Surovina pro výrobu polypropylenu
Surovinou pro výrobu polypropylenu je propylen.
Propylen se izoluje z propan-propylenové frakce získané krakováním a pyrolýzou ropných uhlovodíků. Oddělená propylenová frakce obsahující asi 80 % propylenu se podrobí další destilaci; ve výsledku se získá propylen o koncentraci 98-99 %.
Dodatečným čištěním se získává propylen vysoké čistoty, neobsahující vlhkost, kyslík, oxidy uhlíku a další nečistoty, které otravují polymerační katalyzátor.
Přítomnost nasycených uhlovodíků ethanu a propanu v propylenu neovlivňuje proces tvorby polymeru. To je základem pro technologický proces polymerace propylenu ve formě propan-propylenové frakce obsahující 30 % propylenu a 70 % propanu, vyvinutý v SSSR, ve kterém je propan rozpouštědlem a používá se k odvodu reakčního tepla. .
Polymerace propylenu
Polymerace propylenu v přítomnosti katalyzátorů Ziegler-Natta probíhá podle mechanismu iontové koordinace.
Při polymeraci propylenu se výsledná makromolekula polypropylenu skládá z elementárních jednotek pravidelně se střídajících sekundárních a terciárních atomů uhlíku.
Každý terciární atom uhlíku je asymetrický a může mít jednu ze dvou (D- nebo L-) sterických konfigurací. Volbou podmínek polymerace a katalyzátoru je možné získat polypropylen obsahující převážně jednu z daných struktur. Takové polymery se nazývají izotaktické. Polymery, v jejichž řetězcích se střídají asymetrické atomy uhlíku v D- a L-konfiguraci, se nazývají: syndiotaktické. V ataktickém polypropylenu jsou asymetrické atomy D- a L-konfigurace uspořádány náhodně. Izotaktické a syndiotaktické polymery se souhrnně označují jako stereoregulární polymery.
Navíc v polypropylenu existují sekce se stereoblokovou strukturou obsahující izotaktický a ataktický polypropylen.
Průmyslově vyráběný polypropylen je směsí různých struktur, jejichž poměr závisí na podmínkách procesu. Nejcennějším materiálem je polymer s nízkým obsahem nečistot ataktických a stereoblokových struktur.
V závislosti na molekulové hmotnosti a obsahu izotaktické části se vlastnosti polypropylenu mění v širokém rozmezí. Největší praktický zájem je o polypropylen s molekulovou hmotností 80 000–200 000 a isotaktickým obsahem 80–95 %.
Obsah izotaktické části v polymeru závisí na katalyzátorech použitých pro polymeraci. Stereoregulární polymer vzniká pouze v přítomnosti takových katalyzátorů, které mají schopnost orientovat elementární jednotku v určité poloze vzhledem k dříve připojeným skupinám. Molekuly monomeru jsou nejprve adsorbovány na povrchu pevného katalyzátoru, orientovány a poté připojeny k polymernímu řetězci.
Polymerace propylenu se provádí v přítomnosti katalytického komplexu Al(C2H5)2Cl/TiCl3 a další katalyzátory.
Poměr složek v katalytickém systému ovlivňuje rychlost polymerace a stereospecifitu. Při molárním poměru AlR2CI:TiCl3=2 : 1 ukazuje maximální aktivitu katalyzátoru a při poměru přesahujícím 3:1 - nejvyšší stereospecifitu.
Chlorid titaničitý existuje v několika krystalických modifikacích (α, β, γ, σ). , V přítomnosti chloridu titanitého fialové α-formy se získá polymer s největším množstvím isotaktického polypropylenu - 80-90%, při použití chloridu titaničitého hnědé β-formy obsahuje výsledný polymer pouze 40-50 %.
