Экологические риски в промышленном производстве полипропилена

 

Диэлектрические свойства

 

Полипропилен, подобно большинству синтетических полимеров, является прекрасным диэлектриком. Благодаря ничтожному водопоглощению его электроизоляционные свойства практически не изменяются даже после длительной выдержки в воде.

Поведение полипропилена как диэлектрика в переменном электрическом поле во многом сходно с поведением полимера при воздействии на него динамической механической нагрузки. Индуцированные диполи звеньев цепей ориентируются по мгновенному направлению поля, в большей или меньшей степени отставая при этом от возбуждающей силы. Диэлектрическая проницаемость полипропилена почти не зависит от частоты поля и температуры.

Различие между значениями диэлектрической проницаемости изотактического (e =2,28) и атактического (e =2,16) полимеров не настолько велико, чтобы по этому показателю можно было, например, оценивать содержание атактических фракций в полипропилене.

 

Поверхностные свойства

 

Поверхность полипропиленовых изделий отличается относительно  хорошей износостойкостью, близкой к износостойкости полиамидов. Стойкость к истиранию повышается с увеличением молекулярного веса и почти не зависит от стереоизомерного состава полипропилена.

Антифрикционные свойства при контакте полипропилена со сталью близки к аналогичным свойствам нейлона в сухом состоянии. При применении смазки коэффициент трения полипропилена снижается в меньшей степени, чем в случае нейлона.

Неполярный характер полипропилена обусловливает плохую адгезию клеев к его поверхности. Поэтому в настоящее время нет надежных методов склеивания полипропиленовых деталей между собой и с другими материалами.

 

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.

 

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 полипропилен 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.

 

Применение полипропилена

 

Для производства готовой продукции из полипропилена существует пять основных метода переработки: экструзия (пленки, листы, трубы, нити и волокна), литье под давлением (ТНП, тара, медицинские изделия, автокомплектующие и аккумуляторные батареи, фитинги), выдув (пленки, емкости), ротоформование (емкости, крупные пластиковые изделия) и вспенивание (изоляционные материалы) (таблица 1). Продукция получаемая первыми двумя методами является преобладающей.

Для переработки методом экструзии преимущественно используются марки с показателем текучести расплава (ПТР) 3 г/10 мин (марки Толен 21030, Бален 01030, Каплен, 01030). Для производства листов используется полипропилен с более низким ПТР – 1,2-2,5 г/10 мин. Для производства нити и волокна в зависимости от нужной толщины используют как марки с низким ПТР, так и с самым высоким – 25,0-27,0 г/10 мин. Трубы внутренней изоляции производятся из гомополимеров с низким ПТР, а трубы для горячего и холодного водоснабжения из статсополимеров так же с низким ПТР.

Литьевая продукция преимущественно производится из полипропилена с ПТР находящимся в диапазоне 6-15 г/10 мин. В производстве продукции методом ротоформования (в России продукцию этим методом производят преимущественно из полиэтилена) используется полипропилена с ПТР ниже 3г/10 мин.

Обозначение российских марок ПП состоит из пяти цифр: первая цифра 2 или 0 указывает на давление, при котором происходит процесс синтеза, соответственно, низкое или среднее. Вторая цифра указывает на вид материала: 1 - гомополимер, 2 - блоксополимер, 3 – статсополимер. Три последующие цифры обозначают десятикратное значения показателя текучести расплава (ПТР). В обозначении композиции через тире указывают номер рецептуры стабилизации и далее, через запятую, цвет и число рецептуры окрашивания.

Таблица 1

Экструзия
Неориентированные поливные пленки (CPP films)	Упаковка текстиля, санитарно-гигиенической, кожгалантерейной и канцелярской продукции, упаковка продуктов питания
Одноосноориентированные пленки	Получение волокон
Двухосноориентированные плени (BOPP films)	Упаковка пищевых и непищевых продуктов, изготовление клейкой ленты, пленочных этикеток, конденсаторов
Жесткие пленки	Одноразовая посуда, упаковка молочных продуктов, контейнеры
Листы	Гидроизоляция, строительство, рекламные щиты, канцелярия
Трубы	Внутренняя канализация, горячее водоснабжение, для электросетей, холодное водоснабжение
Нити и волокна	Тканые и нетканые материалы, мешки, биг-беги, шпагат, крученые изделий из нитей
Литье под давлением
Товары народного потребления	Изделия для цветоводства, изделия для ванной комнаты, изделия для кухни, предметы домашнего обихода, детские товары, садово-огородный инвентарь
Тарные ведра	Тарные ведра для лакокрасочной промышленности, шпаклевок и мастик, майонеза и мороженного и т.д.
Ящики	Тарные ящики
Паллеты	Транспортные паллеты
Автокомлектующие	Около 400 наименований изделий для автомобиля
Аккумуляторные батареи	Аккумуляторные батареи
Мебель	Пластиковая мебель для мест общественного питания, сада и огорода, домашнего хозяйства
Медицинские изделия	Одноразовые шприцы и другие расходные материалы для медицинской промышленности
Фитинги	Трубопроводная арматура и сантехнические изделия
Укупорочные изделия	Двухсоставные и односоставные крышки для ПЭТ бутылок, укупорочные изделия для парфюмерии, косметики, бытовой химии, автохими
Выдув
Пленки	Фасовочный пакет, пакет "майка", пакет с вырубной ручкой,  мусорные пакеты
Емкости	Флаконы для косметики, парфюмерии, бытовой химии, канистры, бочки, баки, цистерны
Ротоформование
Емкости	Баки, мусорные баки, бочки,
Мобильные туалеты	Передвижные туалеты
Детские площадки	Детские игровые комплексы (горки, горки-тоннель, городки)
Дорожные ограждения	Дорожные блоки, конусы, буферы
Колодцы	Колодцы, септики, мусоросборы
Эстакады	Эстакады для мойки колес, установки оборотного вод
Вспенивание
Пенополипропилен	Изоляционные материалы при строительных работах, фильтры

 

 

Полипропилен как конструкционный 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.

 

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 превосходная гибкость, глянцевитость поверхности, прозрачность, незначительная паропронинаемость, 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.

 

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.

 

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.