Изучение полипропилена

Федеральное агентство  по образованию Российской Федерации

Государственное образовательное  учреждение высшего профессионального  образования

 

 

 

 

 

 

РЕФЕРАТ

По дисциплине «Материаловедение»

 на тему: «Полипропилен»

 

 

 

Проверил

_____________Иванов И.Е.                       ___________________2011г.

 

Автор реферата

студент группы

_______________Петров Е.Н.

____________________2011г.

 

Защищен с оценкой

____________________2011г.

 

 

 

 

 

 

 

 

Челябинск 2011

Содержание

Введение ……………………………………………………….. Получение ……………………………………………………... Анализ ………………………………………………………..... Свойства …………………………………………………… …. Взаимосвязь структуры и свойств  ……………............. Механические свойства ……………………………. …. Диаграмма растяжения ……………………….………... Диэлектрические свойства …………………………….. Поверхностные свойства ……………………….……… Оптические свойства …………………………………… Химическая стойкость ……………………………......... Токсикологические свойства …………………….......... Применение полипропилена  ……………………………......... Полипропилен как конструкционный  материал ..……. Тара и упаковка ...…………………………....…………. Волокно …………………………………….……............ Полипропилен как антикоррозионный материал …….. Применение в машиностроении …………….………… Применение в электротехнике ……………….…........... Применение в медицине ……………………………….. Заключение ……………………………………………………. Список литературы ……………………………………..……...

3 5 7 9 11 12 12 13 14 14 15 16 17 17 17 18 19 20 21 22 24 25

Введение

 

Полипропилен – синтетический  термопластичный неполярный полимер, принадлежащий к классу полиолефинов. Продукт полимеризации пропилена. Твердое вещество белого цвета. Выпускается в форме гомополимера и сополимеров, получаемых сополимеризацией пропилена и этилена в присутствии металлоорганических катализаторов при низком и среднем давлениях, в виде гранул стабилизированных, окрашенных или неокрашенных.

Обычное обозначение  полипропилена на российском рынке  – ПП, но могут встречаться и  другие обозначения: РР (полипропилен), PP HO или PP homopolymer (полипропилен гомополимер), HIPP (высокоизотактический полипропилен гомополимер), РР-Х, PP-XMOD (сшитый полипропилен), PPCP или PP/Co или PP block-copolymer или PP impact copolymer (полипропилен блок-сополимер, блок-сополимер пропилена и этилена), PPМ (блок-сополимер пропилена и этилена с низким содержанием полиэтилена), PPR (блок-сополимер пропилена и этилена со средним содержанием полиэтилена), PPU (блок-сополимер пропилена и этилена с высоким содержанием полиэтилена), PPH (блок-сополимер пропилена и этилена с очень высоким содержанием полиэтилена), PP random copolymer (статистический сополимер пропилена и этилена), PP-EPDM или PP/EP (смесь полипропилена и тройного сополимера этилена, пропилена и диена), EPP (вспенивающийся полипропилен), EMPP (полипропилен, модифицированный каучуком), mРР (металлоценовый полипропилен).

Условное обозначение отечественного полипропилена и сополимеров пропилена, выпускаемых в соответствии с ГОСТ 26996-86, состоит из названия материала «полипропилен» или «сополимер» и пяти цифр. Первая цифра 2 или 0 указывает на то, что процесс полимеризации протекает на комплексных металлорганических катализаторах при низком или среднем давлении соответственно. Вторая цифра указывает вид материала: 1 – полипропилен; 2 – сополимер пропилена. Три последующие цифры обозначают десятикратное значение показателя текучести расплава. Далее через тире указывают номер рецептуры стабилизации, затем сорт и обозначение стандарта, в соответствии с которым изготавливается полипропилен и его сополимеры.

Пример условного обозначения  полипропилена марки 21020, стабилизированного по рецептуре 02, 1-го сорта: Полипропилен 21020-02, сорт 1, ГОСТ 26996-86.

При выпуске окрашенного  полипропилена или сополимера в  обозначении дополнительным словом указывают цвет и трехзначное число, обозначающее номер рецептуры окрашивания.

Пример условного обозначения полипропилена марки 21030, стабилизированного по рецептуре 06, окрашенного в красный цвет по рецептуре 105, 1-го сорта: Полипропилен 21030-06, красный, рец. 105, сорт 1, ГОСТ 26996-86.

Исходя из условного  обозначения полипропилена, разделив число из трех последних цифр в марке полипропилена на 10, можно найти ПТР и определить наиболее подходящий способ переработки конкретной марки ПП. ПТР < 1 - экструзия; ПТР от 2,5 до 4 - экструзия с раздувом, ПТР 3 и более - литье под давлением.

Марки полипропилена и сополимеров пропилена устанавливаются в зависимости от способа их получения, свойств и назначения.

В соответствии с ГОСТ 26996-86 полипропилен низкого давления включает в себя одиннадцать марок: 21003, 21007, 21012, 21015, 21020, 21030, 21060, 21100, 21130, 21180, 21230; полипропилен среднего давления включает в себя четыре марки: 01003, 01005, 01010, 01020; сополимеры полипропилена низкого давления включает в себя три марки: 22007, 22015, 22030.

