Полипропилен получают полимеризацией пропилена в присутствии металлокомплексных катализаторов, например, катализаторов Циглера-Натта (например, смесь TiCl4 и AlR3): nCH2=CH(CH3) → [-CH2-CH(CH3)-]nПараметры, необходимые для получения полипропилена близки к тем, при которых получают полиэтилен низкого давления. При этом, в зависимости от конкретного катализатора, может получаться любой тип полимера или их смеси.
Полипропилен выпускается в виде порошка белого цвета или гранул с насыпной плотностью 0,4-0,5 г/см³. Полипропилен выпускается стабилизированным, окрашенным и неокрашенным.
Молекулярное строение.
По типу молекулярной структуры можно выделить три основных типа: изотактический, синдиотактический и атактический. Изотактический и синдиотактический полипропилены относятся к т.н. стереорегулярным полимерам. Изотактический полипропилен — полимер, в котором метильные группы направлены в одну сторону от воображаемой плоскости основной цепи; синдиотактический — метильные группы строго чередуются; атактический — метильные группы расположены случайным образом.
Физико-механические свойства.
В отличие от полиэтилена, полипропилен менее плотный (плотность 0,90 г/см3, что является наименьшим значением вообще для всех пластмасс), более твёрдый (стоек к истиранию), более термостойкий (начинает размягчаться при 140°C, температура плавления 175°C), почти не подвергается коррозионному растрескиванию. Обладает высокой чувствительностью к свету и кислороду (чувствительность понижается при введении стабилизаторов).
Поведение полипропилена при растяжении ещё в большей степени, чем полиэтилена, зависит от скорости приложения нагрузки и от температуры. Чем ниже скорость растяжения полипропилена, тем выше значение показателей механических свойств. При высоких скоростях растяжения разрушающее напряжение при растяжении полипропилена значительно ниже его предела текучести при растяжении.Показатели основных физико-механических свойств полипропилена приведены в таблице:
Физико-механические свойства полипропилена
Плотность, г/см3
0,90—0,91
Разрушающее напряжение при растяжении, кгс/см2
250—400
Относительное удлинение при разрыве, %
200—800
Модуль упругости при изгибе, кгс/6700—11900
Предел текучести при растяжении, кгс/см2
250—350
Относительно удлинение при пределе текучести, %
10—20
Ударная вязкость с надрезом, кгс·см/см2
33—80
Твердость по Бринеллю, кгс/мм2
6,0—6,5
Физико-механические свойства полипропилена разных марок приведены в таблице:
Физико-механические свойства полипропилена различных марок
Показатели / марка
01П10/002
02П10/003
03П10/005
04П10/010
05П10/020
06П10/040
07П10/080
08П10/080
09П10/200
Насыпная плотность, кг/л, не менее
0,47
0,47
0,47
0,47
0,47
0,47
0,47
0,47
0,47
Показатель текучести расплава, г/10 мин
≤0
0,2—0,4
0,4—0,7
0,7—1,2
1,2—3,5
3—6
5—15
5—15
15—25
Относительное удлинение при разрыве, %, не менее
600
500
400
300
300
-
-
-
-
Предел текучести при разрыве, кгс/см2, не менее
260
280
270
260
260
-
-
-
-
Стойкость к растрескиванию, ч, не менее
400
400
400
400
400
-
-
-
-
Характеристическая вязкость в декалине при 135ºC, 100 мл/г
-
-
-
-
-
2,0—2,4
1,5—2,0
1,5—2,0
0,5—15
Содержание изотактической фракции, не менее
-
-
-
-
-
95
93
95
93
Содержание атактической фракции, не более
-
-
-
-
-
1,0
1,0
1,0
1,0
Морозостойкость, ºC, не выше
-5
-5
-5
-
-
-
-
-
-
Химические свойства.
Полипропилен химически стойкий материал. Заметное воздействие на него оказывают только сильные окислители — хлорсульфоновая кислота, дымящая азотная кислота, галогены, олеум. Концентрированная 58%-ная серная кислота и 30%-ная перекись водорода при комнатной температуре действуют незначительно. Продолжительный контакт с этими реагентами при 60ºC и выше приводит к деструкции полипропилена.
