрачность оказывают влияние и другие факторы, от которых зависят размеры сфероли­тов, в частности величина молекулярного веса и стереоизомерный состав полипропилена.[2]

Химическая стойкость.

Полипропилен благодаря своей парафиновой структуре обла­дает высокой стойкостью к действию различных химических реагентов, даже в высоких концентрациях. При нормальной тем­пературе изотактический полипропилен очень хорошо противо­стоит действию органических растворителей даже при длительном пребывании в них. Однако любое нарушение правильности струк­туры цепей, проявляющееся в уменьшении степени кристалличности полипропилена, вызывает снижение стойкости к растворителям. Эту особенность полипропилена Натта использовал для опре­деления содержания в нем атактической, стереоблочной и изотактической структур. Спирты, кетоны, сложные и простые эфиры имеют относительно малое сродство к парафиновой цепи и поэтому не способны сольватировать цепи, прочно связанные в кристалли­ческих участках. Однако они в большей или меньшей степени могут вызывать набухание или даже растворение атактических структур, особенно при высоких температурах. Углеводороды ввиду большего сродства к полипропилену растворяют атактические фракции уже при нормальной температуре. Интересное откло­нение от такой закономерности обнаруживают сжиженные пропан и пропилен, растворяющая способность которых в области темпе­ратур от -10 до -20° С выше, чем при нормальной температуре . По мере повышения температуры растворяющая способность высших углеводородов и их хлорпроизводных возрастает, так что ими можно экстрагировать и частично кристаллические стерео-блокполимеры. Наиболее эффективными растворителями являются ароматические и гидроароматические углеводороды, в которых при повышенных температурах растворяется изотактический полипро­пилен.

Из атмосферных влияний самым сильным оказывается дей­ствие кислорода, активированное солнечным светом.

Токсикологические свойства.

Чистый полипроиилен атактической и изотактической струк­туры физиологически безвреден. Однако необходимо иметь в виду, что промышленный полипропилен содержит целый ряд примесей, о действии которых на организм пока известно очень мало. По­этому требуется тщательная проверка физиологической безвред­ности этих веществ, прежде всего остатков катализатора, а также стабилизаторов и цветных пигментов.[3]

ПРИМЕНЕНИЕ ПОЛИПРОПИЛЕНА

1. Полипропилен как констукционный материал.

Производится очень много сортов полипропилена с раз­нообразными свойствами . Практически не существует поли­пропилена общего назначения, который бы с одинаковым успехом использовался, например, как для производства волокна, так и для изготовления деталей машин или пленки. Успешное примене­ние полипропилена для той или иной цели предполагает правиль­ный выбор композиции (сорта, марки материала), которая по своим свойствам наиболее соответствует условиям переработки, назначению изделия и основным требованиям к его конструкции . При применении металлов для конструкционных целей соблюдение принципа подбора считается вполне естественным, при работе же с пластмассами этот принцип пока еще недостаточно прочно вошел в практику. Именно из-за незнания взаимосвязи областей применения и свойств пластических масс было допущено немало ошибок при внедрении их в технику.

2. Тара и упаковка.

Полипропилен, в особенности пленка из него, обладает всеми необходимыми свойствами для применения в этой области. По своим характеристикам полипропиленовая пленка близка к поли­этиленовой, причем по некоторым показателям превосходит ее. По сравнению с пленками из других термопластов полипропиленовая пленка имеет преимущество в отношении стойкости к нагреванию и действию химических реагентов (она может быть подвергнута стерилизации при температуре выше 100° С, что определяет целе­сообразность ее использования в пищевой и фармацевтическом промышленности). Ее достоинствами являются также превосходили гибкость, глянцевитость поверхности, прозрачность, незначитель­ная паропроницаемость, нетоксичность, сравнительно легкая сва­риваемость и хорошая сопротивляемость усталостной коррозии.

