Полипопилен

ПОЛИПРОПИЛЕН

Ранние попытки полимеризовать пропилен, используя процесс высокого давления, привели к получению только маслянистой жидкости или резиноподобного твердого вещества, не имеющих промышленного значения. Последующие затем работы профессора Натта (Natta) в Италии были направлены на использование катализаторов типа Циглера. Он обнаружил, что если в ката­литической системе Циглера триэтилалюминий + тетрахлорид титана заменить Т1С14 на трихлорид титана, получается стереоспецифический катализатор, который приводит к получению кристаллического высокомолекулярного полимера пропилена. Стереоспецифический катализатор — это катализатор, который контролирует положение каждой мономерной единицы, когда она присоединяется к растущей полимерной цепи, обеспечивая таким образом образование полимера регулярного строения из асим­метричной мономерной единицы, такой как пропилен.

Работа Натта явилась прорывом в полимерной технологии, так как впервые были получены синтетические полимеры с ре­гулярной пространственной структурой. 

Газ под давлением около 10 МПа пропускают в реактор, в котором находится хорошо распределенная дисперсия катали­затора в жидком углеводороде. Температуру поддерживают до­вольно низкой, чтобы обеспечить осаждение образующегося ПП. Перемешивание продолжают до тех пор, пока содержание поли­мера не достигнет 35-40%, тогда суспензию перекачивают в испарительный барабан, в котором непрореагировавший пропилен отделяют и возвращают в процесс. Суспензию центрифугируют для удаления жидкого углеводорода. Удаление катализатора из полимера осуществляют экстрагированием слабым раствором НСI в метиловом спирте. По удалении экстракта полимер промывают водой для удаления кислоты, острым паром — для удаления сле­дов твердого остатка, сушат, экструдируют и гранулируют.

Дальнейшие исследования позволили получать ПП методом газофазной полимеризации. Строение основной структурной единицы ПП приведено ниже:

СН3Н

I    I
—с—с—

I   I

II     И

Она подобна структурной единице ПЭ, в котором один из ато­мов водорода замещен метальной группой.

При полимеризации пропилена без стереоспецифических ка­тализаторов связи образуются случайно, и получается рези-ноподобный или маслянистый полимер, называемый атактическим, со случайным распределением метильных групп по сторонам це­пи.

Регулярный кристаллический полимер, получаемый с помощью стереоспецифического катализатора, известен как изотакти-ческий (название происходит от первоначальных представлений о том, что метальные группы всегда расположены по одну сто­рону полимерной цепи). На самом деле атомы углерода рас­положены в виде спирали с метальными группами снаружи. 

Синдиотактический и стереоблочный полимеры.

Спиральные молекулы изотактической формы регулярного строения могут давать плотную упаковку, в то время как атактические молекулы будут иметь менее упорядоченное рас­положение. Стереоблочные полимеры с редкой инверсией подобны в значительной степени изотактическому полимеру.

Некоторую долю атактического полимера получают и при использовании стереоспецифических каталитических систем; степень изотактичности можно измерить с помощью экстракции атактических молекул н-гексаном, в котором они раство­римы.

Свойства

ПП имеет более низкую плотность, чем ПЭ (0,90 г/см3), он жестче и имеет более высокую температуру размягчения.

ПП пленка может быть получена либо экструзией с раздувом, либо экструзией через плоскую щель с последующим охлаждением на барабане или в водяной ванне.

Оба эти способа используют для изготовления широкого ас­сортимента пленок с различной ориентацией.

С промышленной точки зрения наибольший интерес пред­ставляют методы получения экструзией через плоскую щель пленок, не имеющих ориентации, двухосноориентированных пле­нок с более или менее равномерной ориентацией в продольном и поперечном направлениях и двухосноориентированных пленок с различной ориентацией в продольном и поперечном направле­ниях.

Можно изготавливать также одноосноориентированные пленки, их используют для производства волокон (см. гл. 24). Раз­личные методы получения двухосноориентированных пленок опи­саны в гл. 8.

Поливная пленка. ПП пленка, полученная методом плоско­щелевой экструзии поливом на барабан, имеет хорошую про­зрачность и блеск, но с ростом толщины затрудняется быстрое охлаждение и образуются более крупные сферолиты, которые обусловливают мутность пленки (см. гл. 10). Вот почему с увеличением толщины наблюдается уменьшение прозрачности.

Разрушающее напряжение при растяжении ПП пленок, полу­ченных методом плоскощелевой экструзии, в 2 раза выше, чем для ПЭНП, а сопротивление раздиру в 2 раза ниже. Относи­тельное удлинение при разрыве этих пленок высоко, поэтому они могут быть подвергнуты холодной вытяжке. Одним из не­достатков таких пленок является низкое сопротивление удару при низких температурах (ниже 0°С). Проницаемость этих пленок несколько выше, чем у пленок из ПЭВП, но значительно ниже, чем у пленок из ПЭНП. Химическая стойкость ПП высока, особенно по отношению к маслам и жирам, и превосходит стой­кость ПЭ. ПП не подвергается растрескиванию под действием внешней среды.

Двухосноориентированные пленки. Возможность ориентации пленки в двух направлениях создает широкий спектр свойств.

Пленки с равной ориентацией в двух направлениях имеют прочность при растяжении, примерно одинаковую в продольном и поперечном направлениях и в 4 раза превышающую прочность поливных ПП пленок. Раздир затруднен, но сопротивление са­мому раздиру низкое. Также мало относительное удлинение при разрыве, поскольку достигается почти полная вытяжка мате­риала пленки.

