Полиолефин — это тип полимера с общей формулой (CH2CHR ) n , где R — алкильная группа. Обычно они производятся из небольшого набора простых олефинов ( алкенов ). Доминирующими в коммерческом смысле являются полиэтилен и полипропилен . Более специализированные полиолефины включают полиизобутилен и полиметилпентен . Все они представляют собой бесцветные или белые масла или твердые вещества. Известно много сополимеров , таких как полибутен , который получают из смеси различных изомеров бутена . Название каждого полиолефина указывает на олефин, из которого он получен; например, полиэтилен получают из этилена , а полиметилпентен получают из 4-метил-1-пентена . Полиолефины сами по себе не являются олефинами, поскольку двойная связь каждого олефинового мономера открывается для образования полимера. Мономеры, имеющие более одной двойной связи, такие как бутадиен и изопрен, дают полимеры, которые содержат двойные связи ( полибутадиен и полиизопрен ) и обычно не считаются полиолефинами. Полиолефины являются основой многих химических производств. [1]
Большинство полиолефинов производятся путем обработки мономера металлсодержащими катализаторами. Реакция сильно экзотермична.
Традиционно используются катализаторы Циглера-Натта . Названные в честь нобелевских лауреатов Карла Циглера и Джулио Натта , эти катализаторы готовятся путем обработки хлоридов титана алюмоорганическими соединениями , такими как триэтилалюминий . В некоторых случаях катализатор нерастворим и используется в виде суспензии. В случае полиэтилена часто используются хромсодержащие катализаторы Филлипса . Катализаторы Каминского — еще одно семейство катализаторов, которые поддаются систематическим изменениям для модификации тактичности полимера, особенно применимо к полипропилену .
Свойства полиолефинов варьируются от жидкоподобных до жестких твердых тел и в первую очередь определяются их молекулярной массой и степенью кристалличности. Степень кристалличности полиолефинов варьируется от 0% (жидкоподобные) до 60% или выше (жесткие пластики). Кристалличность в первую очередь определяется длиной кристаллизующихся последовательностей полимера, установленных во время полимеризации . [2] Примеры включают добавление небольшого процента сомономера , такого как 1-гексен или 1-октен, во время полимеризации этилена , [3] или случайные нерегулярные вставки («стерео» или «регио» дефекты) во время полимеризации изотактического пропилена . [4] Способность полимера кристаллизоваться до высоких степеней уменьшается с увеличением содержания дефектов.
Низкие степени кристалличности (0–20%) связаны со свойствами от жидкоподобных до эластомерных. Промежуточные степени кристалличности (20–50%) связаны с пластичными термопластиками, а степени кристалличности более 50% связаны с жесткими и иногда хрупкими пластиками. [5]
Полиолефиновые поверхности не могут быть эффективно соединены сваркой растворителем , поскольку они обладают превосходной химической стойкостью и не подвержены воздействию обычных растворителей. Они изначально имеют очень низкую поверхностную энергию и плохо смачиваются (процесс покрытия и заполнения смолой ). Их можно склеивать после обработки поверхности, а также некоторыми суперклеями ( цианоакрилатами ) и реактивными (мет) акрилатными клеями. [6] Они чрезвычайно инертны химически, но демонстрируют снижение прочности при более низких и более высоких температурах. [7] В результате этого термическая сварка является распространенным методом склеивания.
