Краткое описание технологического процесса

Производство полипропилена методом низкого давления Технологический процесс производства полипропилена во многом сходен с производством полиэтилена низкого давления. Полипропилен имеет более высокую прочность при растяжении, чем полиэтилен, обладает высокой ударной вязкостью. Разрушающее напряжение при растяжении составляет 25−40 МПа, максимальная температура эксплуатации без нагрузки 150 °C, диэлектрическая проницаемость при 50 Гц равна 2,1−2,3. Недостатком пропилена является его низкая морозостойкость (до -30 °С).

Производство полипропилена предусматривает переработку пропилена методом штамповки, литьем под давлением, пневматическим и вакуумным прессованием, его можно сваривать, напылять на металл, ткань, картон. Он легко подвергается механической обработке — на токарных, фрезерных, сверлильных станках. Пропилен применяют для изготовления труб, пленки, синтетического волокна. Это волокно очень прочное, и его применяют для изготовления бытовых и технических тканей, для изготовления канатов. Пленки из пропилена обладают высокой прозрачностью, теплостойкостью, имеют малую газои паропроницаемость. Полипропилен применяют также и для изготовления пористых материалов — пенопластов. Как уже отмечалось, для придания полимерам требуемых технических свойств, часто используют модификацию полимеров. В частности, при хлорировании и фторировании полиэтилена получают полифторхлорэтилен (фторопласт-3). Он характеризуется высокими электроизоляционными свойствами, хорошей химической стойкостью и теплостойкостью, охрупчивается лишь при температуре ниже -120 °С. Фторопласт-3 применяют для изготовления электроизоляционных деталей, работающих при высоких температурах, коррозионностойких труб, мембран и других изделий. К числу модифицированных полимеров относится и политетрафторэтилен (фторопласт-4), обладающий исключительной стойкостью против любых растворителей, низким коэффициентом трения, хорошими электроизоляционными и диэлектрическими свойствами. Рабочие температуры находятся в интервале от -269 до '+260 °С. Такой полимер применяют для изготовления стойких покрытий, пленок, волокон, подшипников не требующих смазки, электротехнических и радиотехнических деталей. Недостатком фторопласта-4 является низкая твердость, склонность к ползучести и отслоения его частиц при контактной нагрузке. Полипропилен — бесцветный, блестящий, термопластичный материал. Способы получения и производства полипропилена аналогичны способам производства изделий из полиэтилена низкого давления. Полипропилен обладает более высокой механической прочностью и более высокой теплостойкостью по сравнению с полиэтиленом. Изделия из полипропилена можно эксплуатировать при температурах до 120° С. Большим преимуществом является его низкая водои газопроницаемость. Химическая стойкость его такая же, что и у полиэтилена. Старение полипропилена замедляют введением в него тех же стабилизаторов, которые добавляют и в полиэтилен. Из полипропилена изготовляют трубы, трубопроводную и водоразборную арматуру, детали сифонов к умывальникам и ваннам.

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:

горение зажигание технологический пожаровзрывоопасный Физико-механические свойства полипропилена.

Физико-механические свойства полипропилена разных марок приведены в таблице:

Физико-механические свойства полипропилена различных марок.

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 60 °C и выше приводит к деструкции полипропилена. В органических растворителях полипропилен при комнатной температуре незначительно набухает. Выше 100 °C он растворяется в ароматических углеводородах, таких, как бензол, толуол. Данные о стойкости полипропилена к воздействию некоторых химических реагентов приведены в таблице.

Химическая стойкость полипропилена.

Вследствие наличия третичных углеродных атомов полипропилен более чувствителен к действию кислорода, особенно при воздействии ультрафиолета и 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 50 °C 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 60єС — менее 2%.

Теплофизические свойства Полипропилен имеет более высокую температуру плавления, чем полиэтилен, и соответственно более высокую температуру разложения. Чистый изотактический полипропилен плавится при 176 °C. Максимальная температура эксплуатации полипропилена 120—140єС. 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 -15єС. 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.

Электрические свойства Показатели электрических свойств полипропилена приведены в таблице:

Электрические свойства полипропилена.

Переработка Формование методами экструзии, вакууми пневмоформования, экструзионно-выдувного, инжекционно-выдувного, инжекционного, компрессионного формования, литье под давлением.

Применение Материал для производства плёнок (особенно упаковочных), мешков, презервативов, тары, труб, деталей технической аппаратуры, предметов домашнего обихода, нетканых материалов и др.; электроизоляционный материал, в строительстве для виброи шумоизоляции 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.

