Polypropylen
Polypropylen (PP) ist ein Thermoplast. Synthetisiert wird er mittels einer Kettenpolymerisation von Propen. Der Kunststoff ist teilkristallin und unpolar.
Kurzzeichen
PP
Summenformel
C3H6 (Wiederholeinheit)
CAS-Nr.
9003-07-0
Allgemeine Beschreibung
Polypropylen weist viele Ähnlichkeiten mit Polyethylen auf, einem Kunststoff, der durch Kettenpolymerisation von Ethen erzeugt wird, einem Gas sehr ähnlich dem Propen. Insbesondere bezüglich der elektrischen Eigenschaften und des Lösungsverhaltens gleichen sich Polypropylen und Polyethylen. Allerdings verfügt PP im Vergleich zu Polyethylen über eine zusätzliche Methylgruppe, was sowohl manche chemischen Eigenschaften beeinflusst als auch die thermische und mechanische Beständigkeit deutlich erhöht. Unter den Standardkunststoffen ist PP der am zweithäufigsten zum Einsatz kommende.
Definition
Die Dichte von PP liegt zwischen 0,895 und 0,920 Gramm pro Kubikzentimeter, die hieraus gefertigten Teile haben daher ein sehr niedriges Gewicht. Außerdem weist Polypropylen eine hohe Festigkeit und Steifigkeit auf. Befüllt man den Kunststoff mit entsprechenden mineralischen Stoffen wie etwa Talkum oder Glasfasern, erweitert dies das Spektrum der mechanischen Eigenschaften deutlich.
Im Vergleich zu Polyethylen hat Polypropylen eine höhere Schmelztemperatur. Außerdem ist die Maximaltemperatur, der man diesen Kunststoff dauerhaft aussetzen kann, ohne dass er unbrauchbar wird, höher. Das Homopolymer von Polypropylen kann auf Dauer bei Temperaturen zwischen 0 °C und +100 °C verwendet werden. Dieser Temperaturbereich lässt sich durch Copolymerisation noch vergrößern.
Herstellung
Gewonnen wird PP durch Polymerisation von Propen, einem farb- und geruchlosen Gas, das auch unter dem Namen Propylen bekannt ist. Weil es sich bei dieser Polymerisation um eine Kettenreaktion handelt, spricht man häufig von einer Kettenpolymerisation. Fortlaufend gliedern sich dabei reaktionsfähige Moleküle, sogenannte Monomere, an eine stetig wachsende Kette an. Das sich aus etlichen Monomeren zusammensetzende Endprodukt einer solchen Reaktion wird als Polymer bezeichnet.
Wie bei Ethen, welches zur Herstellung von Polyethylen benutzt wird, besteht auch bei Propen eine Doppelbindung zwischen zwei Kohlenstoffatomen. Diese wird mit Hilfe eines Katalysators aufgespalten. Auf diese Weise bilden sich lange Ketten aus Kohlenstoff- und Wasserstoffatomen.
Im Falle von Polypropylen entsteht zudem eine Seitenkette, welche sich aus einem Kohlenstoff- und drei Wasserstoffatomen zusammensetzt. Diese nennt man Methylgruppe. Die Art, in der eine solche Seitenkette angeordnet ist, wird mittels der Taktizität beschrieben.
Die Taktizität übt erheblichen Einfluss auf die Eigenschaften des jeweiligen Polypropylens aus. Je regelmäßiger die Ausrichtung der Methylgruppen ist, desto höher die Kristallinität. Aus diesem Grund sind isotaktisches und syndiotaktisches Polypropylen teilkristallin, ataktisches hingegen ist amorph. Rund zwei Drittel des weltweit hergestellten Propens werden zur Herstellung von Polypropylen verwendet. Bei dem kommerziell verfügbaren Kunststoff handelt es sich größtenteils um isotaktisches PP.
Eigenschaften
Polypropylen zeigt bezüglich seiner Eigenschaften große Ähnlichkeit mit Polyethylen. Es gibt jedoch auch einige Unterschiede, welche oftmals auf die zusätzliche Methylgruppe des PPs zurückzuführen sind.
Chemische Beständigkeit
Auch dieser Faktor sollte bezüglich der sachgemäßen Verwendung eines Kunststoffs hinreichend bedacht werden. Polypropylen ist unter anderem beständig gegen wässrige Lösungen von anorganischen Salzen, schwache anorganische Säuren und Laugen, Alkohol sowie einige Öle und Lösungen von üblichen Waschlaugen bis 100 °C.
PP ist nicht beständig gegen starke Oxidationsmittel. In aliphatischen und aromatischen Kohlenwasserstoffen wie Benzin oder Benzol quillt der Werkstoff, insbesondere bei erhöhten Temperaturen. PP ist teilweise unbeständig bei Berührung mit Kupfer.
Verarbeitungstechniken
PP ist sehr gut für Spritzgießen geeignet. Die Plastifizierleistung der Spritzgießmaschine bei PP kann aufgrund der Dichte sehr niedrig ausfallen.
Die Massetemperaturen liegen zwischen 200 °C und 270 °C, die Werkzeugtemperaturen zwischen 20 °C und 100 °C. Eine hohe Temperatur resultiert in einem verbesserten Oberflächenglanz.
Spritzdrücke bis 1200 bar sind möglich. Durch Nukleierungsmittel wird die Kristallisationsgeschwindigkeit bedeutend erhöht und so die Zykluszeit verkürzt. Der Werkstoff weist eine Schwindung von 1,0 % bis 2,5 % auf.
Beim Extrudieren von PP sollten Extruder mit Kurzkompressionsschnecke verwendet werden. Beim Extrusionsblasen ergeben sich Hohlkörper mit hoher Formbeständigkeit in der Wärme. Beim Streckblasen kann der Verarbeiter erhöhte Festigkeit durch biaxiales Recken erreichen.