Практически все полиолефины, имеющие практическое или коммерческое значение, являются поли- альфа -олефинами (или поли-α-олефинами или полиальфаолефинами, иногда сокращенно ПАО ), полимерами, полученными путем полимеризации альфа -олефина . Альфа -олефин (или α-олефин) представляет собой алкен , в котором двойная связь углерод-углерод начинается с α-углеродного атома, т. е. двойная связь находится между атомами углерода № 1 и № 2 в молекуле . Альфа-олефины, такие как 1-гексен, могут использоваться в качестве сомономеров для получения алкилразветвленного полимера ( см. химическую структуру ниже), хотя 1-децен чаще всего используется для базовых масел. [8]
Многие полиальфаолефины имеют гибкие алкильные разветвленные группы на каждом втором углероде их полимерной основной цепи. Эти алкильные группы, которые могут формироваться в многочисленных конформациях , очень затрудняют для полимерных молекул выстраивание себя бок о бок упорядоченным образом. Это приводит к меньшей площади поверхности контакта между молекулами и уменьшает межмолекулярные взаимодействия между молекулами. [9] Поэтому многие полиальфаолефины не кристаллизуются или не затвердевают легко и способны оставаться маслянистыми, вязкими жидкостями даже при более низких температурах . [10] Низкомолекулярные полиальфаолефины полезны в качестве синтетических смазочных материалов, таких как синтетические моторные масла для транспортных средств, и могут использоваться в широком диапазоне температур. [8] [10]
Даже полиэтилены, сополимеризованные с небольшим количеством альфа-олефинов (таких как 1-гексен , 1-октен или более длинные), более гибкие, чем простой полиэтилен высокой плотности с прямой цепью, который не имеет разветвлений. [7] Метильные группы разветвлений на полипропиленовом полимере недостаточно длинные, чтобы сделать типичный коммерческий полипропилен более гибким, чем полиэтилен .
Полиолефины используются для изготовления деталей методом выдувного формования или ротационного формования , например, игрушек [13], для термоусадочных трубок, используемых для механической и электрической защиты соединений в электронике [13] , а также для защитных кожухов или нижнего белья для гидрокостюмов. [ необходима ссылка ]
Полиолефиновые листы или пены используются в самых разных упаковочных целях, иногда в прямом контакте с пищевыми продуктами. [14]
Полиолефиновый эластомер POE используется в качестве основного ингредиента в технологии формованной гибкой пены, например, при изготовлении обуви с самоклеящейся кожей (например, Crocs ), подушек для сидений, подлокотников, спа-подушек и т. д. Гидрогенизированный полиальфаолефин (PAO) используется в качестве охладителя радара . Head производит полиолефиновые струны для теннисных ракеток . Полиолефин также используется в фармацевтической и медицинской промышленности для сертификации фильтров HEPA — аэрозоль PAO пропускается через фильтры, а выходящий воздух измеряется с помощью детектора аэрозоля. [15]
Эластолефин — это волокно, используемое в тканях. [16] Better Shelter от IKEA использует структурные панели, изготовленные из полиолефиновой пены, заявляя: «Они прочные и долговечные». [17] Трубопроводные системы для транспортировки воды, химикатов или газов обычно производятся из полипропилена и в гораздо большей степени из полиэтилена. Трубопроводные системы из полиэтилена высокой плотности (HDPE, PE100, PE80) быстро становятся наиболее часто используемыми трубопроводными системами для питьевой воды, сточных вод и природного газа в мире.
Полиальфаолефин, обычно называемый синтетическим углеводородом, используется в различных типах воздушных компрессоров и турбин, включая поршневые, центробежные и винтовые компрессоры, где высокие давления и температуры могут быть проблемой. Эти базовые жидкости являются наиболее широко используемым видом синтетических масляных смесей, в основном из-за их способности сохранять производительность, несмотря на экстремальные температуры, и их сходства с базовыми жидкостями на основе минерального масла, но с улучшенными характеристиками. [18]
Полипропилен обычно используется в бамперах автомобилей, внутренней отделке и других компонентах [19] , где TiO₂ добавляется для улучшения устойчивости пластика к ультрафиолетовому излучению, гарантируя, что детали не будут деградировать или терять цвет под воздействием солнечного света с течением времени. [20] Полиэтиленовые пленки широко используются в сельском хозяйстве для теплиц , мульчирования и обертывания силоса. [21]
Несмотря на шумиху, более радужную, чем практика, реальная переработка полиолефинов была недостаточной в течение десятилетий с тех пор, как они стали повсеместными, из-за сложной экономики. [22] Полиолефиновые отходы потенциально могут быть преобразованы во множество различных продуктов, включая чистые полимеры, нафту, чистое топливо или мономеры, [23] но только в той степени, в которой не требуются убыточные процессы в реальности делового мира. В 2020-х годах были разработаны улучшенные катализаторы , которые могут приблизить коммерческую переработку полиолефинов к круговой экономике восстановления мономеров, более сопоставимой с существующей ситуацией с бутылками из ПЭТ-полиэстера . [22]
