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Polypropylen

Polypropylen

Du sitzt morgens am Frühstückstisch und isst voller Genuss deinen Erdbeerjoghurt. Durch einen Blick auf den Joghurtbecher liest Du die Abkürzung "PP" und fragst dich, was diese wohl bedeutet.

"PP" steht für einen viel verwendeter Kunststoff. Welcher Kunststoff das ist, welche Eigenschaften dieser hat, und, in welchen Produkten er noch zu finden ist, erfährst Du nun.

Der Stoff Polypropen/Polypropylen

Polypropen ist ein Kunststoff, der durch Kettenpolymerisation aus Propen synthetisiert wird. Es ist ein teilkristalliner und thermoplastischer Kunststoff.

Polypropen wird auch Polypropylen genannt und wird abgekürzt PP geschrieben. Dieses PP siehst Du oft auf diversen Verpackungen, wie zum Beispiel auch bei deinem Joghurtbecher.

Polypropylen Polypropen Recyclingzeichen von Polypropen StudySmarterAbbildung 1: PP auf Verpackungen steht für Polypropen

Polypropylen – Strukturformel

Hier siehst Du die Strukturformel von Polypropen:

Polypropylen Strukturformel StudySmarterAbbildung 2: Strukturformel von Polypropen

Polypropen ist ein Makromolekül und besteht aus vielen Monomeren, die zu einer langen Polymerkette verknüpft sind. Monomere sind niedermolekulare Verbindungen und die Ausgangsstoffe von Polymeren. Im Fall von Polypropen werden Propen-Moleküle zu langen Ketten verknüpft.

Das n in Abbildung 2 steht für die Anzahl an Propen-Molekülen im Polymer. Die Anzahl der sich wiederholenden Einheit und somit die Molekülmasse variiert. In der Regel beträgt die molaren Massen 8000 bis 10000 . Am Anfang der Polymerkette ist oft ein Startermolekül gebunden und am Ende können verschiedene Substituenten hängen.

Wenn Du mehr über Polymere und die verschiedenen Reaktionsmechanismen, durch die sie entstehen, wissen willst, schaue gerne bei unseren Artikeln dazu vorbei.

Polypropen gehört zu den Polyolefinen. Polyolefine bezeichnen eine Gruppe von Polymeren, die aus Alkenen hergestellt werden. Neben Polypropen zählen auch Polyethen und Polybutylen zu den Polyolefinen.

Polypropylen – Eigenschaften

Die molare Masse und deren Verteilung, die Kristallinität sowie die Taktizität beeinflussen die Eigenschaften von Polypropen. Zudem hängen die Eigenschaften von der Verwendung eines Copolymers ab. Aufgrund dessen variieren die Eigenschaften der verschiedenen Polypropen-Arten geringfügig. Im Folgenden siehst Du einen kurzen Überblick über die Eigenschaften von Polypropylen.

Die Dichte von Polypropylen befindet sich zwischen 0,895 und 0,92 . Dadurch ist Polypropen der Standardkunststoff, welcher die kleinste Dichte aufweist.

Ein Standardkunststoff wird in großen Mengen produziert, wobei die Herstellung auch sehr preiswert ist. Zudem wird ein Standardkunststoff in vielen Bereichen eingesetzt.

Die Glasübergangstemperatur von Polypropylen liegt zwischen 0°C und -10°C. Das bedeutet, Polypropen wird bei Temperaturen unter 0°C zunehmend spröde. Die obere Gebrauchstemperatur von Polypropylen befindet sich bei etwa 100°C bis 110°C. Sie ist ein Maß für die Beständigkeit gegenüber hohen Temperaturen. Somit kannst Du Polypropen bis zu Temperaturen von 100°C über eine längere Zeit nutzen, ohne dass es zu Schäden am Material kommt.

Polypropen hat eine relativ hohe Wärmeausdehnung. Sie bewegt sich im Bereich von 100-200 10-6/K.

Polypropylen hat eine gute Beständigkeit gegenüber organischen Lösungsmitteln sowie Fetten. Hinsichtlich starker Oxidationsmittel ist Polypropen jedoch nicht stabil. Diese Eigenschaft beruht auf einem Wasserstoffatom, das am tertiären Kohlenstoffatom gebunden ist. Durch dieses Wasserstoffatom kann Polypropen leichter oxidiert werden. Polyethen beispielsweise ist ein Polymer, der beständiger gegenüber Oxidationsmitteln ist.

Polypropen ist gering löslich in polaren Lösungsmitteln, wie Xylol und Tetralin, sofern die Temperatur leicht erhöht ist.

Im Vergleich zu anderen Polymeren liegt die Steifigkeit von Polypropen im mittleren Bereich. Polymere, wie Polyamid besitzen eine höhere Steifigkeit. Jedoch hat beispielsweise Polyethen eine niedrigere als Polypropen

Abschließend kannst Du Dir merken, dass Polypropen im Lebensmittelbereich und im pharmazeutischen Bereich verwendet werden darf. Dieses Polymer ist hinsichtlich Physiologie unbedenklich und biologisch beständig.

Taktizität

Anders als Polyethen enthält Polypropylen eine Methylgruppe als Seitenkette. Die räumliche Anordnung von dieser Methylgruppe beeinflusst die Kristallinität des Kunststoffs. Der Begriff Taktizität beschreibt diese unterschiedliche räumliche Anordnung einer Seitenkette in einem Polymer.

Wenn die Methylgruppe von Polypropylen immer in die gleiche Richtung zeigt, liegt ein isotaktischer Kunststoff vor. Isotaktisches Polypropen tritt teilkristallin auf. In der Regel liegt Polypropen als isotaktischer Polymer vor.

Ein syndiotaktischer Kunststoff ist ein Makromolekül, bei dem die Seitenkette abwechselnd nach vorn und nach hinten im Raum ausgerichtet ist. Ähnlich wie isotaktisches Polypropen kommt syndiotaktisches Polypropylen teilkristallin vor. Anders verhält es sich bei ataktischem Polypropen, bei dem die Methylgruppe unregelmäßig im Raum angeordnet ist. Dieses Polymer ist amorph.

Polypropylen Strukturfomeln isotaktischem, syndiotaktischem und ataktischem Polypropen Eigenschaften StudySmarterAbbildung 3: Die Taktizität von Polypropen beeinflusst dessen Kristallinität

Ein amorpher Stoff hat keine regelmäßige und geordnete Struktur der Atome. Eine Fernordnung besteht nicht. Lediglich eine Nahordnung existiert.

Ein teilkristalliner Kunststoff besitzt Anteile mit einer ungeordneten, amorphen Struktur als auch Anteile mit einem geordneten, kristallinen Aufbau.

Polypropylen – Geschichtlicher Hintergrund

1951 wurde die erste Herstellung von Polypropen durch Hogan und Banks ermöglicht. Die beiden Forscher wurden von der Firma Philips Petroleum Company beauftragt.

Robert Banks und J. Paul Hogan waren amerikanische Chemiker, die zusammen an der Synthese von Polyolefinen arbeiteten.

1953 entwickelte Karl Ziegler als Forscher des Max-Plank-Instituts einen Prozess, wodurch eine großtechnische Produktion von Polypropen möglich wurde. Zudem war der so hergestellte Kunststoff beständiger gegenüber Temperatur und Druck.

1957 gelang auch Giulio Natta, einem Chemiker aus Italien, eine Synthese von Polypropen in großtechnische Mengen. Diese Verfahrensweise entwickelte Natta für das italienische Unternehmen Montecatini.

Da Ziegler und Natta zur etwa gleichen Zeit ein Patent angemeldeten hatten, wurde Rechtsstreitigkeiten entfacht.

Polypropylen – Herstellung

Polypropen wird durch eine Polymerisation von Propen synthetisiert.

Du solltest jedoch beachten, dass eine radikalische Polymerisation zur Herstellung von Polypropen nur bedingt geeignet ist. Mit dieser Polymerisation können keine Polypropen-Verbindungen mit einer ausreichend hoher Molmasse hergestellt werden können. Das Radikal ist durch die vorhandene Methylgruppe stabilisiert, da dieser Substituent einen +I-Effekt ausübt. Dies erschwert eine Synthese von Polypropylen-Verbindungen mit großen Molmassen mittels radikalischer Polymerisation.

Ein +-I-Effekt ist ein Effekt, der elektronenschiebend wirkt. Ursache sind unterschiedlich hohe Elektronegativitäten zwischen zwei Bindungspartner. Der +I-Effekt tritt bei Substituenten mit einer niedrigen Elektronegativität und Gruppen, die negativ geladen sind, auf. Es kommt zu einer Erhöhung der Elektronendichte beim Bindungspartner.

Industriell wird Polypropen mit Hilfe verschiedener Verfahrensweisen produziert. Alle Verfahren haben jedoch die Gemeinsamkeit, dass zur Herstellung von Polypropylen heutzutage Propen-Gas verwendet wird. Unter Ausübung eines hohen Drucks wird das Gas auf 90°C erhitzt. In dieser Gasphase findet die Kettenpolymerisation statt. Dabei werden verschiedene Katalysatoren verwendet. Ein sehr bekannter Katalysator ist der Ziegler-Natta-Katalysator.

Die grundlegende Reaktionsgleichung lautet:

Polypropylen Reaktionsgleichung der Polymerisation von Polypropen Herstellung StudySmarterAbbildung 4: Reaktionsgleichung der Polymerisation von Polypropen

Polypropylen – Verarbeitung

Polypropen kann durch eine Vielzahl von Prozessen, wie Extrudieren, Spritzgießen oder Warmumformen, weiterverarbeitet werden. Drei bekannte Verarbeitungsprodukte aus Polypropylen lernst Du nun kennen.

Expandiertes Polypropen (EPP) ist ein Partikelschaumstoff, der auf Polypropen basiert. EPP ist ein elastischer bis harter, leichter und strukturfester Kunststoffschaum. Der Kunststoff hat eine gute Wärmedämmung, ist beständig gegenüber Chemikalien und vermindert Schallenergie. Aufgrund dieser Eigenschaften wird EPP häufig in der Autoindustrie und zum Isolieren genutzt.

Cast Polypropylen (CPP) heißt übersetzt ins Deutsche "ungerecktes Polypropen". Ungerecktes Polypropen wird meist als Verpackungsmaterial genutzt. CPP ist ein transparenter, steifer und abriebfester Kunststoff.

Durch Verstrecken von Polypropen-Folien können Kunststofffolien hergestellt werden, welche weniger ausdehnbar und reißfester sind. Zudem haben verstreckte Polypropen-Folien eine geringere Wasserstoffpermeation. Zu solchen Kunststoffen zählen oriented polypropylene (OPP) und biaxially oriented propylene (BOPP).

Polypropylen – Verwendung

Polypropen ist weitverbreitet und wird für zahlreiche Produkte verwendet. Hier lernst Du einen kleinen Ausschnitt des Verwendungsbereichs von Polypropylen kennen.

In der Lebensmittelindustrie wird Polypropylen für Verpackungen genutzt. Deine Joghurtbecher, dein Strohhalm und auch Verschlüsse von Flaschen sind nur einige Beispiele aus deinem Alltag.

Polypropylen Lebensmittel Plastikverpackungnen Verwendung StudySmarterAbbildung 5: Vielen Plastikverpackungen von Lebensmitteln sind aus PolypropenQuelle: pixabay.com

Viele Rohrleitungen, Armaturen und auch Verbindungsteile im Bauwesen bestehen aus Polypropen. Auch Ummantelungen von Kabel sowie Isolierfolien beinhalten Polypropen.

Sogar im Auto kannst Du Polypropylen finden, denn häufig ist die Innenausstattung von PKWs aus Polypropen.

Weitere Verwendungsbereiche sind Batteriegehäuse, Kindersitze sowie Fahrradhelme. Zudem werden Fasern aus Polypropen in Textilien, Teppiche und Seile eingearbeitet. Es gibt aber noch zahlreiche weitere Beispiele.

Polypropylen - Das Wichtigste

  • Polypropen wird durch Kettenpolymerisation aus Propen synthetisiert und ist ein thermoplastischer, teilkristalliner Kunststoff.
  • Polypropylen hat eine Gebrauchstemperatur von 0°C bis 100°C, ist beständig gegenüber Fetten und organischen Lösungsmitteln und hat mit 0,895 und 0,92 g/cm3 eine geringe Dichte.
  • Eine Syntheseart, welche eine großtechnische Herstellung erlaubt, entwickelte Natta für das italienische Unternehmen Montecatini.
  • Die Herstellung von Polypropen erfolgt in der Gasphase bei Temperaturen von 90°C, hohem Druck und unter Einsatz von Katalysatoren.
  • Polypropen ist ein weitverbreiteter Kunststoff, der auch in vielen alltäglichen Produkten enthalten ist.

Nachweise

  1. Prozesstechnik online: Lexikon Pharmatechnologie Obere Gebrauchstemperatur (27.10.2022)
  2. Chemie.de: Lexikon Polypropylen (27.10.2022)
  3. Chemgapedia.de: Olefinpolymerisation, Propenpolymerisation (27.10.2022)
  4. Kunststoffe.de: Chemikalienbeständigkeit von Polypropylen (27.10.2022)
  5. Abbildung 1: PP auf Verpackungen steht für Polypropen – Public Domain

Häufig gestellte Fragen zum Thema Polypropylen

Polypropen ist recht ungefährlich. Der Kunststoff ist biologisch beständig und auch hinsichtlich Physiologie undenklich. Somit darf er in der Lebensmittelindustrie und im pharmazeutischen Bereich verwendet werden.

Polypropen ist beständig gegenüber vielen chemischen Substanzen. Dazu zählen auch organische und anorganische Säuren.

Polypropylen ist ein viel verwendeter Kunststoff. Polypropylen ist in vielen Verpackungsmaterialien in der Lebensmittelindutrie enthalten. Weitere Beispiele sind Ummantelungen von Kabeln, Fahrradhelmen oder die Innenausstattung von Autos.

