Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования

«Северо-Восточный федеральный университет им. М. К. Аммосова»

Институт естественных наук

Химическое отделение

РЕФЕРАТ
на тему:


Краткие характеристики наиболее важных представителей полимеров: полипропилен

Выполнил: студент группы БА-ХТ-19

Полятинская Р. И.
Проверил: доцент, к. т. н., преподаватель ХО

Портнягина В. В.
Якутск, 2022

Содержание

Введение 3

1. 
   Основные сведения 4
   
2. 
   История 4
   
3. 
   Технология получения 6
   
4. 
   Применение вторичнопереработанного полипропилена 8
   
5. 
   Применение в автомобильной промышленности 9
   
6. 
   Другие изделия 10
   
7. 
   Марки пластмасс на основе полипропилена 10
   
8. 
   Свойства полипропилена 13
   

1. 
   Взаимосвязь структуры и свойств 13
   
2. 
   Поверхностные свойства 14
   
3. 
   Молекулярный вес 14
   
4. 
   Диаграмма растяжения 15
   
5. 
   Физико-механические свойства 16
   
6. 
   Химические свойства 18
   
7. 
   Теплофизические свойства 20
   
8. 
   Электрические свойства 21
   
9. 
   Оптические свойства 21
   
10. 
    Термическая деструкция 22
    

Заключение 23

Список использованной литературы 24



Введение

Полимерные материалы в настоящее время находят всё более широкое применение в различных областях науки и техники, и вообще в нашей современной бытовой жизни, будь то посуда или комплектующие детали для автомобилей. Ещё в СССР в 1981-1985 гг. отмечалось важная необходимость получения материалов с заданными свойствами и развития производства новых полимерных материалов и изделий из них с комплексом характеристик, необходимых для современной техники. И развитие получения новых полимерных материалов не останавливается и по сей день.

Среди полимерных материалов большого внимания заслуживает полипропилен. Широкая сырьевая база, разработка новых методов синтеза, ценный комплекс физико-механических свойств предопределяет благоприятные технико-экономические предпосылки для развития их производства и применения, полученных на их основе разнообразных изделий в различных областях народного хозяйства.

1. 
   Основные сведения
   

Полипропилен – это термопластичный неполярный полимер пропилена, представляющий собой бесцветное кристаллическое вещество изотактической структуры и принадлежащий к классу полиолефинов. Химическая формула пропилена имеет вид (C₃H₆)_n

Известны изотактический, синдиотактический и атактический формы полипропилена, последний же нашёл большее распространение в промышленности. Изотактический полипропилен имеет форму молекулы, в которой все метильные группы расположены на одной стороне, в синдиотактическом – метильные группы расположены попеременно с двух сторон цепи, в атактическом же полипропилене – метильные группы расположены статически.



Рисунок 1 – Формы полипропилена

2. 
   История
   

Возможность синтезировать полипропилен появилась впервые в 1954 г., когда немецкий химик-органик Карл Циглер и итальянский химик Джулио Натта открыли металлокомплексный катализ полимеризации олефинов. Каталитическая стереоспецифическая полимеризация ненасыщенных простейших углеводородов и синтез всевозможных структурных разновидностей полипропилена произошли из-за смешивания металлоорганических катализаторов. Благодаря этому открытию Джулио Натта в 1963 году была присуждена Нобелевская премия по химии. Таким образом был получен первый полипропилен - самый легкий термопласт.

На продажу изотактический полипропилен начали производить в 1956 году на полузаводской установке итальянского нефтехимического комбината «Montekatini» в г. Ферраре, который уже на следующий год (1957 г.) смог ввести в действие большие производственные мощности. Комбинат выпускал полипропилен марки PR/56. В 1959 году фирма «Montekatini» начала производство волокон на основе полипропилена. С тех пор полипропилен стали производить еще несколько заводов — в Порто-Торресе, Бриндизи, Терни и других городах, однако полипропиленовый завод в Ферраре и по сей день остается самым крупным.

