Свойства полипропилена. Реферат свойства полипропилена. Полятинская Р.. Краткие характеристики наиболее важных представителей полимеров полипропилен
Скачать 84.13 Kb.
|
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 Основные сведения 4 История 4 Технология получения 6 Применение вторичнопереработанного полипропилена 8 Применение в автомобильной промышленности 9 Другие изделия 10 Марки пластмасс на основе полипропилена 10 Свойства полипропилена 13 Взаимосвязь структуры и свойств 13 Поверхностные свойства 14 Молекулярный вес 14 Диаграмма растяжения 15 Физико-механические свойства 16 Химические свойства 18 Теплофизические свойства 20 Электрические свойства 21 Оптические свойства 21 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. 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 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. 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 Применение вторичнопереработанного полипропилена 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. 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. Применение в автомобильной промышленности Другие изделия Марки пластмасс на основе полипропилена
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
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. Свойства полипропилена 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. 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. 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. 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. 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
Таблица 4 Физико-механические свойства разных марок полипропилена
Химические свойства Полипропилен является материалом, обладающим химической устойчивостью. Но он может подвергаться лишь воздействию таких сильных окислителей, как азотная и хлорсульфоновая кислоты. Другим окислителям полипропилен почти не подвергается, например, серная кислота при своей концентрации 58% и 30% перекись водорода при комнатной температуре не оказывает сильного воздействия на него. Деструкция полипропилена может произойти лишь после длительного контакта с этими веществами при температуре 60°С. Данный материал является водостойким материалом (вплоть до температуры 130°С), а также некоторые марки могут контактировать с пищевыми продуктами, использоваться для изготовления товаров и упаковки, например лента полипропиленовая, а так же используемых в медико-биологической отрасли. В растворителях органического типа данный материал в условиях комнатной температуры немного набухает. При температуре, превышающей 100ºC, полипропилен растворяется в ароматических углеводородах, вроде толуола и бензола. Информация о стойкости данного материала к воздействию отдельных химических реагентов можно увидеть в таблице 5. Таблица 5 Стойкость полипропилена к воздействию отдельных химических реагентов
Теплофизические свойства Чистый полипропилен изотактического типа начинает плавиться при температуре 176ºC. Наибольшая температура использования пропилена составляет от 120ºС до 140ºС. Все полипропиленовые изделия могут выдержать кипячения, и способны подвергаться паровой стерилизации, причем их механические свойства или форма не изменяется. Показатели главных полипропиленовых теплофизических свойств размещены в таблице 6. Таблица 6 Теплофизические свойства полипропилена
Электрические свойства Таблица 7.4 Электрические свойства полипропилена
Полипропилен, подобно большинству синтетических полимеров, является прекрасным диэлектриком. Благодаря ничтожному водопоглощению его электроизоляционные свойства практически не изменяются даже после длительной выдержки в воде. Поведение полипропилена как диэлектрика в переменном электрическом поле во многом сходно с поведением полимера при воздействии на него динамической механической нагрузки. Индуцированные диполи звеньев цепей ориентируются по мгновенному направлению поля, в большей или меньшей степени отставая при этом от возбуждающей силы. Диэлектрическая проницпемость полипропилена почти не зависит от частоты поля и температуры. Различие между значениями диэлектрической проницаемости изотактического (e =2,28) и атактического (e =2,16) полимеров не настолько велико, чтобы по этому показателю можно было, например, оценивать содержание атактических фракций в полипропилене. Оптические свойства Степень прозрачности изделий из полипропилена определяется прежде всего размером сферолитов, на которых происходит рассеяние света. Если удается воспрепятствовать образованию крупных сферолитов путем быстрого охлаждения тонкой пленки, то получается прозрачное изделие, которое даже в поляризационном микроскопе не обнаруживает двойного лучепреломления, типичного для сферолитной структуры. Чем меньше скорость охлаждения — а она при плохой теплопроводности полипропилена в значительной степени зависит также и от толщины изделия, — тем крупнее сферолиты и ниже прозрачность изделия. На прозрачность оказывают влияние и другие факторы, от которых зависят размеры сферолитов, в частности величина молекулярного веса и стереоизомерный состав полипропилена. Термическая деструкция Для правильного применения полипропилена в различных областях очень важно знать процессы его деструкции. При термической деструкции полипропилена в инертной атмосфере или вакууме снижается молекулярный вес и образуются летучие продукты. Снижение молекулярного веса полимера зависит от температуры и продолжительности пиролиза. Скорость образования летучих продуктов также является функцией температуры. Скорость термической деструкции полипропилена не зависит от его молекулярного веса . В процессе деструкции уменьшается кристалличность полипропилена. В отличие от других полимеров, например политетрафторэтилена или полиметилметакрилата, при пиролизе полипропилена получается лишь незначительное количество мономерного продукта, что объясняется низкой энергией активации изомеризации макрорадикала, образовавшегося при термической деструкции. Так, при превращении 50% полимера в газообразные продукты при 387°С образуется всего лишь 0,2% мономера. Газообразные продукты состоят в основном из 2-метилпропена-1, пентена-1 и пентена-2. При разложении неразветвленного полипропилена газообразные продукты образуются гораздо быстрее, чем в случае полипропилена разветвленного строения. Заключение В заключении хотелось бы добавить, что в течение последних десятилетий ведущие фирмы Европы, США и Японии, производящие химическое волокно, проявляют всё больший интерес к полипропиленовому волокну, так как возможность его широкого развития производства определяется изысканием путей рационального использования для технических целей и для производства товаров народного потребления. Список использованных источников: Вольфсон, С. И. Ударопрочные композиции, получаемые компаундированием полипропилена с эластомерами и наполнителями : монография / С. И. Вольфсон. — Казань : КНИТУ, 2018. — 84 с. Артеменко, А. И. Органическая химия для строительных специальностей вузов : учебник / А. И. Артеменко. — 8-е изд., испр. — Санкт-Петербург : Лань, 2022. — 560 с. Ровкина, Н. М. Химия и технология полимеров. Технологические расчеты в синтезе полимеров. Сборник примеров и задач : учебное пособие / Н. М. Ровкина, А. А. Ляпков. — Санкт-Петербург : Лань, 2019. — 168 с. Земсков, Ю. П. Материаловедение : учебное пособие / Ю. П. Земсков. — Санкт-Петербург : Лань, 2022. — 188 с. Карпов, К. А. Технологическое прогнозирование развития производств нефтегазохимического комплекса : учебник / К. А. Карпов. — Санкт-Петербург : Лань, 2022. — 492 с. Семчиков, Ю. Д. Введение в химию полимеров : учебное пособие / Ю. Д. Семчиков, С. Ф. Жильцов, С. Д. Зайцев. — 2-е изд., стер. — Санкт-Петербург : Лань, 2022. — 224 с. Адаменко, Н. А. Свойства полимерных материалов : учебное пособие / Н. А. Адаменко, Г. В. Агафонова. — Волгоград : ВолгГТУ, 2018. — 96 с. Основы химической технологии : учебно-методическое пособие / под общей редакцией Г. И. Остапенко. — Тольятти : ТГУ, 2018. — 387 с. Потехин, В. М. Основы теории химических процессов технологии органических веществ и нефтепереработки : учебник / В. М. Потехин, В. В. Потехин. — 3-е изд., испр. и доп. — Санкт-Петербург : Лань, 2022. — 896 с. Семенова, Е. В. Классификация и свойства основных классов органических веществ : учебное пособие / Е. В. Семенова. — Воронеж : ВИВТ, 2021. — 401 с. |