Но на рынке присутствуют и другие марки полипропилена, поскольку большинство производителей работает согласно собственным ТУ.

 

 

Получение

 

В промышленности полипропилен, получают полимеризацией пропилена, в присутствии металлоорганических катализаторов при низком и среднем давлениях. Сополимеризацией пропилена и этилена получают сополимеры пропилена. Полипропилен и сополимеры пропилена выпускают стабилизированными, окрашенными или неокрашенными.

Полимеризация полипропилена  осуществляется главным образом  в массе по координационно-ионному  механизму. Применяется и полимеризация в растворе (растворитель – гептан, низкооктановые фракции бензина) или псевдоожиженном слое. Катализаторы – хлориды Ti или V с алюминийорганическими соединениями, чаще всего ТiСl3 с Аl(С2Н5)2Сl или Аl(С2Н5)3. Также используются и титанмагниевые катализаторы на неорганических или органических носителях. В середине 1980-х гг. появились новые металлоценовые катализаторы, с которыми стали возможны и управляемые реакции полимеризации, по крайней мере, по длине цепи, что делает реальным получение различных полипропиленов с разнообразными свойствами.

Реакцию в массе осуществляют в среде жидкого мономера при 70-80 °С и 2,7-3,0 МПа. При использовании  титанмагниевых катализаторов полипропилен получается в виде готовых гранул.

Полимеризацию в растворе проводят при 70-80 °С и 0,5-1,0 МПа до содержания полипропилена в растворителе 300-400 г/л. После отделения на центрифуге полипропилен отмывают от остатков катализатора спиртом, смесью воды со спиртом или пропиленоксидом. Порошкообразный полипропилен сушат, смешивают со стабилизаторами, красителями и затем гранулируют.

Полимеризацию в псевдоожиженном  слое проводят при температуре 70-80 °С и давлении 1,8-2,5 Мпа.

Отечественные производители  выпускают полипропилен по общероссийским и своим собственным ТУ.

В частности, Томская нефтехимическая компания – полипропилен 21030, полипропилен 21230, полипропилен 21060, полипропилен 21270, полипропилены с пониженной мутностью 21020 – ПМ1, 21030 – ПМ1, 21060 – ПМ, 121080 – ПМ1, полипропилены морозостойкие МПП 15-06V, МПП 21015-Э10, МПП 23007-Э10, полипропилен для изготовления одноразовых шприцев 21080-60;

Следует отметить, что  Томский завод использует получение  полипропилена при низком давлении, а Уфимский и Московский заводы – при среднем. Соответственно у Томского завода обозначения всех марок полипропилена начинается на 2, а у Уфимского и Московского – на 0. При этом следует учитывать, что такие марки, как 21030 (Томск) и 01030 (Москва, Уфа), существенно не отличаются по параметрам и считаются взаимозаменяемыми аналогами. Однако бывает, что технологические процессы на конкретном предприятии настроены под марку материала определенного производителя. Например, кому-то больше подходит томский полипропилен, а кому-то – московский или уфимский. Поэтому при выборе марки полипропилена это необходимо учитывать при заказе материала.

 

Анализ

 

Для производства полипропилена  требуется пропилен высокой степени  чистоты. Содержание таких примесей, как ацетиленовые и сернистые  соединения, кислород, окись и двуокись углерода, не должно превышать сотых и тысячных долей процента.

Удовлетворительным считается  пропилен следующего состава (в объемн. ч. на 1 млн.):

Сера ..........................    10*

Вода ..........................    10

Пропадиен ................    20

Кислород ..................    10

Окись углерода ........    10

Карбонилсульфид ....    10

Ацетилен  ..................     5

Этан + пропан ..........     2000

Для определения отдельных  компонентов применяют следующие  методы аналитического контроля.

Сера. Общую серу определяют сжиганием навески в аппарате Wickbold ‘ a с последующим переводом образовавшегося сернистого ангидрида в серный ангидрид и далее в серную кислоту. Последнюю оттитровывают хлористым барием в присутствии торина в качестве индикатора или же определяют, фотометрически по реакции с хлоранилатом бария .

Ацетилен. Метод определения основан на образовании растворимых комплексных соединений ацетиленидов серебра в концентрированных растворах серебряных солей—азотнокислой, хлорно-кислой, фтористой и кремнефтористоводородной .

Вода. Содержание влаги в пропилене определяют в основном двумя методами: титрованием реактивом Фишера и кулонометрическим методом . Первый способ довольно сложен, а его точность относительно невысока. Правда, его можно усовершенствовать, в таком случае точность анализа составит ±2 ч. на 1 млн. Кулонометрический метод экспериментально очень прост и вместе с тем очень точен. Он основан на электролизе влаги, уловленной из потока анализируемого газа или пара гигроскопической пленкой, например фосфорной кислотой, между двумя платиновыми электродами.