Несколько лет назад начали получать полипропиленовые пленки, ориентированные в одном или двух взаимно перпенди­кулярных направлениях. Ориентация пленки улучшает ее прочность, жесткость, влагоизоляционные свойства и прозрачность. Прочность пленки, ориентированной в двух направлениях, в 4—8 раз превышает прочность неориентированной. По свариваемости ориентированная пленка уступает неориентированной, поэтому главным потребителем ее как упаковочного материала следует считать галантерею, где она ценна благодаря своей исключитель­ной прозрачности, отсутствию морщинистости - в этом отноше­нии она лучше полиамидной пленки.

Вполне оправдало себя применение полипропилена для изго­товления затворов (пробок), бутылей , контейнеров. Как указывается в литературе , полипропилен может успешно кон­курировать с традиционными материалами в отношении экономич­ности изготовления этих изделий (полипропилен способен формо­ваться при исключительно коротких циклах). По прочности, ударостойкости и химической стойкости полипропилен превосходит полистирол, а по жесткости, сопротивлению истиранию и внешнему блеску - полиэтилен.[2]

3. Волокно.

Большое количество изотактического полипропилена расхо­дуется на производство волокна. Характерной особенностью полипропиленового волокна является его малая по сравнению с другими видами синтетических волокон плотность (0,905). Из 1 кг полипропилена можно получить 240000 м моноволокна диа­метром 0,075 мм , т. е. больше, чем из любого другого синте­тического материала, применяемого для производства моноволо­кон. Малая плотность полипропиленового моноволокна сочетается с исключительной прочностью и высокими эластическими свой­ствами. В то же время полипропиленовое волокно имеет меньший крип при постоянной нагрузке, более устойчиво к выцветанию и способно выдерживать без изменений воздействие более высоких температур (на 30° С), чем полиэтиленовое. Однако до сих пор не решена проблема стабилизации полипропиленового волокна от ультрафиолетового излучения. Это ограничивает возможность его использования в текстильной промышленности. Серьезными недо­статками этого волокна являются также пониженная гигроскопич­ность (при использовании его для изготовления бельевых тканей), относительно плохая поверхностная окрашиваемость (поэтому не­редко практикуется нерациональный метод окрашивания в массе) и не вполне удовлетворительная морозостойкость (20°С для ориентированного волокна).

С целью устранения этих недостатков полипропилен можно модифицировать разными методами, в частности введением в него специальных добавок (например, веществ с хорошими гидрофиль­ными свойствами или содержащих реакционноспособные группы, необходимые для крашения, ультрафиолетовых стабилизаторов, морозостойких добавок и т. п.) , Хотя проблемы модифи­кации полипропилена разрешены еще далеко не полностью, неко­торые зарубежные фирмы производят в опытных количествах над­лежащим образом стабилизированные и окрашенные волокна, способные выдержать длительную эксплуатацию в условиях воз­действия солнечных лучей (под открытым небом). Бесспорно, что решение указанных проблем принципиально возможно и является лишь делом времени.[3]

4. Полипропилен как антикоррозионный материал.

Одно из типичных применений полипропилена — плакировка резервуаров, предназначенных для транспортировки и хранения химически агрессивных жидкостей, в том числе различных продовольственных товаров .

Были предприняты попытки изготовления полипропилено­вых слоистых стеклопластиков различными методами. Основную трудность при этом представляет недостаточная адгезия полипро­пилена к стеклу

Кроме того, из полипропилена изготовляют корпуса насосов, работающих в агрессивных средах, шестерни, колпаки, трубопро­воды и арматуру. Там, где требуется ударостойкость при высоких рабочих температурах, полипропилен может конкурировать с поливинилхлоридом.

5. Применение в машиностроении.

Низкий коэффициент трения и высокая износоустойчивость полипропилена позволяют использовать этот перспективный мате­риал для конструкционных и других целей в машиностроительной промышленности, в том числе и там, где химическая стойкость имеет второстепенное значение. Из полипропилена изготовляют, в частности, детали текстильного оборудования (бобины, сепара­торы, веретена), вентиляторов, пылесосов, полотеров, холодильни­ков, колпаки и винты машин для стрижки газонов и т. д. . При­менение его для этих целей вполне обоснованно: вентиляторы с по­липропиленовыми деталями создают меньше шума и более стойки к вибрации, чем металлические, к тому же они более безопасны при случайном попадании пальцев между лопастями, что особенно важно в случае настольных вентиляторов.

