Список тематических статей

Полипропилен

Понятие и общие сведения

Полипропилен (ПП, PP) – один из самых широко применяемых полимеров в мире (находится на втором месте после полиэтилена). Он обладает хорошим внешним видом, электроизоляционными характеристиками, стойкостью к химикатам, водостойкостью и т.д, а также отлично перерабатывается в изделия в широком технологическом диапазоне температур. Полипропилен относится к классу полиолефинов.

ПП синтезируют из пропилена (пропена), который является вторым в ряду ненасыщенных алифатических углеводородов после этилена и представляет собой бесцветный горючий газ. Полимеризацию проводят по радикальному механизму в массе или в растворе. Реакция проходит в присутствии катализаторов Циглера-Натта по схеме, изображенной на рис.1.

Рис 1. Реакция синтеза ПП

После получения полипропилен проходит сушку, смешение со стабилизаторами, при необходимости с пигментами, а и затем его подвергают грануляции. Обычно полипропилены выпускаются в форме гранул округлой формы диаметром 2-5 мм. Существует несколько подклассов полипропилена, обладающих одним химическим составом, но разными пространственными структурами: изотактический, синдиотактический, атактический. Каждый вид ПП обладает своими уникальными физическо-механическими и химическими характеристиками.

Полипропилен на сегодняшний день выпускается под брендами Бален, Sibex, Липол, Новолен, Туркменплен, Hostalen, Moplen, Seetec, а также существуют многочисленные марки, в которых материал называется просто PP. Производство полипропиленов в больших объемах существует как в России и СНГ (выпускают СИБУР, Лукойл, Роснефть, Нижнекамскнефтехим, Туркменбашинский НПЗ, УзКор Кемикал, Socar и т.д.), так и практически во всех ведущих мировых нефтехимических компаниях.

В последние годы полипропилен стал широко применяться не в виде гомополимера, хотя объемы его производства по-прежнему колоссальные, а в виде рандом- и блок-сополимеров с этиленом. Введение этиленовых звеньев позволяет придать полипропилену большой спектр полезных свойств, которые гомополимер не имеет, например улучшить его прочностные данные, расширить диапазон температур эксплуатации.

Свойства

Основные характеристики полипропиленов:

- плотность 900-930 кг/куб.м (для атактического полимера ниже), самая низкая для пластмасс;

- линейная усадка около 1,5-2,0 процентов;

- кристаллизующийся полимер со степенью кристалличности до 75 процентов;

- температура стеклования около -10 градусов С;

- температура плавления около 170 градусов С;

- температура деструкции около 300 градусов С;

- ПТР (индекс текучести расплава) по ГОСТ Т=230 градусов, груз 2,16 кг, в зависимости от марки от 0,2 до 75 г/10 мин;

- хорошие экономические показатели.

Химические свойства:

- хорошая водостойкость при температуре ниже 130 градусов С;

- хорошая стойкость к агрессивным химикатам, в т.ч. кислотам (кроме самых сильных) и щелочам;

- некоторые марки сертифицированы для контакта с пищей;

- некоторые марки сертифицированы как медицинские.

Физическо-механические характеристики:

- полипропилен гомополимер хрупкий при отрицательной температуре и легко разрушается в случае механического воздействия;

- сополимеры с этиленом более эластичны, в том числе на морозе;

- слабая теплопроводность около 0,15 Вт/(м*К);

- хорошая прозрачность в виде тонкой пленки, для сополимеров справедливо и для более толстостенных изделий;

- теплостойкость по Вика 95-1100С;

- хорошая ударная вязкость и износостойкость.

Эксплуатационные свойства:

- максимальная температура использования 120-140 градусов С;

- окисление в присутствии кислорода при Т более 100 градусов С;

- хороший электроизолятор.

Доказана экологичность полипропилена и его безопасность для человека и живых организмов ввиду полной химической инертности. Ввиду этого полипропилены широко применяется при производстве изделий, контактирующих с пищевыми продуктами и водой.

Виды и марочный ассортимент

Каждый описанный ранее вид полимера подразделяется на многочисленные марки и группы по методам переработки: экструзионный, выдувной, литьевой и т.п. Кроме того, производится огромный ассортимент компаундов и наполненных марок полипропиленов. Главные его виды и наиболее распространенные марки ПП и его сополимеров представлены ниже.

1. Гомополимер пропилена (PP homopolymer, PP HO, PPHP, PPH), изотактический полипропилен;

2. ПП блок сополимер (PP block-copolymer, PP impact copolymer, PP CO, PPCP);  

3. Полипропилен стат или рандом сополимер (PP random copolymer);  

4. Прочие более редко используемые виды чистого полимера: атактический, синдиотактический, металлоценовый, сшитый и т.д.   

5. Наполненные марки полипропиленов: стеклонаполненные, минералонаполненные, ДПК, прочие.

6. Термоэластопласты или эластомеры на базе ПП (смесевые, вулканизированные, «реакторные»).

