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.
4.3 Выделение и очистка
| Компоненты | Объемн. % | Выход на сырье, вес. % |
| Водород | 14,2 | 0,7 |
| Метан | 23,8 | 9,6 |
| Этилен | 34,9 | 24,6 |
| Этан Пропилен Пропан | 4,213,9 0.8 | 3,114,8 3,9 |
| Бутадиен | 3,1 | 4,2 |
| Бутилен | 5,0 | 6,9 |
| Бутан | 0,1 | 0,2 |
| Итого | 100,0 | 65,0 |
Разделение газов пиролиза целесообразно осуществлять при повышенном давлении. Перед разделением газ сжимают компрессорами в четыре-пять ступеней и очищают в щелочных промывных аппаратах от кислых примесей. Затем из газа удаляют соединения ацетилена (путем селективного гидрирования на специальном катализаторе или промывкой диметилформамидом) и подвергают его осушке с помощью различных адсорбентов.
Предварительно очищенный от вредных примесей газ разделяют на фракцию С3, содержащую углеводороды с двумя углеродными атомами (этан+этилен), фракцию С3 (пропан+пропилен), фракцию C4 и т. д.
В промышленности для выделения пропилена из пиролизного газа чаще всего применяется метод ректификации, являющийся в технико-экономическом отношении наиболее выгодным.
Анализ
Для производства полипропилена требуется пропилен высокой степени чистоты. Содержание таких примесей, как ацетиленовые и сернистые соединения, кислород, окись и двуокись углерода, не должно превышать сотых и тысячных долей процента.
Удовлетворительным считается пропилен следующего состава (в объемн. ч. на 1 млн.):
Сера 10
Вода 10
Пропадиен 20
Кислород 10
Окись углерода 10
Карбонилсульфид 10
Ацетилен 5
Этан + пропан 2000
Для определения отдельных компонентов применяют следующие методы аналитического контроля.
Сера. Общую серу определяют сжиганием навески в аппарате Wickbolda с последующим переводом образовавшегося сернистого ангидрида в серный ангидрид и далее в серную кислоту. Последнюю от-титровывают хлористым барием в присутствии торина в качестве индикатора или же определяют, фотометрически по реакции с хлоранилатом бария .
Ацетилен. Метод определения основан на образовании растворимых комплексных соединений ацетиленидов серебра в концентрированных растворах серебряных солей—азотнокислой, хлорно-кислой, фтористой и кремнефтористоводородной .
Вода. Содержание влаги в пропилене определяют в основном двумя методами: титрованием реактивом Фишера и кулонометрическим методом . Первый способ довольно сложен, а его точность относительно невысока. Правда, его можно усовершенствовать, в таком случае точность анализа составит ±2 ч. на 1 млн. Кулонометрический метод экспериментально очень прост и вместе с тем очень точен. Он основан на электролизе влаги, уловленной из потока анализируемого газа или пара гигроскопической пленкой, например фосфорной кислотой,между двумя платиновыми электродами.
Окись углерода. Используются хроматографические методы .шализа (в качестве адсорбента применяют активированный уголь, а в качестве газа-носителя—водород) или инфракрасная спектроскопия,
Пропадиен. Наиболее совершенным методом определения считается хроматографический, причем в качестве насадки разделительной колонки можно использовать силикат магния, диэтилформамид и другие вещества. Предельная концентрация пропадиена в пропилене определяется чувствительностью метода анализа.
Кислород. Наиболее известны три метода. Первый основан на взаимодействии кислорода с водородом на твердом катализаторе , причем за ходом реакции следят с помощью двух термопар, одна из которых расположена в протекающем газе, а вторая— в каталитическом пространстве. Они соединены по способу встречною включения, так что замеряется разность температур. Точность анализа достигает 10 ч. на 1 млн., она зависит от активности катализатора в течение всего процесса.
4.4 Свойства полипропилена
Пропилен СН2=СН—СН3 (молекулярный вес 42,081) при обычных условиях—бесцветный газ со слабым характерным запахом.
С воздухом пропилен образует взрывоопасные смеси, нижний предел взрываемости которых равен 2,0 , а верхний— 11,1 объемн.%.
| Критические константы: температура, °С | 91,9 |
| давление, кгс/см2 | 45,4 |
| плотность, г/мл | 0,2330,233 |
| Температура кипения при 760 мм рт: ст., °С Температура плавления при 760 мм рт. ст., °С Температура воспламенения, °С | -47,7 -185,25 -107,8 |
| Температура самовоспламенения в смеси с воздухом, °С | 458 |
| Удельная теплоемкость Ср, ккал/(кг • град) | 0,363/25 |
| Теплота испарения при температуре кипения, ккал/кг Теплота сгорания газа при 25° С до жидкой Н2О и С02, ккaл/мoль | 104,62 491,99 |
| Теплота образования газа DН0298, ккал/моль Коэффициент теплопроводности, ккал/(см • сек • град) | 4,879 3,33. 10-5 |
В концентрации до 4000 ч. на 1 млн. пропилен физиологически безвреден. Оказывает слабонаркотическое действие, несколько более сильное, чем действие этилена. При концентрации 15 объемн. % пропилен вызывает потерю сознания спустя 30 мин, 24%—спустя 3 мин и 35—40% —через 20 сек .
Для пропилена в качестве средства огнетушения применяют двуокись углерода.
4.4.1 Механические свойства
При оценке практической пригодности полипропилена для той или иной цели первостепенное значение приобретают его механические свойства. Очевидно, что полимер с низким модулем упругости, т. е. с малой жесткостью, нельзя рекомендовать для изготовления технических деталей, подвергающихся большим механическим нагрузкам, и, наоборот, полимер с большой жесткостью оказывается непригодным там, где материал должен обладать свойством поглощать колебания с относительно высокой амплитудой.
Механические свойства полипропилена определяются его структурным составом. Атактическая фракция в чистом виде обладает свойствами аморфно-жидких полимеров, изотактическая — свойствами высококристаллических полимеров, а механические свойства стереоблокполимера занимают промежуточное положение. Промышленный иолииропилеи состоит в основном из макромолекул изотактического строения, чем и обусловлены его высокие механические характеристики.
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 атактнческий 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 мо-дуль 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.
4.4.2 Диэлектрические свойства
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.