Полипропилен

Химические свойства

Пропилен обладает широким набором химических свойств, которые определяются наличием двойной углерод-углеродной связи. Прежде всего, пропилен склонен к реакциям присоединения с разрывом π-связи. Эти превращения часто протекают по гетеролитическому типу и относятся к реакциями электрофильного присоединения.

Реакции присоединения

Пропилен вступает в реакцию с водородом в присутствии типичных катализаторов гидрирования, например никеля или платины.

CH3CH=CH2+H2→NiCH3CH2CH3{\displaystyle {\mathsf {CH_{3}CH\!\!=\!\!CH_{2}+H_{2}{\xrightarrow{Ni}}CH_{3}CH_{2}CH_{3}}}}

Пропилен реагирует с галогеноводородами и серной кислотой, давая продукт присоединения по двойной связи (галогенпропан или изопропилсульфат). Пропилен является несимметричным алкеном, поэтому при присоединении этих реагентов он может давать два изомерных продукта, из которых (согласно правилу Марковникова) преобладает более замещённый галогенид или эфир.

CH3CH=CH2+HCl→CH3CHClCH3(+CH3CH2CH2Cl){\displaystyle {\mathsf {CH_{3}CH\!\!=\!\!CH_{2}+HCl\rightarrow CH_{3}CHClCH_{3}(+CH_{3}CH_{2}CH_{2}Cl)}}}

По аналогичной схеме в присутствии кислотного катализатора пропилен реагирует с водой, давая изопропиловый спирт.

CH3CH=CH2+H2O→H+CH3CH(OH)CH3(+CH3CH2CH2OH){\displaystyle {\mathsf {CH_{3}CH\!\!=\!\!CH_{2}+H_{2}O{\xrightarrow{H^{+}}}CH_{3}CH(OH)CH_{3}(+CH_{3}CH_{2}CH_{2}OH)}}}

Пропилен быстро реагирует с галогенами, давая дигалогениды. Быстрее всего в реакцию вступает фтор (со взрывом), медленно реагирует иод. В присутствии посторонних нуклеофилов, кроме дигалогенидов, могут получаться также продукты сопряжённого присоединения.

CH3CH=CH2+Cl2→CH3CHClCH2Cl{\displaystyle {\mathsf {CH_{3}CH\!\!=\!\!CH_{2}+Cl_{2}\rightarrow CH_{3}CHClCH_{2}Cl}}}

CH3CH=CH2+Cl2→H2OCH3CH(OH)CH2Cl{\displaystyle {\mathsf {CH_{3}CH\!\!=\!\!CH_{2}+Cl_{2}{\xrightarrow{H_{2}O}}CH_{3}CH(OH)CH_{2}Cl}}}

Пропилен вступает в реакции оксосинтеза, образуя масляный и изомасляный альдегиды, а при повышенной температуре — соответствующие им спирты (бутиловый спирт и изобутиловый спирт).

CH3CH=CH2+CO+H2→CoCH3CH2CH2CHO+(CH3)2CHCHO{\displaystyle {\mathsf {CH_{3}CH\!\!=\!\!CH_{2}+CO+H_{2}{\xrightarrow{Co}}CH_{3}CH_{2}CH_{2}CHO+(CH_{3})_{2}CHCHO}}}

Реакции окисления

Для пропилена характерен ряд реакций окисления. При взаимодействии с раствором перманганата калия в слабощелочной среде он превращается в пропиленгликоль. Оксид хрома(VI) расщепляет алкены по двойной связи с образованием кетонов и карбоновых кислот. Аналогичному расщеплению пропилен подвергается в условиях реакции озонолиза.

CH3CH=CH2→KMnO4,H2OCH3CH(OH)CH2OH{\displaystyle {\mathsf {CH_{3}CH\!\!=\!\!CH_{2}{\xrightarrow{KMnO_{4},H_{2}O}}CH_{3}CH(OH)CH_{2}OH}}}

При взаимодействии с надкислотами пропилен даёт оксид пропилена. Аналогичная реакция протекает и с кислородом воздуха в присутствии серебряного катализатора.

Реакции полимеризации

Пропилен вводят в радикальную полимеризацию, получая атактический полипропилен высокого давления, имеющий нерегулярное строение. Напротив, координационная полимеризация пропилена на катализаторах Циглера — Натты даёт изотактический полипропилен низкого давления, имеющий более высокую температуру размягчения.

