Хімічні властивості та методи дослідження поліпропілену

Хімічні властивості та методи дослідження поліпропілену

ЗМІСТ

Вступ

Розділ 1. Огляд літератури

1.1 Хімічний склад та будова поліпропілену

.2 Способи добування поліпропілену

.3 Способи переробки поліпропілену

Розділ 2. Хімічні властивості та методи дослідження поліпропілену

.1 Хімічні властивості поліпропілену

2.2 Визначення масової частки хлору в поліпропілені (ГОСТ 26996-86)

.3 Визначення відхилення масової частки термостабілізатора ірганокса 1010 від вказаної у рецептурі (ГОСТ 26996-86)

Розділ 3. Фізичні властивості та методи дослідження поліпропілена

.1 Фізичний стан поліпропілену

.2  Фізико-механічні властивості виробів із поліпропілену

3.3 Метод №4 прискорених випробувань на корозійну агресивність (ГОСТ 9.902-81)

3.4 Визначення стійкості поліпропілену та сополімерів прополену до термоокислювального старіння (ГОСТ 26996-86)

Висновки

Список використаних джерел

ВСТУП

Поліпропілен - синтетичний термопластичний полімер, який належить до класу поліолефінів. На сьогоднішній день, цей матеріал на слуху майже у кожного пересічного громадянина. Область використання поліпропілена досить широка. Зараз неможливо уявити жодної сфери діяльності, де б не застосовувались вироби з поліпропілена. За своїми властивостями та темпами розвитку виробництва, поліпропілен посідає чи не найперше місце в світі серед полімерів. Його по праву можна назвати королем полімерів.

За будовою та властивостями поліпропілен схожий на поліетилен, і належить до поліолефінів (синтетичні полімери <#"731921.files/image001.gif">

Рис. 2. Схема виготовлення виробів литтям під тиском:

- рухлива частина форми;

- нерухлива частина форми;

- торпеда ливарної машини;

- нагрівальні елементи;

- плунжер ливарної машини;

- сопло;

- завантажувальний бункер;

- гідравлічний тиск

Екструзія - (шприцювання, видавлювання) по принципу дії схожий з литтям під тиском. Твердий полімер (у вигляді порошку або гранул) надходить в екструдер (рис. 3), розігрівається в циліндрі і у вигляді в’язкої маси безперервно видавлюється шнеком через сопло, яке має різні профілі. При проходженні через сопло на виході з нього матеріал охолоджується і твердіє у вигляді профільних виробів.

Рис. 3. Схема роботи екструдера (шнекмашини): 1 - завантажувальний бункер; 2 - циліндр машини; 3 - нагрівальні елементи; 4 - формувальна головка; 5 - шнек; 6 - ґратка (сітка); 7 - сопло

2. ХІМІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ ТА МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕННЯ ПОЛІПРОПІЛЕНУ

2.1 Хімічні властивості поліпропілену

Поліпропілен хімічно стійкий матеріал. Безбарвна речовина; густина (при температурі 20°С) 920-930 кг/м3, tпл 172°С. Помітний вплив на нього чинять тільки сильні окислювачі - хлорсульфонова кислота, що димить азотна кислота, галогени, олеум. Концентрована 58%-ва сірчана кислота і 30%-вий перекис водню при кімнатній температурі діють незначно. Тривалий контакт з цими реагентами при 60°C і вище призводить до деструкції поліпропілену.

В органічних розчинниках поліпропілен при кімнатній температурі незначно набухає. Вище 100°C він розчиняється в ароматичних вуглеводнях, таких, як бензол, толуол.

Внаслідок наявності третинних вуглецевих атомів поліпропілен більш чутливий до дії кисню, особливо при дії ультрафіолету і підвищених температурах. Цим і пояснюється значно більша схильність поліпропілену до старіння в порівнянні з поліетиленом. Старіння поліпропілену протікає з більш високими швидкостями і супроводжується різким погіршенням його механічних властивостей. Тому поліпропілен застосовується тільки в стабілізованому вигляді. Стабілізатори зберігають поліпропілен від руйнування як в процесі переробки, так і під час експлуатації. Поліпропілен менш ніж поліетилен схильний до розтріскування під впливом агресивних середовищ. Він успішно витримує стандартні випробування на розтріскування під напругою, що проводяться в найрізноманітніших середовищах. Стійкість до розтріскування в 20%-му водному розчині емульгатора ОП-7 при 50°C для поліпропілену з показником текучості розплаву 0,5-2,0 г/10 хв, що знаходиться в напруженому стані, більше 2000 ч.

Поліпропілен - водостійкий матеріал. Навіть після тривалого контакту з водою протягом 6 місяців (при кімнатній температурі) водопоглинання поліпропілену складає менше 0,5%, а при 60 º С - менше 2%.