В 1962 г. началось промышленное производство пропилена крупнейшими компаниями США, а затем и других капиталистических стран. Полипропиленовые волокна, в последующий период, выпускались под разными торговыми названиями: Найден (Япония), Ульстрен (Великобритания), Геркулон (США) и др.

В России, впервые, полипропилен стали производить в 1965 г. на нефтеперерабатывающем заводе в Москве по отечественной технологии. Вторым стал Казахстан: в 1977 году открылось полипропиленовое производство в городе Гурьеве, но уже по итальянской технологии. В 1982 г. по этой же, знаменитой итальянской, технологии открывается завод и в России, в городе Томске. В 1996 г. на Московском заводе (МНПЗ) введены в действие крупные современные мощности по производству полипропилена. В 1997 г. начался выпуск полипропилена в Уфе. В 2006 г. запущен крупнейший проект в г. Нижнекамске, а в 2007 г. – в г. Буденновске. Число отечественных производителей полипропилена невелико и качество их продукции не уступает качеству полипропилена зарубежных производителей.

За последние десятилетия сохраняется стабильный рост объемов производства полипропилена и растет число промышленных предприятий, специализирующихся на выпуске этого материала. На сегодня полипропилен по объему производства среди термопластов занимает второе место в мире, уступая только полиэтилену.

3. 
   Технология получения
   

В промышленности полипропилен получают полимеризацией пропилена в растворе или массе (блоке) в присутствии комплексного катализатора AlCl₃∙n TiCl₃+Al(C₂H₅)₂Cl. Иногда используют катализаторы на основе соединений ванадия.

Полимеризацию в растворе проводят по периодичной или непрерывной схеме в среде инертного растворителя (Н-гептан, низкооктановые фракции бензина) при 70-80°С и давлении манометра 0,5-1,0 Мн/м² (5-10 кгс/с², что соответствует концентрации манометра

1,5-3 моль/л). После завершения полимеризации в 1 л растворителя содержится 150-300 г полипропилена в виде мелкодисперсного порошка. Из суспензии отмывают чистым растворителем (обычно бензином) атактическую фракцию и фракцию стереоблок полимера, содержание которых обычно не превышает 3-6% (по массе). Из растворителя эти фракции выделяют на ректификационных колонках. Катализатор в аппарате отмывки дезактивируется спиртом (метиловым, этиловым или изопропиленовым). Изотактический полипропилен после отделения растворителя на центрифуге подвергается дополнительной отмывке от остатков катализатора спиртом или водными растворами комплексонов (например трилон Б). Порошкообразный полипропилен сушат в кипящем слое потоком горячего инертного газа, после чего он поступает в бункер, в котором смешивается со стабилизаторами, красителями и наполнителями, а затем гранулируется. Полипропилен выпускается в виде бесцветных или окрашенных гранул.

Не менее распространён способ полимеризации полипропилена в массе. Эту реакцию осуществляют в среде жидкого мономера или конденсированной пропан-пропиленовой смеси при 70-80°С и давлении 2,7-3,0 Мн/м² (27-30 кгс/см²). При полимеризации в массе концентрация мономера примерно в 3 раза выше, чем полимеризации в растворе, в результате чего значительно возрастает скорость реакции, что позволяет уменьшить концентрацию катализатора. Очищают и перерабатывают полипропилен также, как и полипропилен, полученный полимеризацией в растворе. Отсутствие растворителя упрощает выделение полипропилена и его сушку.

Полимеризация полипропилена на комплексных металлорганических катализаторах происходит по анионно-координационному механизму. Координационно-ионная полимеризация – это каталитические процессы образования макромолекул, в которых стадии разрыва связи в мономере предшествует возникновение координационного комплекса между ним и катализатором. Характер и структура комплекса зависят от типа катализатора и строения мономера. Скорость полимеризации пропиленная прямо пропорциональна концентрации мономера, количеству TiCl₃ и почти не зависит от концентрации сокатализатора (алюминийорганические соединения).

На производстве изделия из полипропилена изготавливают с помощью горячей штамповки выдавливанием (тонкие листы, прутки, трубы и простые профили), заливки в форму под давлением, прессованием в пресс-форму и конвейерной формовки (сложные профили) и термоформовки (тонколистый материал).

