Химия и технология пропилена

ПРИМЕНЕНИЕ ПОЛИПРОПИЛЕНА

Полипропилен благодаря ряду ценных свойств, не присущих ранее известным термопластам, активно вытесняет многие виды полимеров и находит все новые области применения. Ниже сравни­ваются некоторые свойства полипропилена со свойствами других полимеров: Цолиэти_

Лен Полиэтилен

Нолипро - Найлон 6 высокой низкой

Пилен плот - плотности ности

Плотность, г/смЗ ........ 0,90—0,91 1,13—1,14 0,93—0,97 0,91—0,93

Прочность при растяжении,

Кгс/см2 ........................................................................ 250—400 500— 700 200—350 100—150

Модуль упругости Е ■ Ю5, кгс/см2 0,1—0,15 0,04—0,35 0,04—0,1 0,01—0,03 Ударная прочность с надрезом

(при 20—25 °С), см • кгс/см2 . . Ю-26 2,5-25 5,5-33 88 Температура размягчения по

Вика, °С....................................................................... 150 210—220 120—128 88—90

Усадка при плавлении, % . . . 1—2 1—4 1—4 2—5

Полипропилен перерабатывается обычно литьем под давлением, прессованием и экструзией. В промышленности перерабатывается почти исключительно изотактический полипропилен. Методы пере­работки полипропилена в общем схожи с методами переработки полиэтилена высокой плотности.

Предметы, изготовленные из полипропилена, сохраняют форму при температуре до 150 °С, однако при 140 °С модуль прочности составляет только 10% от этой характеристики при комнатной тем­пературе, так что практически температура эксплуатации не пре­вышает 135 °С.

Применение полипропилена при низких температурах ограничи­вается сравнительно высокой температурой хрупкости (от —10 до -|-20 °С). Ударная вязкость достаточно высока для большинства назначений. С другой стороны, имеются возможности улучшения ударной вязкости при низких температурах (модификация каучуком или полиизобутиленом, блочная сополимеризация с 2—10% этилена).

Если подвергнуть нестабилизированный полипропилен действию кислорода при повышенных температурах, то материал окисляется, происходит деструкция цепи и полимер очень быстро становится хрупким. Нормальная стабилизация антиоксидантами позволяет непрерывно применять полипропилен при 120 °С в течение 100 дней, путем специальной стабилизации можно увеличить стабильность до 2 лет при 120 °С и до 60—80 дней при 140 °С. Особенно эффективная светостабилизация полипропилена достигается добавкой 1—2% га­зовой сажи. Склонность к растрескиванию под напряжением у поли­пропилена выражена значительно слабее, чем у полиэтилена, и по­этому обычно не учитывается.

Из полипропилена изготовляют изделия самого различного на­значения. В некоторых областях полипропилен служит заменителем металла, дерева и стекла [117]. Из-за более высокой по сравнению с полиэтиленом стоимости полипропилен применяли до сих пор в тех случаях, когда требовались повышенная жесткость, лучший блеск и более высокая стабильность формы. Полипропилен легко прессуется, поэтому из него изготовляют прессованные "изделия, тонкостенные и обладающие очень высокой устойчивостью формы. Материал перерабатывается при температурах от 200 до 280 °С. Температура переработки должна быть как можно ниже, так как по сравнению с полиэтиленом полипропилен менее стабилен.

При получении прозрачных изделий экструдированный материал нужно быстро охладить, чтобы образующиеся кристаллы были как можно мельче. При медленном охлаждении образуются более круп­ные сферолиты [118].

Переработка полипропилена литьем под давлением не предста­вляет особых трудностей. Изготовленные отливки мало или совсем не коробятся. Тенденцию к усадке можно уменьшить повышением давления и увеличением времени подпитки.

