Polüpropüleengraanulite keemia ja omadused

Aug 16, 2026 Jäta sõnum

Polüpropüleen (PP) sünteesitakse propüleenmonomeerist kontrollitud temperatuuril ja rõhul, kasutades metallorgaanilisi stereospetsiifilisi katalüsaatoreid (Ziegler-Natta tüüpi), nagu δ-TiCl3-(C2H5)2AlCl või TiCl3-(tõhususega (C205–9)3Al3 polüpropüleen ühe grammi TiCl3 kohta). Sõltuvalt kasutatavast katalüsaatorist ja polümerisatsiooniprotsessist on saadud polümeeril kolm erinevat tüüpi stereokeemilist struktuuri erinevates vahekordades: isotaktiline, sündiotaktiline ja ataktiline. Isotaktilise polüpropüleeni -kõige levinum kaubanduslik vorm-asuvad metüülrühmad polümeeri karkassi samale küljele – selline konfiguratsioon hõlbustab kristalliseerumist. Isotaktilise vormi kristallilisus tagab suurepärase lahusti- ja kuumakindluse. Viimase kümnendi jooksul välja töötatud katalüsaatoritehnoloogiad on minimeerinud mitte-isotaktiliste isomeeride moodustumise, kõrvaldades seeläbi vajaduse eraldada väikese väärtusega ataktilisi komponente ja lihtsustanud tootmisetappe. Polüpropüleeni tootmiseks on kaks peamist protsessi: gaasifaasiprotsess ja vedela propüleeni lobriprotsess. Lisaks jäävad tööle mõned vanemad läga töötlemise tehased, kasutades reaktsioonikeskkonnana vedelat küllastunud süsivesinikku.


Võrdluseks, nii suure{0}}kui ka madala{1}tihedusega polüetüleenidel on suhteliselt kõrge tihedus, oluliselt madalam sulamistemperatuur ja madalam paindemoodul (st jäikus). Need erinevused omadustes toovad kaasa selged lõppkasutus{5}}rakendused. Jäikus ja lihtne orienteerumine muudavad polüpropüleeni homopolümeerid sobivaks erinevate kiudude ja venitatud lintide valmistamiseks, samas kui nende suurepärane kuumakindlus võimaldab neid kasutada jäikades kõrgsurveanumates, seadmetes ja vormitud autokomponentides.


Peamised tegurid, mis mõjutavad polüpropüleeni homopolümeeride töötlemisomadusi ja füüsikalisi omadusi, hõlmavad molekulmassi (tavaliselt väljendatakse sulamisvoolu kiirusena), molekulmassi jaotust (MWD), stereospetsiifilisust ja lisaaineid. Polüpropüleeni keskmine molekulmass jääb vahemikku ligikaudu 200 000 kuni 600 000. Molekulmassi jaotust väljendatakse tavaliselt polümeeri massi{5}}keskmise molekulmassi ($M_w$) ja selle arvu{7}}keskmise molekulmassi ($M_n$) suhtena; seda suhet nimetatakse polüdisperssuse indeksiks.


Polümeeri molekulmassi jaotus mõjutab oluliselt selle töödeldavust ja lõppkasutuse{0}}jõudlust. Selle põhjuseks on asjaolu, et sula polüpropüleen on nihkele-tundlik-, mis tähendab, et selle näiv viskoossus väheneb, kui surve suureneb. Laia molekulmassi jaotusega polüpropüleen on nihkele{5}}tundlikum kui kitsa jaotusega polüpropüleen; järelikult on laia levikuga materjale survevalu ajal lihtsam töödelda. Teatud spetsiifilised rakendused, eriti kiud, nõuavad kitsast molekulmassi jaotust. Molekulmassi jaotust mõjutavad nii katalüsaatorisüsteem kui ka polümerisatsiooniprotsess. Peroksiide kasutatakse tavaliselt reaktorijärgses -ekstrusioonifaasis keemilise lagunemise (kontrollitud lõhenemise) esilekutsumiseks, ahendades seeläbi molekulmassi jaotust. Seda protsessi nimetatakse kontrollitud reoloogiaks (CR).


Võrreldes polüetüleeniga on isotaktilisel polüpropüleenil-oma ainulaadse molekulaarstruktuuri ja spiraalse kristallilise vormi tõttu-molekulaarahelad, mis on valguse ja kuumuse põhjustatud oksüdatiivse lagunemise suhtes vastuvõtlikumad. Tüüpilistes töötlemis- ja lõppkasutustingimustes toimub polüpropüleen juhuslik ahela katkemine, mille tulemusena väheneb molekulmass ja suureneb sulamiskiirus. Kõik kaubandusliku kvaliteediga -polüpropüleenid sisaldavad stabilisaatoreid, mis kaitsevad materjali töötlemise ajal ja tagavad rahuldava lõppkasutuse. Spetsiaalsed rakendused nõuavad lisaks antioksüdantidele ja UV-stabilisaatoritele täiendavaid lisandeid; Näiteks lisatakse kile koostistele määrdeaineid ja -blokeerimisvastaseid aineid, et vähendada hõõrdetegurit ja vältida kile enda külge kleepumist. Antistaatilisi aineid lisatakse pakkematerjalidele staatiliste laengute kõrvaldamiseks, tuuma moodustavaid aineid aga läbipaistvuse suurendamiseks või vormimistsüklite lühendamiseks. Homopolümeervaigud klassifitseeritakse üldiselt sulamisvoolu kiiruse ja lõppkasutuse järgi. Sulamisvoolu kiirus määratakse nii keskmise molekulmassi kui ka molekulmassi jaotuse järgi. Kuigi mõned spetsiaalsed rakendused nõuavad sulamisvoolu kiirust kuni 400 dg/min, jäävad standardsed kaubanduslikud homopolümeerid tavaliselt vahemikku 0,5–50 dg/min. Sulamisvoolu kiirus on tavaliselt töötlemisomaduste määramisel peamine tegur.