Окись углерода. Используются хроматографические методы анализа (в качестве адсорбента применяют активированный уголь, а в качестве газа-носителя—водород) или инфракрасная спектроскопия,

Пропадиен. Наиболее совершенным методом определения считается хроматографический, причем в качестве насадки разделительной колонки можно использовать силикат магния, диэтил-формамид и другие вещества. Предельная концентрация пропа-диена в пропилене определяется чувствительностью метода анализа.

Кислород. Наиболее известны три метода. Первый основан на взаимодействии кислорода с водородом на твердом катализаторе , причем за ходом реакции следят с помощью двух термопар, одна из которых расположена в протекающем газе, а вторая— в каталитическом пространстве. Они соединены по способу встречного включения, так что замеряется разность температур. Точность анализа достигает 10 ч. на 1 млн., она зависит от активности катализатора в течение всего процесса.

 

 

Свойства

 

 Полипропилен – пластический материал, отличающийся высокой прочностью при ударе и многократном изгибе, износостойкостью, хорошими электроизоляционными свойствами в широком диапазоне температур, высокой химической стойкостью, низкой паро- и газопроницаемостью. В тонких пленках практически прозрачен. Стоек к кислотам, щелочам, растворам солей, минеральным и растительным маслам при высоких температурах. При комнатной температуре нерастворим в органических растворителях. Растворяется только при повышенных температурах в сильных растворителях: хлорированных, ароматических углеводородах.

Полипропилен легко  перерабатывается. Хорошо смешивается  с красителями. Легко подвергается хлорированию. Легко кристаллизуется (макс. степень кристалличности 75%). Все изделия из полипропилена выдерживают кипячение, и могут стерилизоваться паром без какого-либо изменения их формы или механических свойств. Максимальная температура эксплуатации полипропилена 120-140°C.

Полипропилен чувствителен к свету и кислороду (чувствительность понижается при введении стабилизаторов), имеет невысокую морозостойкость, которую можно повысить введением в макромолекулу изотактического полипропилена звеньев этилена (например, при сополимеризации пропилена с этиленом).  
 
Свойства полипропилена в соответствии с ГОСТ 26996-86. 
1. Плотность – 900-910 кг/м³.  
2. Насыпная плотность гранул – 440-520 кг/м³.  
3. Водопоглощение – 0,01-0,03 % за 24 ч.  
4. Линейная усадка в форме – 1,0-2,5 %.  
5. Температура плавления – 160-168 °С.  
6. Теплостойкость при нагрузке 46 Н/см2 – 140-145 °С. 
7. Температура хрупкости – (+5)-(-15) °С.  
8. Коэффициент линейного расширения (от 30 до 100 °С) – (1,1-1,8)·10^-4 1/°.  
9. Удельная теплоемкость при 20 °С – 1,93 кДж/кг·°С.  
10. Коэффициент теплопроводности – 0,16-0,22 Вт/м·°С.  
11. Предел текучести при растяжении полипропилена низкого

давления – 30-38.  
12. Разрушающее напряжение при растяжении – 24,5-39.  
13. Относительное удлинение при разрыве для марок 21003, 21007, 21012,                         21015, 21020, 21030 – 200-1000 %.  
14. Модуль упругости при изгибе – 1220-1670.  
15. Твердость по Роквеллу – 50-70 α  
16. Удельное объемное электрическое сопротивление – 10¹⁶-10¹⁸ Ом·см  
17. Максимальная температура при длительной эксплуатации изделий (без нагрузки) – 100-110 °С.  
18. Ударная вязкость по Изоду с надрезом при 0 °С – 3-5 кДж/м², при минус 20 °С – 2-3 кДж/м2.  
19. Тангенс угла диэлектрических потерь при частоте 50 Гц для марок 01003, 01005, 01010, 01020 – не более 5·10^-4.  
20. Диэлектрическая проницаемость при частоте 50 Гц для марок 01003, 01005, 01010, 01020 – не более 2,4.  
21. Электрическая прочность (при толщине образца 2 мм) при переменном напряжении для марок 01003, 01005, 01010, 01020 – не менее 25 кВ/мм.  
22. Кислородный индекс – 25,5-27,5 %.  
23. Огнестойкость при толщине образца 0,8 мм – категория ПВ-2, при толщине образца 1,6 мм – категория ПВ-0.

 

 

 

 

 

Взаимосвязь структуры  и свойств

 

Полипропилен обладает ценным сочетанием свойств, изучение которых привлекает внимание многих исследователей, работающих как в области теории макромолекулярной химии и физики, так и в области переработки и применения полимерных материалов.

Решающее влияние на свойства полипропилена и изделий  из него оказывает молекулярная и надмолекулярная структура полимерной цепи.

Полипропилен характеризуется более сложной молекулярной структурой, чем большинство производимых промышленностью полимеров, так как, помимо химического состава мономера, среднего молекулярного веса и молекулярновесового распределения, на его структуру оказывает влияние пространственное расположение боковых групп по отношению к главной цепи. В техническом отношении наиболее важен и перспективен изотактический полипропилен. В зависимости от типа и соотношения присутствующих стереоизомеров свойства полипропилена изменяются в широком диапазоне.