Реакции по аллильному положению

Пропилен вступает в реакции по аллильному положению. При 500 °С он хлорируется, образуя аллилхлорид.

CH3CH=CH2+Cl2→tCH3CH=CHCl+HCl{\displaystyle {\mathsf {CH_{3}CH\!\!=\!\!CH_{2}+Cl_{2}{\xrightarrow{t}}CH_{3}CH\!\!=\!\!CHCl+HCl}}}

Есть ли недостатки?

У покрытий такого типа имеются и свои недостатки. Однако их мало и они незначительные:

• Высокая теплопроводность. Из-за хорошей теплопроводности материала изделие может быстро стать холодным на ощупь. Особенно часто это случается в период межсезонья, когда пол в комнате становится очень холодным. Но этот недостаток может стать достоинством в жаркий период, когда ковер быстро остывает и не кажется слишком теплым.
• Электризация. Почти все искусственные волокна сильно электризуются. Полиамид — в их числе. Покрытие быстро накапливает статическое электричество. Поэтому их желательно регулярно обрабатывать антистатическими составами.
• Накапливание пыли и грязи. При накоплении статического электричества ковер начинает притягивать частицы пыли и грязи. Такие покрытия нужно особенно тщательно чистить. Без этого они станут источником пыли в квартире. Однако чистить их намного легче, чем изделия из натурального сырья. Поэтому этот недостаток нельзя считать серьезным.
• Низкая термоустойчивость. В отличие от натуральных шерстяных волокон, синтетика может испортиться при воздействии на нее высокой температуры. Любая искра, упавшая сигарета или просто горячий предмет, поставленный на ковер, приводят к оплавлению его ворса. После этого очень сложно, а иногда и невозможно вернуть изделию его первоначальный вид.
• Стоимость. По сравнению с шерстяной продукцией полиамидные покрытия стоят значительно дешевле. Но если сравнивать разные синтетические материалы, то ковры из нейлона являются одними из самых дорогих. Однако их цена соответствует качеству.

Молярная масса элементов и соединений

Соединения — вещества, состоящие из различных атомов, которые химически связаны друг с другом. Например, приведенные ниже вещества, которые можно найти на кухне у любой хозяйки, являются химическими соединениями:

• соль (хлорид натрия) NaCl
• сахар (сахароза) C₁₂H₂₂O₁₁
• уксус (раствор уксусной кислоты) CH₃COOH

Молярная масса химических элементов в граммах на моль численно совпадает с массой атомов элемента, выраженных в атомных единицах массы (или дальтонах). Молярная масса соединений равна сумме молярных масс элементов, из которых состоит соединение, с учетом количества атомов в соединении. Например, молярная масса воды (H₂O) приблизительно равна 1 × 2 + 16 = 18 г/моль.

Что представляет собой этот материал

Полиуретан впервые был получен в 1937 году общеизвестным в Германии химиком-технологом Байер Отто Георгом Вильгельмом. В этом же году было организовано промышленное предприятие по выпуску полимера, но в малом количестве. Как все новое полиуретан долго завоевывал место на промышленном рынке. И только в 1957 году стал широко использоваться в стройиндустрии, сельской промышленности, пищевой и других отраслях.Данный материал имеет практически неограниченные возможности из-за своих свойств. Большую часть в его составе занимают два типа сырья: изоцианат и полиол. Остальные компоненты, имеющиеся в составе полиуретана, это: катализаторы, вспениватели, стабилизаторы. Смешивание всех компонентов в жидком состоянии и приводит к образованию эластичного полиуретана. В зависимости от количества добавок, материал может находится в следующих состояниях:

• Вязкая жидкость.
• Твердый.
• Высокоэластичный.
• Малоэластичный.
• Мягкая резина.
• Твердый пластик.

Так полиуретан, содержащий большое количество добавок, входит в состав сложных полиэфир-полиолов.

