Из атмосферных влияний самым сильным оказывается действие кислорода, активированное солнечным светом.
Токсикологические свойства
Чистый полипроиилен атактической и изотактической структуры физиологически безвреден. Однако необходимо иметь в виду, что промышленный полипропилен содержит целый ряд примесей, о действии которых на организм пока известно очень мало. Поэтому требуется тщательная проверка физиологической безвредности этих веществ, прежде всего остатков катализатора, а также стабилизаторов и цветных пигментов.
Химические реакции полипропилена
Химическая модификация полипропилена, т. е. направленное изменение его физических, механических или химических свойств введением в макромолекулу новых функциональных групп, сшиванием или сополимеризацией, представляет большой интерес с научной и практической точки зрения.
Термическая деструкция
Для правильного применения полипропилена в различных областях очень важно знать процессы его деструкции. При термической деструкции полипропилена в инертной атмосфере или вакууме снижается молекулярный вес и образуются летучие продукты .
Снижение молекулярного веса полимера зависит от температуры и продолжительности пиролиза .
Скорость образования летучих продуктов также является функцией температуры . Скорость термической деструкции полипропилеиа не зависит от его молекулярного веса .
В процессе деструкции уменьшается кристалличность полипропилена . В отличие от других полимеров, например поли-тетрафторэтилена или полиметилметакрилата, при пиролизе полипропилена получается лишь незначительное количество мономерного продукта, что объясняется низкой энергией активации изомеризации макрорадикала, образовавшегося при термической деструкции . Так, при превращении 50% полимера в газообразные продукты при 387° С образуется всего лишь 0,2% мономера . Газообразные продукты состоят в основном из 2-метилпропена-1, пентена-1 и пентена-2 . При разложении неразветвленного полипропилена газообразные продукты образуются гораздо быстрее, чем в случае полипропилена разветвленного строения .
Реакции инициированные ионизирующим ультрафиолетовым излучением
Влияние различных видов излучения высокой энергии (гамма-лучи, рентгеновские лучи, электроны, нейтроны) теоретически изучено хорошо , сведения же о практическом применении облученного полипропилена значительно более ограниченны, чем, например, о применении полиэтилена.
Полипропилен имеет структуру, промежуточную между полиэтиленом и полиизобугпленом, чем и предопределяется его поведение при действии излучений . Если при облучении полиэтилена преобладающим процессом является сшивание (структурирование), а в случае полиизобутилена -деструкция главной цепи, то при облучении полипропилена процессы сшивания и деструкции находятся в соотношении 0,75—0,8:1 , вследствие чего одновременно образуются нерастворимый гель и низкомолекулярный полипропилен.
Получение сшитого продукта прямым облучением полипропилена , например в присутствии сенсибилизатора хлорбензола , в условиях нормальной температуры экономически невыгодно вследствие упомянутого выше соотношения процессов сшивания и деструкции (0,75—0,8:1). Эффективное сшивание достигается при 100—125° С . В случае присутствия в полипропилене полифункциональных мономеров сшитый полимер удается получить при значительно меньших дозах облучения, причем процесс деструкции полностью подавляется. В качестве полифункциональных мономеров пригодны моно- (ди-, три-, гетра) этиленгликольдиметакрилат, аллилакрилат, аллилметакрилат (требуют облучения мощностью 0,25 Мрад ил 20% расхода мономера), винилметакрилат, диаллилмалеинат (1 Мрад} , дивинилбензол, триаллилци-анурат и диаллилитаконаг . Такой же эффект сшивания достигается при облучении в присутствии серы, селена, теллура и некоторых их соединений , а также в результате термообработки при 180° С предварительно облученного полипропилена .
Хорошо известно, что вредное влияние на механические свойства полипропилена оказывает ультрафиолетовая часть спектра солнечного света с диапазоном волн 2800—4000 А. Под действием кислорода полипропилен подвергается фотохимической деструкции, поэтому его необходимо стабилизировать. При облучении полипропилена УФ-светом в вакууме или инертной атмосфере одновременно со сшиванием протекает деструкция . В присутствии сенсибилизаторов, например бензофенонов, полихлорированных бензолов, нафталинов и монохлористой серы (для пропилена она наиболее эффективна), доля сшитого продукта возрастает ; так, при применении монохлористой серы выход геля достигает 80% от веса облученного полипропилена .