4. 
   Применение вторичнопереработанного полипропилена
   

Хороший рынок существует для изделий из вторичного полипропилена, получаемых литьём под давлением или экструзией. Источником вторичных материалов являются промышленные отходы, сломанная или изношенная тара, сердцевина прядильных нитей, корпуса автомобильных аккумуляторов и бамперы.

С восстановлением использованной упаковки дело обстоит неважно. Исследование Черчвуда показало, что во всём мире делалось немало попыток восстановления бывшего в употреблении полипропилена, но все они оказались неудачными. Препятствия состоят в следующем:

• 
  низкая доля полипропилена в уличном мусоре (в основном это упаковка от мороженого и бутылки из-под сока);
  
• 
  большое разнообразие сортов полипропилена в потоке отходов;
  
• 
  отсутствие промышленных установок по автоматической сортировке полипропилена;
  
• 
  высокая степень загрязнения остатками пищевых продуктов;
  
• 
  деструкция полипропилена во время переработки;
  
• 
  трудность смещения полимеров с предельной вязкостью (индексом расплава), включая различные сорта полипропилена и примеси полиэтилена;
  
• 
  разброс состава в различных партиях сырья.
  

Тем не менее, испытания, проведённые различными исследователями, что вторичный полипропилен подходит для широкого ряда применений, среди которых:

• 
  изделия, которые в настоящее время производятся из оригинального полипропилена, например, толстостенные цветочные горшки, тара для сбора винограда и т.д.;
  
• 
  изделия, которые в настоящее время производятся из вторичного полипропилена, например, пластмассовые брусья, ящики, паллеты, баки для мусора и т.п.
  

Исследования показали, что основные препятствия для повторной переработки имеют в настоящее время скорее экономический, чем технический характер.

5. 
   Применение в автомобильной промышленности
   

Повторно переработанный полипропилен находит большое применение прежде всего в автомобильной промышленности – для изготовления бамперов, обтекателей, элементов системы кондиционирования воздуха, воздуховодов и клапанов, щитков и приборных панелей.

В начале 1990-х гг. компания Volkswagen в Германии начала работу над проектом по разработке и вторичной переработке совместно с компанией REKO, специализирующейся на этой проблеме. Вторичный полипропилен из бамперов восстанавливался и использовался для приготовления новых. Бамперы из полипропилена от автомобилей FIAT повторно перерабатываются для изготовления воздуховодов приборного щитка и корпусов для воздушных фильтров. Бамперы гранулируются и рекомпаундируются для производства вторичного полипропилена под маркой ReFax^TM. Восстановленный полимер также используется для защиты колёсных арок некоторых моделей FIAT. Французский производитель машин Renault использует для своей модели Megan полипропиленовые бамперы из материала, состоящего на 100% из переработанных бамперов. Австралийская компания Omni Plastics перерабатывает бамперы в полимер для напольных ковриков, используемых в автомобилях компании Toyota.

6. 
   Другие изделия
   

Вторичный полипропилен используется для производства таких изделий, как ящики, тара, пластмассовые брусья и офисные принадлежности, например, скоросшиватели. В опытном производстве, в рамках совместного проекта нефтяной и полимерной отраслей промышленности Австралии, делалась попытка осуществить «почти замкнутый» цикл переработки загрязнённых ёмкостей из-под нефти. Экспериментальные контейнеры, заменяющие сталь, были успешно получены литьём под давлением при содержании 25% загрязнённого нефтью материала.

7. 
   Марки пластмасс на основе полипропилена
   

В зависимости от способа получения, назначения и свойств выпускаются различные марки полипропилена. Каждая марка имеет свой код ОКП.

В обозначении российских марок полипропилена пять цифр, содержащих определенную информацию: первая — давление (2 – низкое, 0 – среднее), при котором происходил процесс синтеза; вторая – вид материала (1 – гомополимер, 2 – блок-сополимер, 3 – стат. сополимер); три остальные – десятикратное значение текучести расплава; через тире – номер рецептуры стабилизации; через запятую – число и цвет рецептуры окрашивания.