Помимо отношения к тому или иному типу, любая марка полимера включает данные о его текучести, которые определяют его применимость к методам переработки. Например «Бален 01003» означает, что показатель текучести марки 0,3 г/10 мин, что обуславливает применение марки в экструзии. О таком полипропилене говорят, что это – «трубная марка». Аналогичный ПП того же производителя «Бален 01270» имеет ПТР около 27 г/10 мин, что однозначно говорит о возможности использования для литья под давлением. Зарубежные и современные отечественные марки полипропиленов не содержат данные о текучести в своем названии, тем не менее, значение ПТР строго регламентируется для каждой из них.

Переработка

Полипропилен можно перерабатывать всеми основными методами, это один из самых не капризных с точки зрения переработки пластиков. Для производства из него изделий не требуется использования специализированного иди нестандартного оборудования. Достаточно применять стандартизированные машины и оснастку.

Экструзией из полипропилена получают трубы различного назначения, листы, сотовый ПП и другие профили, пленки. Самый высокотехнологичный из этих процессов является получение биаксиально-ориентированной полипропиленовой (БОПП) пленки. Суть процесса сводится к тому, что после выхода из экструдера пленка растягивается сначала в продольном направлении, а потом в поперечном. Причем степень вытяжки по обеим осям может достигать десяти и более раз. БОПП пленки применяются сейчас повсеместно, но больше всего они подходят для упаковки пищевых продуктов, в том числе скоропортящихся. Существует окрашенная, металлизированная, ламинированная и т.д. полипропиленовая пленка.

Рис.2. Линия по выпуску БОПП

Литьем под давлением из ПП и его модификаций получают товары для буквально всех отраслей: автомобильные и строительные детали, упаковочные материалы, товары для дома и сада, детские товары, некоторые конструкционные изделия и т.д. Литье производится на стандартных термопластавтоматах и охлаждаемых пресс-формах. Полипропилену подходят и специальные виды литья – с использованием би- и многокомпонентной оснастки, ротационных машин, вспенивателей (порофоров), литья с газом, каскадного литья, сэндвич-технологии и т.д.  

Полипропилен перерабатывают и прочими методами. Экструзией и инжекцией с раздувом выпускают емкости, бочки и бутылки. Пневмо- и вакуумформованием из экструдированных листов получают одноразовую посуду, стаканы, упаковку. Некоторые марки полипропилена подходят для ротационного формования. Его можно достаточно легко сваривать, штамповать и т.п. Для окраски изделий применяются специально разработанные марки суперконцентратов пигментов, имеющие полипропилен в виде матрицы, однако в большинстве случаев для окраски в массе подходят универсальные, сделанных на базе низкомолекулярного ПЭ или сэвилена.

Применение

Легкий, прочный и относительно дешевый материал пришелся по душе разным отраслям и вызвал бурный рост потребления полимеров. Мало того, полипропилен является удачной альтернативой более дорогим и сложным пластмассам во многих областях применения. Он вытесняет некогда более популярные ПВХ, АБС-пластик, полистирол и прочие полимерные материалы. Не так давно ПП обогнал ПВХ по мировому потреблению.

Полипропилен в больших количествах потребляется для производства упаковки. Помимо описанных ранее и имеющих превосходные эксплуатационные данные полипропиленовых пленок, из него с недавних пор производят множество видов полимерной тары. Бутылки, банки, канистры, контейнеры для упаковки химикатов, другие емкости и укупорочные средства приходят на замену и становятся выгоднее таких же полиэтиленовых.

Широко применяется полипропилен в машиностроении, автопроме и строительной индустрии. Из него изготавливают на сегодняшний день почти все детали экстерьера автомобилей (используя специальные ударопрочные компаунды), многочисленные компоненты бытовой техники и электроники, большую часть повседневных товаров для дома. Кухонная утварь, товары для гаража, сада, ванной комнаты, набирающие популярность ящики для хранения – всё это изготавливается из полипропиленов. Столь необходимые на сегодняшний день многочисленные баки для раздельного сбора мусора – также.

Рис.3. Ящики для хранения – современное применение ПП в литье

Полипропилен уже достаточно широко применяется и в медицине. Основное его преимущество помимо низкой стоимости – стойкость к высоким температурам. Полипропиленовые детали хорошо стерилизуются, выдерживают кипячение и обработку паром. Всем известны одноразовые полипропиленовые шприцы, ингаляторы, катетеры и т.п. Немаловажный факт для медицинского применения – экологическая безопасность ПП.

То же самое можно сказать об использовании полимера для выпуска товаров для детей, в том числе самых маленьких. Посуда, игрушки, товары для ванной, корпуса различных приспособлений и большое разнообразие другой детской продукции производится благодаря полипропилену.

Мировое и российское производство ПП (а также выпуск в постсоветских странах) постоянно растет. И всем этим миллионам тонн находится применение. Низкая цена и высокая экологичность способствуют тому, что полипропилен отвоевывает доли рынков у не таких технологичных и менее безопасных материалов. Появление с каждым годом новых модификаций и полипропиленовых компаундов делают сферу его применения еще шире.