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

Abbildung 1: PP auf Verpackungen steht für Polypropen

Polypropylen – Strukturformel

Hier siehst Du die Strukturformel von Polypropen:

Abbildung 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 $\frac{\mathrm{g}}{\mathrm{mol}}$. Am Anfang der Polymerkette ist oft ein Startermolekül gebunden und am Ende können verschiedene Substituenten hängen.

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 $\frac{\mathrm{g}}{{\mathrm{cm}}^3}$. Dadurch ist Polypropen der Standardkunststoff, welcher die kleinste Dichte aufweist.

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.

Abbildung 3: Die Taktizität von Polypropen beeinflusst dessen Kristallinität

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.

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.

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:

Abbildung 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.

Abbildung 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.