Таблица 1

Марки полипропилена, согласно ГОСТ

Полипропилен низкого давления	21003; 21007; 21012; 21015; 21020; 21030; 21060; 21100; 21130; 21180; 21230
Полипропилен среднего давления	01003; 01005; 01010; 01020
Сополимер полипропилена низкого давления	22007; 22015; 22030

---

Но так как основная часть фирм-производителей полипропилена работает по собственному ТУ, то на полимерном рынке можно найти и другие его марки.

Таблица 2

Марки полипропилена

Название	Применение
Полипропилен Бален 01003	Используется для изготовления листов, фитингов, напорных труб, изделий экструзионных и контактирующих с продуктами
Полипропилен Бален 01030	Используется для изготовления игрушек, изделий бытового и технического назначения, а также контактирующих с продуктом
Полипропилен Бален 01130	Используется для изготовления товаров народного потребления, фильерной нити, штапельных волокон, литьевых изделий и изделий, контактирующих с продуктами
Полипропилен Бален 01250	Используется для производства тонкостенных изделий при помощи скоростного литья
Полипропилен ПП 21030-16N	Используется для производства пленки, пленочной нити, бытовых и технических изделий и изделий, контактирующих с продуктами
Полипропилен ПП 21270D	Используется для производства нетканых материалов бытовых и технических изделий сложного профиля
Полипропилен ПП 21007-30Т	Используется для листов, деталей трубопроводов, напорных трубопроводов, изделий экструзионных и контактирующих с продуктами
Полипропилен PPG 1035-08	Используется для изготовления пленочных нитей и текстильных мононитей
Полипропилен PPG 1120-16	Используется для изготовления товаров народного потребления, фильерной нити, штапельных волокон, литьевых изделий и изделий, контактирующих с продуктами
Полипропилен PPG 1250-20	Используется для изготовления игрушек, текстурированных нитей, нетекстурированных нитей, изделий, контактирующих с продуктами, штапельных тонких волокон
Полипропилен 1500J	Используется для изготовления экструзионных и литьевых изделий бытового и технического назначения, для компаундирования
Полипропилен 1365S	Используется для изготовления нетканых полотен, санитарных и медицинских тканей, пеленок, обивки и покрытий для мебели
Полипропилен TPP D30S	Используется для изготовления пленочных нитей, основы для ковров, мешков и шпагата, изделий, контактирующих с продуктами

---

Большая часть современных марок полипропилена – это изотактический полипропилен, производимый на специальных катализаторах в газофазных реакторах или растворе. Благодаря современным катализаторам выпускается до 95 % изотактического полипропилена и только 5 % атактического.

8. 
   Свойства полипропилена
   
   1. 
      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.

2. 
   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 найлона в су­хом состоянии. При применении смазки коэффициент трения полипропилена снижается в меньшей степени, чем в случае най­лона.

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.

3. 
   Молекулярный вес
   

Разные свойства полимера зависят от ве­личины молекулярного веса в различной степени. Так, при меха­нических нагрузках, связанных с малыми деформациями или ма­лыми скоростями деформации, с изменением молекулярного веса (и то лишь у полимеров с низким молекулярным весом) такие свойства полимера, как предел текучести, модуль упругости или твердость, изменяются незначительно. Механические же свойства полимера, связанные с большими деформациями, с изменением мо­лекулярного веса изменяются гораздо сильнее. Например, показа­тели предела прочности при растяжении,

---

относительное удлинение при разрыве, ударная вязкость при изгибе и растяжении с умень­шением молекулярного веса снижаются.

Наибольшее влияние величина молекулярного веса оказывает на вязкость растворов и расплавов полипропилена, так как под действием растворителей или в результате теплового движения цепей происходит настолько значительное уменьшение интенсив­ности межмолекулярного взаимодействия, что каждая макромоле­кула может представлять собой более или менее самостоятельную кинетическую единицу.

