Полипропилен, его сополимеры и ПП композиты. Часть 8

Ряд методов подпадают под раздел термического анализа. Для характеристики полипропилена одним из наиболее полезных является дифференциальная сканирующая калориметрия (ДСК или DSC). Метод, дающий по существу ту же информацию, хотя данные разработаны на основе несколько иного принципа — это дифференциальный термический анализ (ДТА). В ДСК тепловые переходы регистрируются как функция температуры, которая либо повышается, либо понижается при определенной скорости нагрева или охлаждения. Некоторая полезная информация, полученная при сканировании нагрева методом ДСК, включает температуру плавления, которая принимается за максимум эндотермического пика, и теплоту плавления, определяемую интегрированием площади под эндотермическим пиком. Температура плавления гомополимера полипропилена составляет около +160 °C, тогда как температура плавления обычных статистических сополимеров (рандом-сополимеров) полипропилена составляет около +145 °C. Ударные сополимеры (блок-сополимеры) полипропилена имеют те же температуры плавления, что и гомополимеры, при этом каучуковый компонент не влияет на температуру плавления. Однако ударные сополимеры имеют более низкую теплоту плавления, чем гомополимеры, поскольку теплота плавления связана с долей присутствующего кристаллического полимера. Каучуковая часть в основном некристаллическая и поэтому не плавится.

При охлаждении полипропилена из расплава методом дифференциальной сканирующей калориметрии происходит кристаллизация. Минимум экзотермического пика определяет температуру кристаллизации. Эта температура является показателем того, насколько быстро кристаллизуется полипропилен. Чем выше температура, тем быстрее происходит кристаллизация. Зародышеобразователи, добавленные к полипропилену, увеличивают скорость кристаллизации полипропилена, что приводит к более высокой температуре кристаллизации. Полипропилен кристаллизуется так, что образуются кристаллические структуры, называемые сферолитами. Нуклеация приводит к образованию более мелких сферолитов, чем они могли бы образоваться в противном случае. Это, что важно, приводит к повышенной прозрачности и жесткости, но также придает некоторые, возможно, нежелательные свойства, такие как коробление или хрупкость. Другой важный переход, обнаруживаемый с помощью дифференциальной сканирующей калориметрии — это стеклование. Стеклование — это переход, который аморфные (некристаллические) материалы претерпевают при переходе из жидкого в каучукообразное состояние. В изотактическом полипропилене это трудно обнаружить с помощью DSC, потому что концентрация аморфного полипропилена мала, но обнаружение легко в атактическом материале, температура стеклования находится в районе -15 °C.

Технология суспензионного процесса, местами используемая до сих пор, типична для производственных предприятий, построенных в 1960-х и 1970-х годах. Эта технология предназначена для катализаторов первого и второго поколений. Для этого требовался растворитель, такой как бутан, гептан, гексан или даже более тяжелые изопарафины. Растворитель служил средой для диспергирования полимера, полученного в реакторах, и для растворения большого количества атактических побочных продуктов для удаления ниже по потоку. Использование растворителя также облегчало стадию дезактивации и экстракции (или обеззоливания) катализатора, которая требовала контактирования продукта реактора со спиртом и растворами щелочи. Для материалов, основанных на этой технологии, требовалось большое количество оборудования, много места и сложные планы участков. Они были значительными как по капитальным, так и по эксплуатационным затратам, более трудоемкими и менее энергоэффективными. Кроме того, возникали проблемы с окружающей средой и безопасностью, связанные с обращением больших объемов растворителя и удалением аморфных атактических побочных продуктов, а также большого потока сточных вод, содержащих остаточные компоненты катализатора. С появлением катализаторов третьего и четвертого поколений многие из этих старых шламовых заводов остались жизнеспособными за счет снижения затрат, чему способствовали более высокая активность катализатора и более низкая атактическая продукция. Они также извлекли выгоду из сокращения производственных мощностей и устранения узких мест в технологиях.

Технология суспензионного процесса эволюционировала в более совершенный процесс суспензии в конце 1970-х годов, чтобы сначала использовать преимущества более эффективных катализаторов третьего поколения, а затем даже более совершенных катализаторов четвертого поколения. Усовершенствованные суспензионные процессы обычно называются массовым (суспензионным) процессом или полимеризацией в массе. Одним из существенных изменений по сравнению со старой технологией суспензий была замена жидкого пропилена вместо системы растворителей. Это стало возможным, потому что обеззоливание катализатора и атактическое удаление больше не требовалось для получения приемлемых полипропиленовых смол. За очень немногими исключениями, практически все шламовые заводы, построенные за последние три десятилетия, основывались на технологии именно такого производства. Например, процесс Spheripol компании Montell представляет собой технологию этого типа, в которой используются реакторы с трубчатым контуром, работающие на жидком топливе, с суспензией полипропилена в жидком пропилене. Кроме того, в технологии Spheripol использует реактор с псевдоожиженным слоем после объемных трубчатых петельных реакторов, когда в продукте присутствуют ударные сополимеры. О других особенностях производства полипропилена в следующей части.