Поліпропілен завдяки своїй парафіновій структурі володіє високою стійкістю до дії різних хімічних реагентів, навіть у високих концентраціях. При нормальній температурі ізотактичний поліпропілен дуже добре протидіє органічним розчинникам, навіть при тривалому перебуванню в них. Однак любе порушення правильності структури ланцюга, що проявляється в зменшенні ступеня кристалічності поліпропілена, викликає зниження стійкості до розчинників. Цю особливість поліпропілена Натта використав для визначення складу в ньому атактичної, стереоблочної та ізотактичної структур. Спирти, кетони, складні та прості ефіри мають відносно малу схожість з парафіновим ланцюгом і в зв’язку з цим не здатні сольватувати ланцюги міцно зв’язані в кристалічних ділянках. Однак вони в більшому чи меншому ступені можуть визивати набухання або навіть розчинення атактичних структур, особливо при високих температурах.

Вуглеводні завдяки великій схожості з поліпропіленом розчиняють атактичні фракції вже при нормальній температурі. Цікаве відхилення від такої закономірності виявляють скраплені пропан та пропілен, розчинна здатність яких в області температур від -10 до -20°С вища, ніж при нормальній температурі. По мірі підвищення температури розчинна здатність вищих вуглеводнів та їх хлорпохідних зростає, так що ними можна екстрагувати і частково кристалічні стереоблокполімери. Найбільш ефективними розчинниками являються ароматичні та гідроароматичні вуглеводні, в яких при підвищених температурах розчинюється ізотактичний поліпропілен.

З атмосферних впливів самим сильним виявляється дія кисню,

Активована сонячним промінням.

Таблиця 2.2.1 Хімічна стійкість поліпропілену

2.2 Визначення масової частки хлору в поліпропілені (ГОСТ 26996-86)

Метод заснований на спалюванні зразка поліпропілену з сумішшю «Ешке» з подальшим титруванням хлор-йонів азотнокислим сріблом.

Апаратура і реактиви

pH-метр типу pH-121, pH-340.

Електрод ЕВЛ-1МЗ.

Електрод ЕСС-01.

Мікробюретка - ГОСТ 20292-74.

Піч муфельна з температурним діапазоном (650+/-50)°C.

Тиглі № 4 та 5 - ГОСТ 9147-80.

Ексикатор ГОСТ 25336-82.

Циліндр мірний з носиком 100 см3 - ГОСТ 1770-74.

Склянка В-1 - 150 ТС - ГОСТ 25336-82.

Срібло азотнокисле (розчин 0,01 моль/дм3) - ГОСТ 1277-75.

Суміш «Ешке» (дві частини окису магнію та одна частина калію-натрію вуглекислого).

Калій азотнокислий (насичений розчин) - ГОСТ 4144-79.

Кислота оцтова (льодяна) - ГОСТ 18270-72.

Ксилол - ГОСТ 9949-76.

Проведення випробування

В тигель №5 поміщують (1,0 ± 0,1) г суміші «Ешке» та (5,0 ± 0,1) г гранульованого поліпропілену,. Потім полімер засипають ще (2,0 ± 0,1) г сумішшю «Ешке» і закривають перевернутим тиглем № 4. В простір між стінками тиглів засипають (2,0 ± 0,1) г суміші «Ешке». Тигель з поліпропіленом і сумішшю «Ешке» поміщують у холодну муфельну піч, протягом години підвищують температуру зі швидкістю (10 ± 2)оС на хвилину до (650 ± 50)оС та витримують 45 хвилин. Потім тигель охолоджують в ексикаторі.

Вміст тигля розчиняють при нагріванні в 100 см3 льодяної оцтової кислоти, кількість переносять у склянку 150 см3 і титрують потенціометрично розчином азотнокислого срібла концентрації 0,001 моль/дм3.

Електродом порівняння слугує ЕВЛ-1МЗ, індикаторним - ЕСС-01.

Після кожного титрування електроди промивають ксилолом.

Обробка результатів

Масову долю хлору (Х10) у % вираховують за формулою

Х10=

де V1 - об’єм розчину азотнокислого срібла;

V2 - об’єм розчину азотнокислого срібла контрольної проби;

k - поправляючий коефіцієнт розчину азотнокислого срібла;

,000355 - маса хлору;

m - маса навіски полімеру.

Середнє квадратичне відхилення результату вимірювань при масовій долі хлору в поліпропілені 0,002-0,008% складає 0,0004%. Чутливість методу 0,0005%.