Именно этот вид синтетического продукта имеет повышенные прочностные свойства. Изначальная форма изделия не претерпевает изменений при тепловом воздействии. Остается неизменным при контакте с техническими маслами и жидкостями, используемыми в гидравлических устройствах. Более упрощенный по своему составу материал имеет уже пониженную прочность, но максимальную устойчивость к сольволизу. Изделия из полиэфир-полиола широко применяют в районах крайнего севера. Ведь только этот материал не теряет свою эластичность при самых низких температурах. Повышенная устойчивость к действию бактерий делает его необходимым в особо жарких климатических зонах. Алифатический полиуретан стойко переносит ультрафиолетовое излучение и минусовые температуры. Этот факт позволяет его использовать даже в космической отрасли. Физическое качество полиуретана обусловлено технологическими методами переработки. Каждый вид синтетика получается при помощи экструзии, прессования, литья или заливки. Благодаря различным видам, полиуретан в последнее время оттесняет на задний план, ранее широко используемые, полиэтилен, поливинилхлорид, полистирол и полиуретан.

Набирающий популярность эластомер относят к конструкционным материалам. Его механические свойства позволяют его широко использовать практически во всех отраслях промышленности — именно там, где очень высоки требования к сопротивляемости, износостойкости и влиянию окружающей среды, особенно агрессивной. Плотность полиуретана колеблется от тридцати до трехсот килограмм на кубический метр. Твердость по шкале Шору (А, Д) колеблется от пятидесяти до семидесяти четырех единиц. Любое механическое свойство полиуретана испытывают на специальных образцах. Их отливают в особенных формах и используют только для лабораторных испытаний. Для начала образец хорошо высушивается. Затем он помещается в печь для обжига. Вся процедура длится около двадцати часов при температуре в сто градусов. Далее закаленный образец закрывают в камеру с температурой двадцать три градуса и влажностью пятьдесят процентов на двадцать четыре часа. Далее в лабораториях ведется проверка полученного материала разрыву и раздиру, предельная возможность морозоустойчивости, изменение состава полиуретана и величина деформации после продолжительного сдавливания, появление нарушения микроструктуры после воздействия агрессивной среды и устойчивость к микроорганизмам. Высокие показатели испытаний еще раз подтверждают незаменимость полиуретана в современной промышленности. Диапазон механических качеств изделий из полиуретана весьма емок. И все это благодаря широкому разнообразию типов материала.

Химические свойства

Полипропилен (формула — (С3Н6)n) достаточно стоек к химическому воздействию. Видимое повреждение ему способны нанести только очень сильные окислители, такие как хлорсульфоновая кислота или азотная кислота, растворы галогенов, олеум. Шестидесятипроцентная серная кислота и перекись водорода при двадцати градусах Цельсия не производят заметного воздействия. Положительная реакция с ними возможна только при повышении температуры до шестидесяти и более градусов. Результатом является разрушение материала.

В растворителях органического происхождения, при условии комнатной температуры, происходит набухание полипропилена. Если условия изменяются (повышение температуры до ста градусов по Цельсию), то ароматические углеводы (например, бензол или толуол) растворяют этот полимер.

Наличие третичных атомов углерода делает материал чувствительным к воздействию кислорода, особенно в комбинации с ультрафиолетом и высокими температурами. Поэтому при использовании его для внешних работ следует учитывать, что полипропилен «постареет» быстрее, чем тот же полиэтилен. Для того чтобы этого не происходило, используют стабилизаторы. Они усиливают кристаллическую структуру материала и не дают ему разрушаться под воздействием химических или физических факторов, делают более износостойким.

Полипропилен является стойким материалом. Уровень поглощения воды всего 0,5 процента, так что он может считаться водонепроницаемым.

Свойства, характеристики полиуретана

Полиуретан (ПУ), отличающийся высокой эластичностью, вязкостью, относится к группе эластомеров. Эти материалы способны удлиняться под нагрузкой (растяжение) и возвращаться в начальное состояние без структурных изменений после снятия нагрузки.

Если рассматривать пару «полиуретан — резина», то первый материал превосходит второй по:

• эластичности — относительное удлинение при разрыве полиуретана в два раза больше;
• прочности — прочность в два раза выше;
• устойчивости к истиранию — износостойкость полиуретана в три раза больше;
• стойкости к озону — не разрушается при взаимодействии с озоном.