В автомобильной промышленности полипропилен пока не по­лучил широкого применения. Это объясняется, в частности, тем, что рабочие части автомобилей проходят длительные испытания на прочность и надежность. Тем не менее европейские автомоби­лестроители в настоящее время уже изготовляют из полипропилена амортизаторы, приборные щитки, распределительные коробки, штепсельные соединения, блоки предохранителей, рефлекторы, клаксоны, трубопроводы установки для кондиционирования воз­духа, педали подачи топлива (сформованные в виде одного це­лого), оконные детали, дверные прокладки, а также сидения, заполненные полиуретановым пенопластом . Рабочие части, непосредственно контактирующие с керосином или бензином (на­пример, насосы и карбюраторы), целесообразнее изготовлять из полиамида, так как бензин и керосин размягчают полипро­пилен.

Корпуса насосов для щелока до последнего времени делали из полиэтилена высокого или низкого давления или металла. Ме­таллические детали непригодны для этой цели ввиду химической агрессивности моющих средств, а полиэтиленовые подвержены усталостной коррозии.

К полипропилену был проявлен большой интерес как к мате­риалу для изготовления деталей посудомоечных полуавтоматов, где он ценен благодаря химической стойкости, высокой износо­устойчивости и ударопрочности.[2]

6. Применение в электротехнике.

В электротехнической промышленности находят применение формованные детали из полипропилена (например, катушки, обоймы, футляры, ламповые патроны, подставки, детали выключа­телей и телефонных аппаратов, корпуса радиоприемников, репро­дукторов, телевизоров и т. п.) , а также изоляционные оболочки и пленка, главным образом в виде ленты.

В качестве материала для изоляции электрических проводов и кабелей полипропилен пока еще не получил широкого признания, несмотря на то, что обладает высокими диэлектрическими свой­ствами и малой проницаемостью для паров воды. По всей вероят­ности, это связано с тем, что полипропилен, как каждый новый изоляционный материал, сначала должен выдержать длительный испытательный срок.

Полипропилен пробовали применять для изоляции электро­проводов легкого типа, находящихся под напряжением 220 В. По­скольку для этой цели в настоящее время с успехом применяются другие изоляционные материалы, в частности поливинилхлорид, их замена полипропиленом была бы оправданной только в том случае, если бы он имел явное преимущество перед ними. Внедре­ние полипропилена означало бы уменьшение веса электроизоля­ции, а также повышение ее теплостойкости и, как следствие, воз­можность увеличения допустимой нагрузки в цепи и экономии изоляционного материала. Однако недостаточная гибкость поли­пропилена в относительно толстом слое ограничивает его приме­нимость для электротехнической изоляции. При снижении толщины полипропиленового покрытия оно приобретает нужную гибкость, но при этом возрастает опасность механического поврежде­ния его.

В высокочастотной технике применение полипропилена затруд­нено тем, что в нем обычно содержатся остатки катализатора. Существующие технологические методы не обеспечивают дости­жения требуемой степени чистоты полимера. Правда, для боль­шинства применений незначительное увеличение тангенса угла диэлектрических потерь не является помехой.

В последние годы в технике нашли распространение коммуни­кационные провода с пеноизоляцией. Полипропиленовый пенопласт может конкурировать в этой области с полиэтиленовым, так как обладает более низкой диэлектрической проницаемостью и луч­шими физическими свойствами.

Полипропиленовая пленка в виде ленты широко применяется для различных электротехнических целей. Этому способствуют вы­сокая электрическая прочность тонких пленок, теплостойкость и способность к намотке.

7. Применение в медецине.

Долговременная устойчивость при температурах выше 100° С позволяет использовать полипропилен для изготовления корпусов ингаляторов, которые не подвержены коррозии под действием ми­неральных вод, применяемых для ингаляции, а также специальных трубок и шлангов.