Полипропилен: формула и реакция получения

Полипропилен – это очень популярный термопластичный полимер. Его обозначают аббревиатурой ПП (PP). Спектр применения этого материала весьма широк. В этой статье мы уделим внимание разбору формулы полипропилена и реакции его получения.

Оглавление

Полипропилен структурная формула
Полипропилен и формула мономера
Как из пропена получают полипропилен
Получение полипропилена реакция
Технические характеристики
Физические свойства полипропилена
Химические свойства полипропилена
Переработка полипропилена
Сфера применения полипропилена

Полипропилен структурная формула

Полипропилен получают путем полимеризации с ростом цепи из мономера пропилена (пропена).

Формула полипропилена выглядит таким образом: (C3H6)n.

Структурное звено полипропилена записывается так: [-CH2-CH(CH3)-]n

(число n обозначает количество звеньев из мономеров).

Полипропилен и формула мономера

Мономер полипропилена – это пропилен (он же пропен). В его структуре метиловая группа замещает атом водорода.

Существуют три основных вида полимеров на основе используемого мономера:

Изотактический. Соединения полимера в данном случае состоят исключительно из мономеров. Материал отличается высокой упругостью, плотностью. Температура плавления: выше170 градусов.
Атактический. Метиловые группы мономера располагаются хаотично по отношению к углеродной цепочке. Материал характеризуется текучестью как у каучука. Растворяется в эфирах. Температура плавления: выше 80 градусов.
Синдиотактический. Это сополимер блочного типа (блок-сополимер). В его структуре мономеры пропилена чередуются с мономерами этилена.

У всех данных видов одна и та же формула, но различие в пространственном расположении структурных звеньев полипропилена дает существенную разницу в механических, химических и физических свойствах этих материалов.

Как из пропена получают полипропилен

Исторически технология получения полипропилена была разработана Полом Хоганом и Робертом Бэнксом в 1951 году. Позже в 1954 году стереоселективная полимеризация до изотактического полипропилена была разработана двумя химиками: Джулио Натта и Карлом Реном.

Современный промышленный способ производства полипропилена опирается на реакцию полимеризации мономера C3H6 при катализаторе Циглера-Натта. На выходе получается изотактический полипропилен. Преимуществом данного способа является меньший тепловой эффект, что позволяет обойтись в производстве без дополнительного охладительного оборудования. В качестве альтернативного катализатора используют металлоценовые вещества.

Технология состоит из следующих стадий:

Подготовка комплекса катализатора;
Реакция полимеризации полипропилена внутри полимеризатора;
Вывод не вступивших в реакцию мономеров (то, из чего делают полипропилен);
Разложение комплекса катализатора спиртом;
Очистка получившегося полимера, отделение от растворителя;
Просушка в потоке азота;
Обработка полученной продукции.

Схема производства полипропилена

Соотношения компонентов (в масс, ч.):

Пропилен – 100;
Катализатор – [Аl(С2Н5)2Сl :TiCl3=3: 1] – 9;
Бензин – 225;

Получение полипропилена реакция

Полимеризация осуществляется за счет наличия двойной связи, в итоге возникает прочный синтетический полимер. В получившейся макромолекуле [-CH2-CH(CH3)-]n число n обозначает количество звеньев из мономеров. При различных условиях полимеризации функциональная группа CH3 располагается с разных сторон молекулы метиловой группы – от этого зависит свойство получившегося пластика.

Реакция после загрузки компонентов продолжается около семи часов при температуре выше 65 С и давлении 1,0 Мпа. Компоненты смешиваются в пропорции:

Пропилен – 100 частей;
Бензин – 225;
Катализаторный комплекс – 9.

Полипропилен получают из вещества, формула которого CH2=CH(CH3) х n частей, а после изготовления формула превращается в [-CH2-CH(CH3)-]n.

Технические характеристики

Полипропилен считается высокопригодным кристаллическим термопластичным полимером. Его главные технические характеристики – это прочность и износоустойчивость, в сочетании с недорогим процессом производства. За счет хороших физико-химических свойств ПП широко используется в различных отраслях промышленности.

Базовая форма выпуска данного полимера – это порошкообразная или гранулированная форме.

Физические свойства полипропилена

Изотактический полипропилен представляет собой твердый термопластичный полимер с температурой плавления 165-170 °С и плотностью 900-910 кг/м3.

