Ударопрочный полипропилен - гомогенный термопласт, модифицированный этилен-пропиленовым эластомером. Различают два типа ударопрочного полипропилена (УПП): а) УПП - смесь гомополипропилена и этилен-пропиленового каучука или другого эластомера, б) УПП - блок-сополимер пропилена с этиленом.
Основным методом получения УПП в промышленности служит ионно-координационная полимеризация мономеров на катализаторах Циглера-Натта. Способ проведения полимеризации в растворе. Растворителем служат углеводороды (гептан, бензин). Инертный растворитель растворяет газообразные мономеры (пропилен, этилен), а образующийся полимер выпадает в осадок. Технологический процесс отличается от стандартного производства полипропилена тем, что на заключительной стадии (по достижении степени конверсии пропилена порядка 90%) в реакционную массу (полимеризат) добавляют второй мономер (обычно этилен). При этом на первой стадии при температуре 70-80 °С в присутствии регулятора молекулярной массы (водород) на активных центрах протекает процесс гомополимеризации пропилена с образованием стереорегулярного полимера:
На заключительной стадии после введения в реактор этилена (или смеси этилена с пропиленом) на активных центрах растущих цепей, время жизни (без учета обрыва цепи агентом переноса цепи водородом) которых составляет более одного часа, протекает блок-сополимеризация с образованием эластомерного блока:
Структура блок-сополимера определяется составом мономерной смеси, вводимой на второй стадии процесса. Если по окончании первой стадии весь пропилен удаляют из реактора, что очень сложно из-за хорошей растворимости в среде, и в качестве второго мономера вводят чистый этилен, то получают чисто этиленовый эластомерный блок. При подаче на второй стадии смеси мономеров эластомерный блок представляет собой этилен-пропиленовый статистический сополимер. Соотношение мономеров на второй стадии регулируют так, чтобы получить статистический сополимер постоянного состава и с минимальной температурой стеклования. Этому условию отвечает блок-сополимер, в составе эластомерного блока которого содержится 66% мол. звеньев этилена, что обеспечивает минимум температуры стеклования (-61 °С).
Необходимость регулирования состава мономерной смеси связана с тем, что мономер этилен в сравнении с пропиленом более реакционноспособен в реакции сополимеризации и менее растворим в углеводородной среде.
Блок-сополимер не имеет поперечных сшивок.
В результате завершения второй стадии процесса сополимеризации образуется ударопрочная композиция, матрицей которой служит полипропилен, кристаллизующийся при охлаждении в виде сферолитов вокруг дискретных мелких сферических частиц аморфного эластомера - этиленпропиленового блок-сополимера с примесью гомополимеров этилена и пропилена. Блок-сополимеры, как и привитые сополимеры, концентрируются на границе раздела фаз, действуя как эмульгатор и обеспечивая химическую связь между двумя фазами.
Производство может быть как периодическим, так и непрерывным. Технологическая схема стадии полимеризации непрерывного производства представляет собой видоизмененный стандартный процесс производства гомополипропилена с добавлением на заключительной стадии этилена или этилен-пропиленовой смеси, что приводит к образованию эластичных цепей. Реакторы снабжены мешалками, так как перемешивание способствует контакту мономера с катализатором и интенсифицирует процесс теплообмена реакционной массы с пароводяной рубашкой (Qпп = 1385 кДж/кг, Qпэ = 3450 кДж/кг). В первый реактор подают только пропилен, а во второй реактор добавляют этилен или смесь этилена с пропиленом. При регулировании соотношения этилен:пропилен в реакторе второй стадии процесса могут быть получены различные типы этилен-пропиленовых блок-сополимеров. Подаваемый в реактор гомополимеризации гептан должен быть сухим и обескислороженным. Компоненты катализатора подают раздельно: монохлордиэтилалюминий в виде раствора, а треххлористый титан в виде суспензии в гептане. Ударопрочный полипропилен в общем выпуске полипропилена составляет свыше 40%, отличается не только повышенной ударной прочностью, но также высокой морозостойкостью и хорошими физико-механическими показателями, перерабатывается в изделия автомобильной и радиопромышленности в основном литьем под давлением и экструзией.
Ударопрочный ПВХ
Ударопрочный поливинилхлорид - композиционный термопластичный материал, получаемый непосредственным механическим смешением термопласта ПВХ с эластомером - каучуком в расплаве. Дело в том, что процессы блочной и эмульсионной привитой сополимеризации трудно применимы для введения каучука в полимеры на основе винилхлорида (полимер нерастворим в мономере).
В качестве эластомера для повышения ударной вязкости ПВХ в основном применяют сополимер бутадиена с акрилонитрилом, но возможно использование и других сополимеров (привитой сополимер этилена с винилацетатом, этилен-пропиленовый каучук), а также хлорированного полиэтилена. При этом параметр растворимости эластомера должен быть больше или меньше параметра растворимости ПВХ на 0,4-0,8 (МДж/м3)1/2. Такая разница в параметрах растворимости обеспечивает прочную адгезионную механическую связь между фазами, а также обеспечивает образование тонкой дисперсии эластомера в матрице ПВХ, предотвращая полную совместимость последних.
Строение и химические свойства эластомера определяют структуру полимерной композиции, получаемой механическим смешением. Исходный эластомер должен быть неструктурированным. В процессе же смешения, сопровождаемого термическими и механохимическими окислительными реакциями, некоторые эластомеры, в том числе полибутадиен, подвергаются вулканизации и образуют дискретную фазу. Невулканизующиеся каучуки при смешении с термопластами образуют не дискретные частицы, а большие прослойки. Формирующаяся при этом ламинарная структура повышает хрупкость композиции. Замена полибутадиена, обладающего наиболее низкой температурой стеклования, на сополимер бутадиена с акрилонитрилом является компромиссным решением, обеспечивающим повышенную адгезионную прочность на границе раздела эластомера и матрицы.
Одним из наиболее эффективных способов повышения ударной прочности ПВХ является смешение термопласта с маточными смесями, содержащими привитые эластомеры. В расплав ПВХ добавляют 5-10% маточной смеси АБС и МБС-пластиков, в которых частицы полибутадиена диспергированы в стирол-акрилонитрильной или стирол-метилметакрилатной матрице, совместимой с ПВХ. Матрица такой пластмассы содержит как ПВХ, так и некоторое количество сополимера стирола с акрилонитрилом или с метилметакрилатом, т.е. представляет собой "полимерный сплав".
Процесс прямого смешения (компаундирования) ПВХ с эластомером аппаратурно может быть реализован в экструдере, в смесителе Бенбери, на вальцах.
Ударопрочный поливинилхлорид (смесь ПВХ и нитрильного каучука) обладает комплексом выдающихся свойств и в течение второй половины ХХ века рядом фирм-производителей выпускается в широком марочном ассортименте.
Назад (Ударопрочный полистирол) Далее (Синтетические ионообменные материалы)