Свободные радикалы, образующиеся в полипропилене при радиационном или фотохимическом облучении, с успехом используются для получения богатой гаммы привитых сополимеров . Радиационным облучением катализируются также различные радикальные реакции полипропилена, в частности хлорсульфонирование и сульфокисление.
Окисление
Половина углеродных атомов в полипропиленовой цепи связана с метильными группами, которые оказывают активирующее действие на атом водорода, соединенный с третичным атомом углерода. Поэтому атом водорода у третичного атома углерода оказывается более реакционноспособным, чем водород метиленовой или метильной группы , вследствие чего при повышенных температурах нестабилизированный полипропилен окисляется быстрее, чем полиэтилен.
Различная реакционная способность связей С—Н в полипропилене проявляется при радикальных реакциях передачи цепи.
Окисление полипропилена воздухом и кислородом
Для получения привитых полимеров из изотактического полипропилена и сополимеров пропилена с этиленом предложен также процесс пероксидации воздухом при температуре 70° С и давлении 3 кгс/см2, причем концентрация перекисей по истечении 5 ч достигает 0,03 вес.% .
Окислительная деструкция полипропилена, предназначенного для переработки в волокно, может быть осуществлена при 145° С и повышенном давлении воздуха в суспензии порошкообразного полимера в метаноле , а также в растворах или суспензиях поли-a-олефинов (полученных нагреванием с водяным паром под давлением) .
В результате глубокой окислительной деструкции изотактического или аморфного полипропилена получают воскообразные вещества. Окислительная деструкция проходит быстрее в присутствии ди-трет-бутилперекиси при 160° С , причем воскообразные эмульсии можно применять в лакокрасочной промышленности. Полимер с низким молекулярным весом (в пределах 900—30000) и температурой плавления не ниже 100° С можно получить при термообработке полипропилена при 310—480° С в течение 30 мин . Известен процесс окисления поли-a-олефинов, диспергированных в водной фазе, при давлении воздуха до 20 кгс/см2 и температуре 90° С. Водные эмульсии лаурилсульфата натрия и окисленного сополимера пропилена с этиленом пригодны для шлихтования тканей, а также для производства красок и лаков.
Озонирование
При окислении полимеров озоном перекиси начинают образовываться уже при комнатной температуре . Озон, действуя как инициатор окисления , значительно ускоряет окислительный процесс. Инициирующее действие озона при окислении полипропилена осуществляется через полимерные перекиси [R—0—0—R] с малым периодом жизни, которые на первых стадиях процесса вызывают также и временное, неустойчивое сшивание полимера.
Характер кривой накопления перекисей во время окисления озоном атактического полипропилена указывает на то, что в исследованном диапазоне температур 0—60° С можно достигнуть лишь ограниченной концентрации перекисей . Значительное ускорение процесса окисления озоном практически исключает наличие индукционного периода. На кинетику накопления перекисей существенное влияние оказывает характер поверхности полипропилена,
Другие способы окисления полипропилена
Для пероксидации порошкообразного изотактического полипропилена при 40—100° С или волокон из него используется смесь воздуха и летучей органической перекиси (трет-бутилперекиси) .
Для поверхностного окисления пленок можно применять различные окислители, такие, как К2Сг2О7 , КМn04 в растворе серной кислоты . Перекисные группы образуются и при окислении полипропилена азотной кислотой или двуокисью азота . Представляет интерес метод получения пероксидированного полипропилена из бромированного полипропилена за счет реакции с 5,8% НзОз в среде простого эфира при добавке пиридина . Полипропилен в присутствии кислорода окисляется при любом физическом воздействии: как при механической деструкции под действием ультразвука или излучения высокой энергии, так и под влиянием электрической дуги или коронного разряда .
Галогенирование и другие реакции замещения
Хлорирование полипропилена
В последние годы много внимания уделялось изучению хлорирования кристаллических полиолефинов, имеющих более высокую температуру плавления, чем полиэтилен, поскольку можно было ожидать, что и их хлорированные производные будут отличаться высокой температурой плавления. В настоящее время применяются три метода хлорирования.
Хлорирование в растворе
В качестве растворителя при хлорировании в растворе используют галогенированные углеводороды, в особенности ССl4 , СНС13, СН3Сl и дихлорбензол. Ускорению реакции способствует повышение температуры или облучение светом с длинами волн 2000— 6500 А. Каталитическое действие оказывают перекиси , азосоединения , четыреххлористый титан и т. д. Хлорирование в растворе осуществляют при нормальном или повышенном давлении .