2.3 Визначення відхилення масової частки термостабілізатора ірганокса 1010 від вказаної у рецептурі (ГОСТ 26996-86)

Метод заснований на визначенні оптичної щільності зразка поліпропілену при довжині хвилі 275 нм і масовій частці ірганокса 1010 (фенозана 23) в поліпропілені 0,1-0,5%. Інші домішки, окрім стеарата кальцію, заважають проведенню аналізу.

Апаратура і матеріали

Спектрофотометр типу СФ-26.

Лабораторний прес будь-якого типу (температура пресування 210-220оС і тиск 7-10 МПа).

Індикатор 1МІГ, 1МІГП, 2МІГ або 2МІГП - ГОСТ 9696-82.

Фольга алюмінієва з товщиною (0,075±0,025) мм - ГОСТ 618-73.

Проведення випробувань

Знімають спектр плівки з області довжин хвиль 250-310 нм. Оптичну щільність визначають методом базисної лінії в максимумі поглинання при довжині хвилі 275 нм (рис. 4).

Рис. 4 УФ-спектр поліпропілену, що містить термостабілізатор ірганокс 1010

Обробка результатів

Відхилення масової частки ірганокса 1010 (фенозана 23) (Х7) у % від указаної в рецептурі вираховують за формулою

де 25 - коефіцієнт, % · мм;

D275 - оптична щільність при довжині хвилі 275 нм;

l -товщина плівки в мм;

С - масова частка ірганокса 1010 (фенозана 23) по рецептурі, %.

поліпропілен термоокислювальний старіння корозійний

3. ФІЗИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ ТА МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕННЯ ПОЛІПРОПІЛЕНУ

3.1 Фізичний стан поліпропілена

Тверді термопласти (поліпропілен) з високою ступінню впорядкованості структури при поступовому нагріванні (під невеликим механічним навантаженням) поблизу температури їх плавлення починають м’якшати і деформуватись, а потім переходити в розплавлений (в’язкотекучий) стан.

Високоеластичний стан лінійних розгалужених полімерів пов'язаний з гнучкістю ланцюгових молекул. Тіла у високоеластичному стані сильно деформуються (навіть на сотні відсотків) і цим відрізняються від звичайних твердих (склоподібних або кристалічних) тіл. При підвищенні температури до температури текучості (Тт) поліпропілен поступово переходить з високоеластичного стану у в’язкотекучий, котре зазвичай і використовується при формуванні виробів.

У технічному відношенні найбільш важливий і перспективний ізотактичний поліпропілен. В залежності від типу і співвідношення присутніх стереоізомерів властивості поліпропілену змінюються в широкому діапазоні. Від молекулярної структури полімерів залежить здатність їх переробки тими чи іншими методами, які в свою чергу в значній мірі зумовлюють властивості готових виробів.

3.2 Фізико-механічні властивості виробів із поліпропілена

По фізико-механічним властивостям (при температурі 20˚С) полімери умовно ділять на жорсткі, напівжорсткі, м’які. Поліпропілен вважається напівжорстким полімером. Твердий пружній матеріал, який має кристалічну структуру, середній рівень пружності характеризується відносно високим загальним і залишковим видовженням при розтягуванні. Однак залишкове видовження оборотне і, як правило, при нагріванні зникає.

В готових виробах полімер знаходиться в кристалічному стані, що й забезпечує міцність і збереження форми.

На відміну від поліетилену, поліпропілен менш щільний (щільність 0,91г/см3, що являється найменшим значенням в цілому для всіх пластмас), більш твердий (стійкий до стирання), більш термостійкий (починає м’якшати при 140°C, температура плавлення 175°C), майже не піддається корозійному розтріскуванню. Володіє високою чутливістю до світла та кисню (чутливість знижується при введенні стабілізаторів).

Поведінка поліпропілена при розтяжінні залежить від швидкості прикладення навантаження та від температури. Чим нижче швидкість розтяжіння поліпропілена, тим вище значення покажчиків механічних властивостей. При високих швидкостях розтяжіння руйнівна напруга при розтяжінні поліпропілена, значно нижче його межі текучості при розтяжінні.

Таблиця 3.2.1 Покажчики основних фізико-механічних властивостей поліпропілена

Таблиця 3.2.2 Покажчики основних фізико-механічних властивостей поліпропілена різних марок

3.3 Метод №4 прискорених випробувань на корозійну агресивність (ГОСТ 9.902-81)

Сутність методу заклечається в поперемінному впливі на зразки підвищеної відносності вологи повітря и підвищеної температури.