Основные физико-механические свойства полипропилена:

Молекулярная масса: 80 000—200 000;
Разрушающее напряжение при растяжении, Мпа: 245—392;
Относительное удлинение при разрыве, %: 200—800;
Ударная вязкость, кДж/м2: 78,5;
Твердость по Бринеллю, Мпа: 59—64;
Теплостойкость по методу НИИПП, °С: 160;
Максимальная температура эксплуатации (без нагрузки),°С: 150;
Температура хрупкости, °С: От —5 до —15;
Водопоглощение за 24 ч, %: 0,01—0,03;
Удельное объемное электрическое сопротивление, Ом·м: 1014—1015;
Тангенс угла диэлектрических потерь: 0,0002—0,0005;
Диэлектрическая проницаемость при 50 Гц: 2,1—2,3.

Полипропилен имеет более высокую теплостойкость, чем полиэтилены низкой и высокой плотности.

Отдельно стоит упомянуть диэлектрические свойства полипропилена, которые сохраняются в широком интервале температур. Главное, что изделий из ПП не свойственно водопоглащение, а значит и диэлектрические свойства изделий из ПП не изменяются при выдерживании во влажной среде.

Полипропилен меньше, чем полиэтилен, подвержен растрескиванию под воздействием агрессивных сред.

Одним из существенных недостатков полипропилена является его невысокая морозостойкость (-30 °С). В этом отношении он уступает полиэтилену. Полипропилен перерабатывается всеми применяемыми для термопластов способами.

Химические свойства полипропилена

Полипропилен отличается высокой устойчивостью к большинству химических реакций. Он не вступает во взаимодействие с щелочами и кислотами, инертен к искусственным растворителями и не получает от них повреждения.

Полипропилен нерастворим в органических растворителях при комнатной температуре; при нагревании до 80 °С и выше он растворяется в ароматических (бензоле, толуоле), а также хлорированных углеводородах.

Старение стереорегулярного полипропилена протекает аналогично старению полиэтилена.

Переработка полипропилена

Первичный полипропилен перерабатывается пятью различными способами:

экструзия,
литье,
выдув,
ротационное формования,
вспенивание.

Вторичный полипропилен представляет собой измельченные и сортированные отходы из ПП, которые могут перерабатываться методом расплавления для последующего литья или экструзии.

Перерабатываемость полипропиленового материала может быть улучшена с помощью модификации полиизобутиленом (5-10%). В результате повышает гибкость полипропилена и его стойкость к растрескиванию под напряжением. Также подобная модификация снижает хрупкость ПП при низких температурах.

Сфера применения полипропилена

Полипропилен является вторым по распространенности товарным пластиком и уступает только полиэтилену. Производство полипропилена растет из года в год.

Основным положительным качеством полипропилена является низкая стоимость материала и возможность многократной переработки.

Вторичный полипропилен используется в качестве гидро- и теплоизоляционного материала как в виде готовых изделий (панели, плиты, кассеты, блоки), так и в виде полуфабриката (наполняющая основа полых элементов конструкций зданий).

Упаковочные материалы и полипропиленовые волокна

Пленки из полипропилена обладают высокой прозрачностью; они теплостойки, механически прочны и имеют малую газопроницаемость и паропроницаемость.

Полипропиленовое волокно отличается хорошей прочностью. ПП волокна используют для изготовления технических тканей, а также для изготовления веревок, бечевок и канатов. Полипропиленовые волокна также используются в соединении гипсокартона для армирования и стабилизирования размеров материала при высыхании.

Полипропилен применяется для производства пористых материалов – пенопластов, которые в свою очередь идут на изготовление упаковки.

Применение полипропилена в машиностроении и электронике

Полипропилен и его вулканизаты – популярные материалы в сфере машиностроения и электроники. Благодаря такому свойству как повышенная износостойкость ПП стал главным материалом для изготовления комплектующих для бытовой техники. Из полипропилена делают детали салона автомобилей, бампера, амортизаторы.

Использование полипропилена в медицине

Полипропилен широко применяется в медицинской отрасли для изготовления изделий – емкостей, укупорочных изделий, деталей оборудования. Многие пластиковые изделия медицинского или лабораторного назначения могут быть изготовлены из полипропилена, поскольку он выдерживает нагрев в автоклаве.

Товары для детей изготовленные из полипропилена

Товары для детей изготавливаются из полипропилена так как этот материал отличается высокой степенью безопасности при использовании – экологичный, небьющийся, легкий и прочный. Термостойкость полипропилена также позволяет использовать его в качестве материала для изготовления детской посуды, предназначенной для кипячения. Пищевые контейнеры, изготовленные из него, не расплавляются в посудомоечной машине и не плавятся во время промышленных процессов горячего наполнения. По этой причине большинство пластиковых емкостей для молочных продуктов изготавливаются из полипропилена.

Смотрите также по теме «Полипропилен: формула и реакция получения»: