Polypropylen
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Polypropylen (Kurzzeichen PP, gelegentlich auch Polypropen genannt) ist ein teilkristalliner Thermoplast und gehört zu der Gruppe der Polyolefine. Polypropylen wird durch Polymerisation des Monomers Propen mit Hilfe von Katalysatoren gewonnen. Im Jahr 2001 wurden 30 Millionen Tonnen Polypropylen hergestellt.
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[Bearbeiten] Historische Informationen
Polypropylen wurde vermutlich 1951 zum ersten Mal von John Paul Hogan und Robert Banks synthetisiert. Die großtechnische Synthese begann 1957 durch die Arbeit von Giulio Natta.
[Bearbeiten] Eigenschaften
Da im Gegensatz zu vielen anderen Kunststoffen die Molekülstruktur, die mittlere Molmasse, Molmasseverteilung, Copolymere sowie weitere Parameter stark variieren und somit auch die Eigenschaften beeinflusst werden können, existiert eine Vielzahl von PP-Sorten.
Die Dichte von PP liegt zwischen 0,895 g/cm³ und 0,92 g/cm³. PP ist somit der Kunststoff mit der geringsten Dichte.
Der E-Modul von PP liegt bei 1450 N/mm².
PP hat eine höhere Steifigkeit, Härte und Festigkeit als Polyethylen, diese sind jedoch niedriger als bei anderen Kunststoffen wie z.B. Polyamid.
PP hat eine Glasübergangstemperatur von 0°C bis -10°C und wird somit bei Kälte spröde. Die obere Gebrauchstemperatur liegt bei 100 bis 110°C. Der Kristallit-Schmelzbereich liegt bei 160 bis 165°C.
PP kann mit mineralischen Füllstoffen wie z.B. Talkum, Kreide oder Glasfasern gefüllt werden. Dadurch wird das Spektrum der mechanischen Eigenschaften (Steifigkeit, Gebrauchstemperaturen, etc.) deutlich erweitert.
PP ist beständig gegenüber Alkoholen, organischen Lösungsmitteln und Fetten, hingegen ist es unbeständig gegenüber Benzin, Benzol und Kohlenwasserstoffen. PP ist bei höheren Temperaturen gut löslich in Xylol, Tetralin und Decalin sowie weiteren Lösungsmitteln.
PP ist geruchslos und hautverträglich, für Anwendungen im Lebensmittelbereich und der Pharmazie ist es geeignet, es ist physiologisch unbedenklich.
[Bearbeiten] Herstellung
PP wird durch Polymerisation von Propen hergestellt.
Strukturformel von PP:
H H
| |
··· - C- C - ···
| |
H CH3
Die Methyl-Seitengruppe kann isotaktisch, syndiotaktisch oder ataktisch eingebaut sein. Diese Anordnung hat Auswirkungen auf die physikalischen Eigenschaften. Der isotaktische Aufbau, welcher z. B. mit Hilfe von Ziegler-Natta-Katalysatoren erzeugt werden kann, resultiert in einer kristallinen Struktur des PP. Dies lässt sich auf den, stets auf einer Seite der Molekülkette befindlichen Methylrest zurückführen, welcher das Makromolekül in eine HELIX-Form zwingt (vgl.: Zellulose). Die ataktische Variante des PP ist hingegen nicht kristallin, sondern amorph.
[Bearbeiten] Beständigkeit gegen Chemikalien
Die chemische Beständigkeit von Polypropylen ist temperaturabhängig. Nachfolgend ist eine grobe Charakterisierung der Beständigkeit gegen einige wichtige Klassen von Chemikalien bei Raumtemperatur angegeben:
| Stoffklasse | Beständigkeit |
|---|---|
| Aldehyde | *** |
| aliphatische Alkohole | *** |
| Ester | ** |
| Ether | ** |
| Ketone | ** |
| Kohlenwasserstoffe aliphatisch | *** |
| Kohlenwasserstoffe aromatisch | ** |
| Laugen | *** |
| Oxidationsmittel | * |
| schwache Säuren | *** |
| starke Säuren | *** |
"*" = schlechte bis gar keine Beständigkeit gegen die Stoffklasse (schon einmalige, kurzzeitige Exposition kann das Material schädigen)
"**" = gute/eingeschränkte Beständigkeit gegen die Stoffklasse (Material ist für eine eingeschränkte Zeit beständig und wird uU. nur reversibel geschädigt)
"***" = gute Beständigkeit gegen die Stoffklasse (auch lange Exposition fügt dem Material keinen Schaden zu)
[Bearbeiten] Expandiertes Polypropylen
Expandiertes Polypropylen (PP-E) wurde in den 1980er Jahren entwickelt. Die Bezeichnung expandierbar ist nicht korrekt, da PP-E im Gegensatz zu PS-E (expandierbares Polystyrol) nach der Auslieferung kein Treibmittel mehr enthält. Eine nachträgliche Eigenexpansion ist daher nicht gegeben.
Bei der PP-E Herstellung unterscheidet man zwei Prinzipverfahren: Die Autoklavtechnik (Standard) und die direkte Schaumextrusion (selten).
Die Verarbeitung im sog. Formteilprozess findet in speziellen Formteilautomaten statt. Diese unterscheiden sich durch ihre stabilere Ausführung von herkömmlichen PS-E Maschinen. Der eigentliche Verarbeitungsschritt besteht darin, die Schaumpartikel mittels Dampf (Dampftemperatur ca. 140 bis 165 °C - je nach Rohmaterialtyp) zu verschweißen.
[Bearbeiten] Verstrecken von PP (BOPP)
Polypropylenfolien kann man durch das Verstrecken deutlich stabiler machen. Hierzu wird die extrudierte Folie über Walzen geführt, die in Maschinenrichtung an Geschwindigkeit zunehmen. Das führt zu einer Streckung des Kunststoffs in Längsrichtung. Um eine BOPP-Folie zu erhalten, wird danach auch noch in Querrichtung verstreckt.
[Bearbeiten] Eigenschaften
Die Vorteile dieser Verarbeitung liegen u.a. in einer verringerten Wasserdampfpermeation. Die mechanische Festigkeit steigt, die Folien dehnen sich weniger, die Optik (Transparenz) wird verbessert. Die Weiterreissfestigkeit steigt ebenfalls.
Nachteile sind u.a. die abnehmende Siegelfähigkeit und Bedruckbarkeit. Der Lichtschutz wird geringer und die Sauerstoffbarrierewirkung nimmt ab.
[Bearbeiten] OPP
Das extrudierte PP-Granulat kann hierzu auch nur längs verstreckt werden, um OPP (orientiertes PP) zu erhalten. Es wird zur Herstellung von hochfesten Folien, Verpackungsbändern, Garnen oder auch Verbundfolien eingesetzt.
[Bearbeiten] BOPP
Dieses orientierte PP wird zusätzlich noch in Querrichtung verstreckt, um maximale Festigkeit dieses Kunststofftyps zu erhalten. Dies geschieht in einem Heissluftofen. Vorwärmen - Strecken - Stabilisieren - Kühlen. Um Spannungen zu vermeiden wird die Folie am Ende des Herstellungsprozesses noch einmal erhitzt.
Dieser Kunststoff wird vornehmlich zu Verbundfolien kaschiert.
[Bearbeiten] Verarbeitung
PP eignet sich zum Spritzgießen, Extrudieren, Blasformen, Warmumformen, Schweißen, Tiefziehen, für die spanende Verarbeitung oder zur Herstellung von Partikelschaum (PP-E).
Ca. 5 Mio. t jährlich werden zu Fasern (Filamentgarne oder Stapelfasergarne wie z.B. Polycolon) gezogen. Daraus werden u.a. Vliese und Gewebe hergestellt.
[Bearbeiten] Anwendungsbeispiele
Die oben erwähnten besonderen Eigenschaften von PP und PP-E erlauben einen sehr breiten Einsatz dieses Kunststoffs.
- Es wird im Maschinen- und Fahrzeugbau für Innenausstattungen für PKW, Armaturenbretter und Batteriegehäuse eingesetzt. Auch Crashabsorber-Elemente, Kindersitze, Fahrradhelme für den Fahrzeugbau, Dämm- und Isolierstoffe werden aus PP bzw. PP-E hergestellt.
- In der Elektrotechnik wird es für Trafogehäuse, Draht- und Kabelummantelung und Isolierfolien verwendet.
- Im Bauwesen wird es für Armaturen, Fittinge und Rohrleitungen verwendet; in der Lüftungs- und Klimatechnik bei korrosionsbegünstigenden Bedingungen und bei der Förderung korrosiver Gase, meist in Form von PP-S (S= Schwerentflammbar).
- In der Textilindustrie wird es als Kammgarn verwendet und zu Polycolon verarbeitet. PP-Fasern werden u.a. zu Heimtextilien, Teppichen, Sporttextilien, Verpackungsmaterialien, Hygieneprodukten, medizinischen Produkten, Seilen, Geotextilien sowie Autoteilen weiter verarbeitet.
- In der Lebensmittelindustrie, im Haushalt und in der Verpackungstechnik finden viele Produkte ihren Einsatz: Flaschenverschlüsse, Innenteile für Geschirrspülmaschinen, für kochfeste Folien, wiederverwendbare Behälter, Thermotransportboxen bzw. Warmhaltebehälter (PP-E), Verpackungsteile, Trinkhalme, ...
- In feuchten Regionen wird es auch für Kunststoffgeldscheine wie den Australischen Dollar und den Neuseeland-Dollar verwendet.
- Im Flugmodellbau wird PP-E (im Modellbaujargon EPP genannt) zur Herstellung von sehr widerstandsfähigen, anfängerfreundlichen Modellflugzeugen verwendet, die einen Absturz deutlich besser verkraften als klassische Balsa-Modellflugzeuge.