Апаратура

Камера кліматична забезпечуюча підтримку температури в робочому об’ємі:

до 145°C з похибкою ± 1°C,

від 150 до 249°C з похибкою ± 2°C,

від 250 до 400°C з похибкою ± 3°C,

Ексикатор - ГОСТ 25336-82

Проведення випробувань

Цикл випробувань витримку збірок при температурі від 15 до 30°C і відносною вологістю повітря (95 ±3)% протягом 6,5 та 0,5 діб при запропонованій максимальній температурі експлуатації або 60°C

Дві збірки полімерного матеріалу з металом і дві контрольні збірки поміщують окремо в кліматичні камери при температурі від 15 до 30°C і відносною вологістю повітря (95 ±3)% протягом 6,5 діб.

Потім одну збірку полімерного матеріалу з металом поміщують в термостат при запропонованій максимальній температурі, другу - в термостат при температурі 60 °C

Контрольні збірки поміщають в два інших термостата за таких самих умов.

Збірки витримують 0,5 діб

Проводять вісім циклів випробувань

Обробка результатів

Оцінку корозійних руйнацій металевих зразків проводять згідно з ГОСТ 9.908-85 або ГОСТ 9.076-77

Висновки про корозійну агресивність полімерного матеріалу роблять на основі порівняння корозійних руйнацій металевих зразків контактуючих та не контактуючих з полімерним матеріалом в процесі випробувань.

Полімерний матеріал не вважають корозійно-агресивним по відношенню до даного металу у випадку, якщо на металевих зразках, випробуваних у контакті з полімерним матеріалом, корозії не виявлено або присутній слабкий відбиток армую чого матеріалу.

3.4 Визначення стійкості поліпропілену та сополімерів пропілену до термоокислювального старіння (ГОСТ 26996-86)

Метод заснований на окисненні зразків полімеру до руйнування у повітряному середовищі при температурі 150°C.

Апаратура, матеріали, реактиви

Сушильна шафа ШС-3 з об’ємом камери 25 дм3.

Підставка для зразків (ГОСТ 21631-76).

Етиловий спирт (ГОСТ 18300-72).

Проведення випробувань

Стійкість до термоокислювального старіння визначають на зразках розміром (50 ± 1)Х(15 ± 1)Х(1,0 ± 0,1)мм. Для кожного випробування беруть не менш трьох зразків, протирають спиртом, вставляють в підставки на відстані 20 мм один від одного та поміщають в сушильну шафу. Температуру в шафі підтримують (150 ± 2)°C і вимірюють один раз на годину на відстані 2 см над полицею шафи.

Стабілізовані зразки оглядають щоденно в один і той час та фіксують початок їх руйнації по виявленню п’ятен іншого кольору або шорсткості. Зразки з ознаками руйнації видаляють із шафи.

Обробка результатів

За результат випробування приймають середній час до початку руйнації усіх зразків, за округлення до цілого десятка годин. Відштовхування від середнього часу до руйнації окремих зразків ± 10%.

Середнє квадратичне відхилення результату випробувань в інтервалі 200 - 1 000 годин складає 40 годин.

ВИСНОВКИ

У висновках можна підвести підсумки даної курсової роботи.

Отже, поліпропілен синтетичний полімер, продукт полімеризації пропілену, Безбарвна речовина; густина (при температурі 20°С) 920-930 кг/м3, tпл 172°С. Характеризується високою ударною міцністю, стійкістю до багаторазових згинань, зносостійкістю, низькою паро- й газопроникністю, високими діелектричними показниками. Має досить складну молекулярну структуру, так як крім хімічного складу мономера, середньої молекулярної маси і молекулярного розподілу на його структуру великий вплив має просторове розташування бічних груп по відношенню до головного ланцюга. Поліпропілен не розчиняється в органічних розчинниках, стійкий до діяння киплячої води і лугів; руйнується під дією азотної та сірчаної кислот, хромової суміші; відзначається низькою термо- і світлостійкістю. На даний момент займає лідируючу позицію в більшості сфер використання полімерних матеріалів. Поліпропілен володіє цінними властивостями для його різностороннього використання в різних галузях починаючи будівництвом і закінчуючи харчовою промисловістю.

СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ

1.       Кутянин Г.И. «Пластические массы и бытовые химические товары» Учебник для студентов вузов, обуч. по спец. 1732 (Товароведение и орг. торговли непрод. товарами). 2-е изд., перераб. - М.: Экономика, 1988;

2.       Писаренко А.П., Хавин З.Я. «Курс органической химии» : учебник для студ. нехим. спец. вузов / 4-е изд., перераб. и доп . - М. : Высш. шк., 1985;

.        ГОСТ 26996-86 «Полипропилен и сополимеры пропилена»;

.        ГОСТ 9.902-81 «Единая система защиты от коррозии и старения. Материалы полимерные. Методы ускоренных испытаний на коррозионную агрессивность»;

.        ГОСТ 14236-81 «Полимерные пленки»;