Пленки из полипропилена лучше всего изготовлять на экстру - дерах с широкощелевым мундштуком, так как при выдувании полу­чаются менее блестящие и более мутные пленки. Свойства полипро­пиленовой пленки можно значительно улучшить вытяжкой при 10—20 °С, т. е. ниже точки плавления кристаллитов; особенно боль­шое значение приобрела биаксиально вытянутая пленка. Ниже при­ведены свойства полипропиленовых пленок, полученных методом экструзии рукава с раздувом (I) и экструзией (II):

Г rr

Плотность, г/смз.............................................................. 0,900—0,908 0,885—0,908

Прозрачность................................................................... От плохой От довольно

До довольно хорошей

Хорошей до отличной

Прочность при растяжении............................................. Высокая Высокая

Сопротивление разрыву, кгс/см3 ..................................... 300— 700 300—700

Прочность при разрыве образца с надрезом,

Кгс/см........................................................................... 20—500 90—450

Прочность при мгновенном растяжении,

Кг-см/см»...................................................................... 20—300 20—300

Предел текучести, кгс/см2 .............................................. 200—400 200—450

Ударная вязкость.............................................................. Довольно Довольно

Хорошая хорошая

Удлинение, %

При растяжении........................................................ 5—20 5—20

При разрыве............................................................... 100—800 100— 800

Проницаемость для водяных паров (24 ч, тол­щина 0,05 мм), г/м2 — 1,1

Температура сварки, ?С.................................................... 140—175 140—175

Температура эксплуатации, РС........................................ от —15 до от —15 до

+130 +130

По физико-механическим свойствам и цене полипропиленовая пленка может конкурировать с целлофаном. Однако нужно было разработать специальные методы сварки при нагреве (короткое время, низкая температура, высокое давление) [122—123]. Пленки применяются в первую очередь как прозрачный упаковочный ма­териал для пищевых продуктов и текстильных товаров, а также как

Оберточный материал. В промышленности полипропиленовая пленка используется для изоляции и для кэширования других материалов.

Для изготовления труб применяется полипропилен с очень низким показателем текучести расплава, причем работают при температурах 240—250 °С. Полипропиленовые трубы выдерживают окружные напряжения от.60 до 80 кгс/см2. Усталостная прочность, вероятно, средняя между усталостной прочностью полиэтилена низкого давления (50 кгс/см2) и непластифицированного поливинил - хлорида (100 кгс/см2); трубы из полипропилена становятся хрупкими при 0 °С. Особый интерес может представить применение этих труб для подачи жидкостей при повышенных температурах.

Из полипропилена можно экструди|)овать и, листы, предназнача­емые для облицовки емкостей. Методом вакуум-формования из поли­пропилена изготовляют корпуса приборов, чемоданы и др. Пред­меты, изготовленные методом формования с последующим раздувом (например, емкости, бутылки), при очень тонких стенках обладают большой твердостью и стабильностью формы [124].

Методом прядения из расплава из полипропилена очень легко получать волокна и отдельные нити [125—129]. Большое значение здесь имеет конструкция сопла. Выдавленный жгут тотчас охлажда­ется в водяной ванне. Неориентированныеч первоначально нити ориентируются при 150 °С посредством вытягивания в 8 раз. Однако в кипящий воде нить может дать большую усадку. Во избежание этого нить дополнительно обрабатывают, например, нагревают в течение нескольких секунд до 150 °С в натянутом состоянии.

Обычно для получения волокна применяют полимер с не очень большим молекулярным весом; высокомолекулярные продукты ис­пользуются только для производства волокна с высокой текстильной вязкостью.

Ниже сравниваются свойства некоторых полимерных волокон

Найлон 6 1,14

4- 9 5000-8500

15-30

10000—55000

5- 10

210—220

Высокое отношение прочность : вес, отличная химическая стой­кость и высокая гибкость — все эти свойства благоприятствуют применению полипропилена для получения нитей технического
назначения (например, для производства морских канатов). Изго­товляют из полипропилена также фильтровальные ткани для хими­ческой промышленности, покрывала, ковры. До сих пор еще труд­ность представляет изменение цвета; поэтому материал окрашивают пигментами и выделывают из него только изнаночную сторону ков­ров. Наряду с красителем добавляют - соли металлов.

Полипропилен с высоким содержанием наполнителя (асбест, тальк, окись цинка, каолин и др.) обладает улучшенной стойкостью к высоким температурам. Полипропилен можно вспенивать. Вспе­ненный полипропилен является хорошим звукоизоляционным мате­риалом, например для оболочек телефонных и телевизионных ка­белей [131]. Для повышения прочности полипропилен армируют стекловолокном [132, 133]. Разработан способ получения пленок для изготовления мешков [134].