Список тематических статей

Окисление атактического полипропилена: бизнес на отходах

Полипропилен образовывается путем полимеризации пропилена (при металлокомплексных катализаторах).

Полипропилен: свойства
- химическая стойкость;
- незначительное набухание полипропилена в растворителях (органических) при комнатной температуре;
- при температуре выше температуры кипения - растворяется в бензоле, толуоле (химических веществ ароматических углеводородах);

АПП (атактический полипропилен) является термопластичным аморфным материалом. Это побочный продукт полипропиленового производства. Фактически, это отход производства.

Атактический полипропилен является побочным продуктом полипропиленовых производств. В настоящее время отечественные производители полипропилена утилизируют этот продукт. Между тем данный материал может с успехом применяться в различных сферах. Окисление позволяет заметно улучшить свойства атактического полипропилена.

АПП – отходы полипропиленовых производств

Атактический полипропилен является попутным продуктом, при производстве полипропилена (фактически отходом производства). Его основное отличие от изотактического состоит в том,  метильные группы в его структуре располагаются случайным образом в данной плоскости или выходят за нее.
Атактический изомер – мягкий, эластичный и каучукободобный материал, однако по своим свойствам он хуже, чем синтетический и натуральный каучук. Его обычно отделяют от изотактического и считают отходом производства, что значительно повышает цену оставшегося изотактического полимера. В настоящее время лишь один из четырех отечественных производителей полипропилена – «Томскнефтехим», - хоть как-то пытается найти применение атактическому полипропилену, остальные – утилизируют.

Окисление АПП

Среди полиолефинов АПП является наиболее реакционноспособным полимером, который легко поддается химической модификации. Химически модифицированный АПП имеет уникальное строение, свойства и особые области использования, что предполагает высокорентабельное производство. Значительно повысить физико-химические свойства атактического полипропилена, тем самым, превратив данный полимер из отходов в один из востребованных видов сырья, можно путем окисления. С точки зрения технологического оформления это достаточно простое и дешевое производство.

Окисленный атактический полипропилен (ОАПП) является полифункциональной добавкой, улучшающей вязкостные, смазывающие, антиоксидантные свойства. Окисление АПП повышает насыпную плотность полимера, что снижает транспортные расходы и упрощает использование АПП в композициях.

ОАПП представляет собой аморфный термопластичный материал, проявляющий повышенные адгезионные свойства из-за наличия в структуре макромолекулы полярных карбонильных, гидроксильных функциональных групп и двойных углерод-углеродных связей. Для получения ОАПП проводят окисление расплава атактического полипропилена (АПП) молекулярной массы 20000–40000 кислородом воздуха при температуре 180–250 °С в течение 1–6 часов и расходе воздуха 0.6–1.9 л/(минЧкг). Установка для получения ОАПП по непрерывной технологической схеме синтеза, установленная в Томске, содержит три последовательно соединенных реактора барботажного типа при соотношении высоты реактора к его диаметру в пределах 2.0–5.0 и устройство для подачи воздуха, снабженное диспергирующей насадкой с прорезями по периметру нижней кромки с соотношением диаметра насадки к диаметру реактора 0.25–0.50. Насадка на конце барботера выполняет три функции одновременно: равномерно распределяет и диспергирует воздух в реакционной массе; перемешивает реакционную массу за счет архимедовой подъемной силы, поднимающей газожидкостную смесь с меньшей плотностью вверх реактора, и предохраняет ее от локальных перегревов у стенок реактора; защищает переливы между реакторами от забивки кусками не расплавившегося полимера, которые имеют большую плавучесть в газожидкостной реакционной массе. При несоблюдении указанных соотношений возрастает размер выходящих пузырьков воздуха из диспергатора – более 5 мм, что снижает эффективность использования кислорода в реакции, ухудшает перемешивание реакционной массы и уменьшает рабочий объем реакционной зоны, т.е. приводит к снижению производительности установки. Каждый колонный реактор снабжен электронагревателем, термопарой и регулятором температуры.

Свойства АПП до и после окисления

Непрерывный технологический процесс получения ОАПП включает следующие стадии:
– прием, подготовка сырья и загрузка его в реактор окисления;
– получение расплава АПП, заполнение им всех трех реакторов и
нагрев расплава до заданной температуры в пределах 180–
250 °С;
– окисление расплава АПП путем барботирования кислорода
воздуха и непрерывная загрузка в реактор исходного АПП;
– фасовка ОАПП, взвешивание и маркировка продукции,
размещение готовой продукции на складе временного хранения;
– периодический слив конденсата низкомолекулярных продуктов
деструкции для хранения и дальнейшего использования.

Синтезируемый окисленный атактический полипропилен с полярными функциональными группами имеет общую формулу:

Указанное среднестатистическое количественное содержание звеньев в макромолекуле является не целочисленным, а дробным, т.к. рассчитано для полимеров с широким молекулярно-массовым распределением.

Области применения ОАПП

Окисленный атактический полипропилен (ОАПП) используется для приготовления битумно-полимерных вяжущих материалов;

• строительных мастик для аэродромов;
• антикоррозионных грунтовок, покрытий и шпатлевок; водостойких и антиобледенительных составов;
• полимер-полимерных и полимер-минеральных композиций;
• клеев для липких лент и клеев-расплавов, используемых в строительстве; в нефтехимической промышленности в качестве многофункциональных присадок к смазочным маслам и дизельному топливу;
• а также в резинотехнической промышленности в качестве ингредиента резиновых смесей. Антикоррозионные составы на основе битумов и ОАПП особенно эффективно защищают поверхность стальных нефте- и газопроводов.

Рыночные перспективы

Модифицирование битумов является одним из основных направлений рационального использования окисленного АПП. В 2006 году для модификации битума было использовано более 16 тыс.тонн АПП и СБС модификаторов. СБС (стирол-бутадиен-стирол) является наиболее близким заменителем АПП. В России данную продукцию производит лишь «Воронежкаучук» (композиция ДСТ-30Р-01). В мае 2007 года отпускная стоимость данной продукции составляла 72 руб. за килограмм. Кроме того, надо учитывать, что более 3 тыс.тонн СБС модификаторов для битумов завозится из-за рубежа. Стоимость наиболее популярных на российском рынке марок - Kraton® D1101K и Finaprene 409, составляет  75-76 руб. за килограмм. Более того, в 2006 году было импортировано 700 тонн АПП.

В настоящее время мощности по производству полипропилена, установленные в России, составляют 630 тыс.тонн. Учитывая, что в среднем доля атактического полипропилена на отечественных производствах составляет 2-3%, можно рассчитать, что в качестве отходов утилизируется более 15 тыс.тонн АПП. Если продать данный объем хотя бы за половину стоимости модификатора СБС, то объем дохода составит 540 млн.руб. в год.

На данный момент лишь «Томскнефтехим» договорился с двумя производителями битумных материалов о поставках атактического полипропилена. Остальные отечественные производители полипропилена, не найдя применения данному сырью, утилизируют его. Между тем организация производства по окислению АПП может не только решить проблему утилизации, но и стать направлением бизнеса, приносящим доход. Надо полагать, что данное производство будет интересно, прежде всего, в тех регионах, где располагаются производители полипропилена.