Двухосная ориентация незначительно улучшает блеск и су­щественно снижает мутность, ориентированная пленка имеет значительно большую прозрачность по сравнению с экструди-рованной через плоскую щель.

Двухосная  ориентация  улучшает  также  барьерные  свойства

  

 

ПП пленок и сопротивление удару при низких температурах.

При двухосной ориентации газо- и паропроницаемость сни­жаются, они не так низки, как у целлофана. Однако нанесение покрытий на ориентированный ПП значительно улучшает эти свойства.

Первоначально созданные марки пленок с покрытиями пред­назначались для сварки, так как сильно вытянутые пленки при нагреве усаживаются. Применение полимера с более низкой температурой плавления в качестве покрытия — один из путей решения этой проблемы.

Покрытия на основе акрила, например, не изменяют барьер­ных свойств ориентированных ПП пленок, обеспечивают довольно широкий диапазон температур сварки-в 45 °С, придают блеск и повышают скольжение.

Прочность сварного шва достаточна для того, чтобы ис­пользовать материал на вертикальных упаковочно-расфасовочных автоматах для затаривания небольших количеств продуктов, например сухих завтраков.

Свариваемые покрытия, являющиеся одновременно препят­ствиями для пара и газа, изготавливают из ПВДХ. Существуют несколько типов таких покрытий. Первый имеет довольно ши­рокий диапазон температур сварки (33-45 °С) и улучшенные барьерные свойства по отношению к кислороду. Выпускают пленки с одно- и двухсторонним покрытием. Пленки с одно­сторонним покрытием применяют в качестве подложек при ла­минировании их другими ориентированными пленками, в том числе ПП и целлюлозными, для упаковки сухих завтраков и кондитерских изделий. Пленки с двухсторонним покрытием при­меняют без подложки для изготовления сумок и обертывания картона.

Покрытия второго типа имеют превосходные барьерные свойства по отношению к газам, но более узкую область тем­ператур сварки (28 °С). Благодаря этому их применяют в ка­честве подложек при ламинировании другими пленками, для упаковок с модифицированной атмосферой, например для кофе, мясных полуфабрикатов, натурального сыра.

Пленки третьего типа имеют с одной стороны акриловое по­крытие, с другой — ПВДХ. Они обеспечивают газо- и арома-тонепроницаемость и одновременно могут быть сварены.

Другой путь достижения свариваемости — соэкструзия. Большинство соэкструдированных ориентированных ПП пленок состоит из двух или трех слоев. Основной компонент — слой чисто гомополимера с добавками отходов. Одна или обе стороны основного слоя могут быть покрыты сополимером с большим со­держанием ПП или иономером или слоем ПЭ.

Иономер применяют из-за широкого температурного интервала сварки и стойкости к жирам, а ПЭ, модифицированный ВА, обеспечивает хорошую адгезию при нанесении покрытий, метал­лизации и ламинировании. Некоторые свойства ориентированных ПП пленок с покрытием или соэкструдированных представлены в табл. 2.1.

Высокопрозрачная пленка. Высокопрозрачные раздувные ПП пленки разработаны в качестве альтернативных пленкам из регенерированной целлюлозы (целлофана) для различной упа­ковки, обладающей блеском, высокими прозрачностью и жест­костью. Прочность их не столь высока по сравнению с обычными ориентированными ПП пленками, но это является преимуществом для некоторых розничных упаковок, которые иногда трудно вскрыть.

Процесс получения пленки состоит в экструдировании рукава сверху вниз из вращающейся головки в охлаждающую водяную ванну после короткого (300-500 мм) участка воздушного ох­лаждения. Рукав проходит калибрующее устройство, находящееся ниже поверхности воды.

Кратность раздува очень низкая (менее 1:2). Предпо­чтительнее использование полимеров с более высоким (по сравнению с обычным) содержанием атактической растворимой в гептане фракции.

Матовые ПП пленки. Другая разработка в области ПП пле­нок — матовые ориентированные пленки. Один из типов — газо­наполненные вспененные ориентированные пленки, светорас-сеивающие, из-за меньшей плотности обладающие большей укры-

 

 

вистостыо. В Англии их широко применяют для упаковки кон­дитерских изделий, бисквитов, и они вытесняют стеклотару и фольгу, применяемые для этих целей.

Матовые ориентированные ПП пленки могут быть получены и другими методами. Например, гомополимер ПП смешивают с не­большим количеством мелкозернистых наполнителей, экструди-руют толстый лист, который затем ориентируют как обычно. При этом ПП отрывается от микрочастиц, создавая воздушные пу­зырьки. После термофиксации такие ориентированные ПП пленки подобны микропористым вспененным пленкам.

По другому способу пленочный материал получают как на­полненный без пор, мутность обусловлена содержанием напол­нителя.

В пленке, содержащей воздушные пузырьки, белизна и мут­ность созданы отчасти закапсулированными частицами, но в большей степени мутность вызвана отражением света стенками ПП ячеек и воздухом внутри них. Показатель преломления воз­духа меньше, чем у ПП, что и обуславливает светорассеяние.

Применение

В основном ПП пленки (как поливные, так и двухосноориенти-рованные) используют для упаковки, одноосноориентированную же применяют для получения волокон. Существует область, в которой применение ориентированной ПП пленки возрастает -это ламинирование типографской продукции — карт, диаграмм, обложек журналов и книг в мягком переплете. Для этих целей применяют также ацетат целлюлозы, но ПП дешевле благодаря низкой плотности и обладает стабильностью размеров в усло­виях переменной влажности.

Одним из недостатков ПП пленки является потребность в специальных клеях для обеспечения хорошей адгезии.

Получайте все новости отрасли первыми



Читать далее