Polypropylen wird für viele Produkte verwendet. Aufgrund seiner Eigenschaften ist besonders der Einsatz für Verpackungsmaterialen weit verbreitet.

Finales Polypropylen Quiz

Frage

Was ist Polypropen?

Antwort anzeigen

Antwort

Polypropen ist ein Kunststoff, der durch Kettenpolymerisation aus Propen synthetisiert wird. Es ist ein teilkristalliner und thermoplastischer Kunststoff.

Frage anzeigen

Frage

Welche Polymere gehören zu den Polyolefinen?

Antwort anzeigen

Antwort

Zu den Polyolefinen gehören Polypropen, Polyethen und Polybutylen.

Frage anzeigen

Frage

Wo liegt die Gebrauchstemperatur von Polypropen?

Antwort anzeigen

Antwort

Die Gebrauchstemperatur von Polypropen befindet sich bei etwa 100°C bis 110°C.

Frage anzeigen

Frage

Wogegen ist Polypropen gut beständig und wogegen nicht?

Antwort anzeigen

Antwort

Polypropen hat eine gute Beständigkeit gegenüber organischen Lösungsmitteln und Fetten. Gegenüber starken Oxidationsmitteln ist Polypropen wenig beständig.

Frage anzeigen

Frage

Warum ist Polypropen wenig beständig gegenüber starken Oxidationsmitteln?

Antwort anzeigen

Antwort

Polypropen ist durch ein Wasserstoffatom, das am tertiären Kohlenstoffatom gebunden ist, wenig beständig gegenüber starken Oxidationsmitteln. Durch dieses Wasserstoffatom kann Polypropen leichter oxidiert werden.

Frage anzeigen

Frage

Wann ist Polypropen teilkristallin?

Antwort anzeigen

Antwort

Isotaktisches und syndiotaktisches Polypropen sind teilkristallin.

Frage anzeigen

Frage

Warum ist die Herstellung von Polypropen mittels radikalischer Polymerisation nur bedingt möglich?

Antwort anzeigen

Antwort

Eine radikalische Polymerisation ist zur Herstellung von Polypropen nur bedingt geeignet. Denn mit dieser Polymerisation können keine Polypropen-Verbindungen mit einer ausreichend hohen Molmasse hergestellt werden können. Das Radikal ist durch die vorhandene Methylgruppe stabilisiert, da dieser Substituent einen +I-Effekt ausübt. Dies erschwert eine Synthese von Polypropylen-Verbindungen mit großen Molmassen mittels radikalischer Polymerisation.

Frage anzeigen

Frage

Welche drei Verarbeitungsprodukte von Polypropen kennst du?

Antwort anzeigen

Antwort

Expandiertes Polypropen,

ungerecktes Polypropen,

verstrecktes Polypropen

Frage anzeigen

Frage

Nenne drei Beispiele, wo Polypropen verwendet wird.

Antwort anzeigen

Antwort

Verpackungen in der Lebensmittelindustrie,

Ummantelungen von Kabel,

Innenausstattung von PKWs

Frage anzeigen

Frage

Wie wird Polypropen industriell hergestellt?

Antwort anzeigen

Antwort

Unter Ausübung eines hohen Drucks wird Propengas auf 90°C erhitzt. In dieser Gasphase findet die Kettenpolymerisation statt. Dabei werden verschiedene Katalysatoren verwendet.

Frage anzeigen

Frage

Wer stellt Polypropen erstmals her?

Antwort anzeigen

Antwort

Die erste Herstellung von Polypropen wurde durch die Hogan und Banks ermöglicht.

Frage anzeigen

Frage

Was ist ein amorpher Stoff?

Antwort anzeigen

Antwort

Ein amorpher Stoff hat keine regelmäßige und geordnete Struktur der Atome. Eine Fernordnung besteht nicht. Lediglich eine Nahordnung existiert.

Frage anzeigen

Frage

Wodurch wird die Kristallinität von Polypropen beeinflusst?

Antwort anzeigen

Antwort

Die räumliche Anordnung der Methylgruppe, welche eine Seitenkette im Polypropen ist, beeinflusst dessen Kristallinität.

Frage anzeigen

Frage

Was ist ein Standardkunststoff?

Antwort anzeigen

Antwort

Ein Standardkunststoff wird in großen Mengen produziert, wobei die Herstellung auch sehr preiswert ist. Zudem wird ein Standardkunststoff in vielen Bereichen eingesetzt.

Frage anzeigen

Frage

Was sind Polyolefine?

Antwort anzeigen

Antwort

Polyolefine bezeichnen eine Gruppe von Polymeren, die aus Alkenen hergestellt werden.

Frage anzeigen

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