В органических растворителях полипропилен при комнатной температуре незначительно набухает. Выше 100ºC он растворяется в ароматических углеводородах, таких, как бензол, толуол. Данные о стойкости полипропилена к воздействию некоторых химических реагентов приведены в таблице.
Химическая стойкость полипропилена
Среда
Температура, °C
Изменение массы, %
Примечание
Продолжительность выдержки образца в среде реагента 7 суток
Азотная кислота, 50%-ная
70
-0,1
Образец растрескивается
Натр едкий, 40%-ный
70
Незначительное
90
Соляная кислота, конц.
70
+0,3
90
+0,5
Продолжительность выдержки образца в среде реагента 30 суток
Азотная кислота, 94%-ная
20
-0,2
Образец хрупкий
Ацетон
20
+2,0
Бензин
20
+13,2
Бензол
20
+12,5
Едкий натр, 40%-ный
20
Незначительное
Минеральное масло
20
+0,3
Оливковое масло
20
+0,1
Серная кислота,80%-ная
20
Незначительное
Слабое окрашивание
Серная кислота,98%-ная
20
>>
Соляная кислота, конц.
20
+0,2
Трансформаторное масло
20
+0,2
Вследствие наличия третичных углеродных атомов полипропилен более чувствителен к действию кислорода, особенно при повышенных температурах. Этим и объясняется значительно большая склонность полипропилена к старению по сравнению с полиэтиленом. Старение полипропилена протекает с более высокими скоростями и сопровождается резким ухудшением его механических свойств. Поэтому полипропилен применяется только в стабилизированном виде. Стабилизаторы предохраняют полипропилен от разрушения как в процессе переработки, так и во время эксплуатации.
Полипропилен меньше, чем полиэтилен подвержен растрескиванию под воздействием агрессивных сред. Он успешно выдерживает стандартные испытания на растрескивание под напряжением, проводимые в самых разнообразных средах. Стойкость к растрескиванию в 20%-ном водном растворе эмульгатора ОП-7 при 50ºC для полипропилена с показателем текучести расплава 0,5-2,0 г/10 мин, находящегося в напряженном состоянии, более 2000 ч.
Полипропилен — водостойкий материал. Даже после длительного контакта с водой в течение 6 месяцев (при комнатной температуре) водопоглощение полипропилена составляет менее 0,5%, а при 60ºС — менее 2%.
Теплофизические свойства.
Полипропилен имеет более высокую температуру плавления, чем полиэтилен, и соответственно более высокую температуру разложения. Чистый изотактический полипропилен плавится при 176ºC. Максимальна температура эксплуатации полипропилена 120-140ºС. Все изделия из полипропилена выдерживают кипячение, и могут подвергаться стерилизации паром без какого-либо изменения их формы или механических свойств.Превосходя полиэтилен по теплостойкости, полипропилен уступает ему по морозостойкости. Его температура хрупкости (морозостойкости) колеблется от -5 до -15ºС. Морозостойкость можно повысить введением в макромолекулу изотактического полипропилена звеньев этилена (например, при сополимеризации пропилена с этиленом).Показатели основных теплофизических свойств полипропилена приведены в таблице:
Теплофизические свойства полипропилена
Температура плавления, ºC
160—170
Теплостойкость по методу НИИПП, ºC
160
Удельная теплоёмкость (от 20 до 60ºС), кал/(г·ºC)
0,46
Термический коэффициент линейного расширения (от 20 до 100ºC), 1/ºC
1,1·10-4
Температура хрупкости, ºC
От -5 до -15
Электрические свойства.
Показатели электрических свойств полипропилена приведены в таблице:
Электрическая прочность (толщина образца 1 мм), кВ/мм
28—40
Переработка.
Формование методами экструзии, вакуум- и пневмоформования, экструзионно-выдувного, инжекционно-выдувного, инжекционного, компрессионного формования, литье под давлением.
Применение.
Материал для производства плёнок (особенно упаковочных), тары, труб, деталей технической аппаратуры, предметов домашнего обихода, нетканых материалов и др.; электроизоляционный материал, в строительстве для виброшумо изоляции межэтажных перекрытий в системах «плавающий пол». При сополимеризации пропилена с этиленом получают некристаллизующиеся сополимеры, которые проявляют свойства каучука, отличающиеся повышенной химической стойкостью и сопротивлением старению.