4. 
   Диаграмма растяжения
   

Важным показателем, характеризующим механические свой­ства полипропилена, является зависимость удлинения от напряже­ния, которую определяют, подвергая испытуемый образец растя­жению на разрывной машине. При этом испытании под напряже­нием понимают усилие, действующее на единицу площади перво­начального сечения образца

Зависимость относительного удлинения от напряжения для стереоблочного полипропилена принципиально отличается от тако­вой для изотактического полимера. Для достижения значительной деформации в данном случае достаточно небольшого напряжения, величина которого нарастает плавно (без скачков) вплоть до раз­рыва испытуемого образца. После снятия напряжения основная часть деформации быстро исчезает. Подобное поведение типично для каучукоподобных полимеров.

Наконец атактический полипропилен обнаруживает сильную пластическую (т. е. необратимую) деформацию при незначитель­ном напряжении, величина которого почти не изменяется до раз­рушения образца.

Поведение полипропилена обычных марок при испытании на растяжение определяется содержанием кристаллического полимера. С увеличением содержания неизотактических фракций начальный модуль упругости и предел текучести снижаются, относительное удлинение при разрыве, как правило, возрастает, а предел прочности при растяжении несколько падает.

С изменением величины молекулярного веса несколько изме­няется форма кривой «напряжение—относительное удлинение» для полимеров с одинаковой степенью изотактичности. Предел те­кучести с уменьшением молекулярного веса повышается, а относи­тельное удлинение при разрыве снижается, что связано с повыше­нием степени кристалличности.

5. 
   Физико-механические свойства
   

---

Полипропилен имеет самую меньшую из всех видов пластика плотность – 0,9 г/см³, он является достаточно твёрдым, чем объясняется его стойкость к истиранию, и имеет самое большое значение термостойкости (этот материал начинает размягчаться при температуре 140°С и плавится при 170°С), и также он практически не подвержен коррозии. Полипропилен является высокочувствительным к кислороду и свету (понижение чувствительности происходит во время введения стабилизаторов). И, как будет вести себя полипропилен во время растяжения, ещё больше зависит от температуры, а также скорости, с которой прикладывается нагрузка. Чем более низкой будет скорость растяжения данного материала, тем выше будет показатель его механических свойств. При высоких значениях скоростей растяжение, которое разрушает напряжение во время растяжения полипропилена, является существенно более низким, чем его граница текучести во время растяжения.

В таблице 3 представлены физико-механические характеристики полипропилена, и в таблице 4 – физико-механические свойства отдельных марок полипропилена.

Таблица 3

Физико-механические характеристики полипропилена

Плотность, г/см3	0,90-0,91
Разрушающее напряжение при растяжении, кгс/см2	250-400
Относительное удлинение на разрыв, %	200-800
Модуль упругости при изгибе, кгс/см2	6700-11900
Передел текучести при растяжении, кгс/см2	250-350
Относительное удлинение при пределе текучести, %	10-20
Ударная вязкость с надрезом, кгс/см2	33-80
Твёрдость по Бринеллю, кгс/см2	6,0-6,5

Таблица 4

Физико-механические свойства разных марок полипропилена

Показатель/ марка	01П10/002	02П10/003	05П10/020	07П10/080	09П10/200
Насыпная плотность, кг/л, не менее	0,47	0,47	0,47	0,47	0,47
Показатель текучести расплава	0	0,2-0,4	1,2-3,5	5-15	15-25
Относительное удлинение при разрыве, %, не менее	600	500	300	-	-
Предел текучести при разрыве, кгс/см2, не менее	260	280	260	-	-
Стойкость к растрескиванию, ч, не менее	400	400	400	-	-
Характеристическая вязкость в декалине при 135°С, 100 мл/г	-	-		1,5-2,0	0,5-15
Содержание изотактической фракции, не менее	-	-	-	93	93
Содержание атактической фракции, не более	-	-	-	1,0	1,0
Морозостойкость, °С, не выше	-5	-5	-	-	-

---

Смотрите также файлы

• Быстроты реакции c силы мышц d скоростной силы Вопрос 2.docx

• Утверждаю генеральный директор фгуп Альтернатива.doc

• К критериям оценки показателей физического здоровья относятся.docx

• К критериям оценки показателей физического здоровья относятся.docx

• Бренд World Class появился на российском рынке в 1990 году.docx