Полиуретановые листы, стержни, другую продукцию отличают физико-химические свойства, которые определяют возможность их эксплуатации в различных сферах промышленности:

• полиуретан нейтрален к ряду кислот, растворителей, поэтому его используют: в типографиях (валки печатающих устройств), химической промышленности, для хранения химических реактивов;
• высокая твердость (около 98 ед. по шкале Шора) позволяет применять его вместо металла там, где существуют высокие механические нагрузки. Например: для изготовления ведущих элементов конструкций машин на гусеничном ходу;
• у эластомера большая ударная вязкость, стойкость к вибрациям. Эти качества позволяют использовать его для производства ремней приводных, лент для конвейеров, пружин, сит для грохотов в горнодобывающей отрасли, демпферов, прочих изделий;
• стойкость к повышенному давлению делает возможным использование для  производства манжет, колец, втулок, вкладышей, сальников высокой прочности;
• ПУ имеет низкую теплопроводность. Он сохраняет упругость при отрицательных температурах до -50 °C. Также работает при температурах до 110 °C и даже может выдержать непродолжительное увеличение температуры до 140 °C. Это дает возможность использовать полимер для изоляции холодильных складов, изготовления полиуретановых колес или колес, гуммированных (обрезиненных) полиуретаном;
• из-за стойкости к воздействию бензина, масел вышеупомянутые гуммированные колеса более предпочтительны по сроку эксплуатации, чем каучуковые и резиновые. Также по сроку службы выигрывают полиуретановые уплотнения, используемые в нефтяной промышленности;
• полиуретаны – диэлектрики, поэтому полиуретановое покрытие обеспечивает не только водо-, термо- , но и электроизоляцию;
• химическая неактивность, стойкость к возникновению плесени, микроорганизмам делает предпочтительным эксплуатацию в пищевой промышленности, медицине;
• полиуретановые листы, втулки, стержни, другие изделия способны подвергаться многократным деформациям без изменения прочностных свойств. Большой срок эксплуатации, надежность делают такую продукцию более востребованной, в сравнении с резиновыми аналогами. Для различных отраслей промышленности возможно изготовление колес, валков, роликов, валов, имеющих полиуретановое покрытие, а также гуммированных мельничных барабанов или непосредственно мелющих поверхностей.

Подведем итог. Полиуретановые детали мало подвержены процессу старения, стойки к воздействию окружающей среды, воздействию влаги, химических элементов, абразивному износу, коррозии. По своим свойствам они не уступают металлическим, пластиковым и превосходят резиновые изделия.

Получение

В лаборатории

1. Отщепление галогеноводорода от галогеналкилов при действии на них спиртового раствора щелочи:

    H2C—CH – CH3 → H2C=CH–CH3 + KCl + H2O 
    |    |  
    Cl   H  
    K — ОH 

2. Гидрирование пропина в присутствии катализатора (Pd):

H—C≡C—CH₃ + H₂ → H₂C=CH—CH₃

3. Дегидратация изопропилового спирта (отщепление воды). В качестве катализатора используют кислоты (серную или фосфорную) или Аl₂O₃:

     Н2С—СН — CH3 → Н2С=СН — CH3 + Н2О
     |   | 
     H  OH

4. Отщепление двух атомов галогена от дигалогеноалканов, содержащих галогены при соседних атомах С. Реакция протекает под действием металлов (Zn и др.):

  H2C-CH-CH3+Zn → H2C=CH-CH3+ZnBr2
   |   | 
   Br  Br

В промышленности

Обычно пропилен выделяют из газов нефтепереработки (при крекинге сырой нефти в кипящем слое (процесс фирмы BASF), пиролизе бензиновых фракций) или попутных газов, а также из газов коксования угля. Существует несколько видов пиролиза пропилена: пиролиз в трубчатых печах, пиролиз в реакторе с кварцевым теплоносителем (процесс фирмы Phillips Petroleum Co.), пиролиз в реакторе с коксовым теплоносителем (процесс фирмы Farbewerke Hoechst), пиролиз в реакторе с песком в качестве теплоносителя (процесс фирмы Lurgi), пиролиз в трубчатой печи (процесс фирмы Kellogg), процесс Лавровского — Бродского, автотермический пиролиз по Бартоломе. В промышленности пропилен получают также дегидрированием алканов в присутствии катализатора (Сr2О3, Аl2О3).

Промышленным способом получения пропилена наряду с крекингом служит дегидратация пропанола над оксидом алюминия:

При выпуске с производства, при товарно-учетных операциях, при проверке его на соответствие нормативно-технической документации производится отбор проб пропилена по процедуре, описанной в ГОСТ 24975.0-89 «Этилен и пропилен. Методы отбора проб». Отбор пробы пропилена может производится и в газообразном и в сжиженном виде в специальные пробоотборники по ГОСТ 14921.