Получение Полипропилен получают путем полимеризации соответственно этилена и пропилена методом низкого давления с использованием в качестве катализатора слабого раствора триэтилалюминия в бензине и циклогексане.

nCH2=CH (CH3) > [-CH2-CH (CH3)-]n.

Международное обозначение — PP.

Параметры, 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/смі. Полипропилен выпускается стабилизированным, окрашенным и неокрашенным.

В результате полимеризации получается механическая смесь (суспензия) мелких частичек полимера с растворителем, так как полипропилен в циклогексане не растворяются. Полученные полимеры в дальнейшем освобождаются от растворителя путем фильтрации, промываются метиловым спиртом и высушиваются. Готовая продукция в виде мелкого порошка насыпается в мешки или предварительно формуется в гранулы, а затем насыпается в мешки. В данной работе рассматривается только процесс полимеризации. Процессы дальнейшей обработки получаемой суспензии не рассматриваются. Технологические процессы полимеризации пропилена приведена на рисунке 1. и дано описание технологического регламента, общего для полимеризации полипропилена.

Рис. 1. Производство полипропилена методом низкого давления

Процесс приготовления катализаторного комплекса.

Процесс полимеризации, как было сказано выше, осуществляется в среде слабого раствора катализатора — триэтилалюминия. Кроме катализатора, используют также слабый раствор сокатализатора — четыреххлористый титан. В качестве растворителя используют смесь бензина и циклогексана в соотношении 2:1 (по объему).

Чтобы реакция полимеризации шла нормально и получаемый полимер удовлетворял необходимым требованиям, концентрация катализатора и сокатализатора должна быть в пределах 0,2−0,3%, а в цех полимеризации эти вещества поступают, имея концентрацию 5%, следовательно, их надо дополнительно разбавлять.

В соответствии с технологической схемой, 5%-ный раствор триэтилалюминия и четыреххлористого титана поступает в мерники 2 и 5 цеха полимеризации и из них в смеситель-разбавитель 1. В смеситель подается необходимое количество бензина по линии 3 и циклогексана по линии 4. Смеситель-растворитель имеет мешалку и рубашку для подогрева до 50%. Размеры аппаратов и режимы их работы приведены в табл. 1. Готовый катализаторный комплекс насосом 25 закачивается в полимеризатор 3.

Рис. 2. Производство полипропилена методом низкого давления. План и разрез цеха.

Процесс полимеризации.

Полимеризация пропилена осуществляется в вертикальном цилиндрическом аппарате. Готовый катализаторный комплекс подают по линии 24 в нижнюю часть полимеризатора, заполняют его и поддерживают все время постоянный уровень жидкости. Газ (пропилен) подают также в нижнюю часть полимеризатора по линии 7. Проходя через раствор катализатора, часть газа полимеризуется, образуя мелкие твердые частички полимера, которые стремятся оседать вниз. Реакция полимеризации сопровождается выделением тепла, избыток которого отводят за счет охлаждения циркулирующего (не вступившего в реакцию) газа. Не вступивший в реакцию газ, нагретый и насыщенный парами растворителя, отводится из верхней части полимеризатора в циркуляционную сеть, состоящую из циклонных отделителей 10, холодильника-конденсатора 11, сепаратора 13 и насосов 14.

В циклонных отделителях 10 от газа отделяются капли растворителей и частички полимера. Растворитель, содержащий полимер, из нижней части отделителей-сепараторов 13 насосами 14 подается снова в полимеризатор. В холодильнике-конденсаторе 11 газ и пары растворителя охлаждаются водой до 40єC. При этом пары растворителей конденсируются. Далее охлажденный газ в смеси с конденсатом проходит циклонный сепаратор 13, освобождается от жидкости и по линии 9 подается на смешение со свежим газом, поступившим в цех по линии 6. Смесь свежего и охлаждённого циркулирующего по линии 7 (как было сказано выше) газа подаётся в полимеризатор. Таким образом, температура в полимеризаторе регулируется изменением количества и температуры циркули-рующего газа.

Образующийся в полимеризаторе 8 полимер в виде взвеси твердых частиц в растворителе (в соотношении 1:10) отводится из нижней части аппарата по линиям 23 в сборник 21. Здесь происходит выделение из жидкости растворенного в ней газа за счет снижения давления в сборнике. Выделившийся этилен для улавливания из него растворителя проходит водяной холодильник 22. Смесь газа и растворителя их холодильника поступает на разделение в сепаратор 16. Газ из сепаратора по линии 15 подается в цех очистки, а жидкая фаза по линии 17 поступает в сборники растворителя. Суспензия, освобожденная от газа, из сборника 21 насосом 20 подается в конечный сборник 19 и из него по линии 18 поступает на дальнейшую обработку.