Råmateriale til polypropylenproduktion
Råmaterialet til fremstilling af polypropylen er propylen.
Propylen isoleres fra propan-propylen-fraktionen opnået ved krakning og pyrolyse af petroleumscarbonhydrider. Den adskilte propylenfraktion, der indeholder ca. 80% propylen, udsættes for yderligere destillation; som et resultat opnås propylen med en koncentration på 98-99 %.
Propylen af høj renhed, der ikke indeholder fugt, oxygen, carbonoxider og andre urenheder, der forgifter polymerisationskatalysatoren, opnås ved yderligere oprensning.
Tilstedeværelsen af mættede carbonhydrider af ethan og propan i propylen påvirker ikke polymerdannelsesprocessen. Dette er grundlaget for den teknologiske proces med polymerisation af propylen i form af en propan-propylen-fraktion indeholdende 30% propylen og 70% propan, udviklet i USSR, hvor propan er et opløsningsmiddel og bruges til at fjerne reaktionsvarmen .
Polymerisation af propylen
Polymerisationen af propylen i nærvær af Ziegler-Natta-katalysatorer forløber ifølge ion-koordinationsmekanismen.
Under polymerisationen af propylen består det resulterende polypropylenmakromolekyle af elementære enheder af regelmæssigt alternerende sekundære og tertiære carbonatomer.
Hvert tertiært carbonatom er asymmetrisk og kan have en af to (D- eller L-) steriske konfigurationer. Ved at vælge polymerisationsbetingelserne og katalysatoren er det muligt at opnå polypropylen, der hovedsageligt indeholder en af de givne strukturer. Sådanne polymerer kaldes isotaktiske. Polymerer i hvis kæder alternerende asymmetriske carbonatomer i D- og L-konfigurationen kaldes: syndiotaktiske. I ataktisk polypropylen er de asymmetriske D- og L-konfigurationsatomer arrangeret tilfældigt. Isotaktiske og syndiotaktiske polymerer omtales samlet som stereoregulære polymerer.
Derudover er der i polypropylen sektioner med en stereoblokstruktur indeholdende isotaktisk og ataktisk polypropylen.
Industrielt fremstillet polypropylen er en blanding af forskellige strukturer, hvis forhold afhænger af procesbetingelserne. Det mest værdifulde materiale er en polymer med et lavt indhold af urenheder af ataktiske og stereoblokstrukturer.
Afhængigt af molekylvægten og indholdet af den isotaktiske del varierer polypropylens egenskaber over et bredt område. Af størst praktisk interesse er polypropylen med en molekylvægt på 80.000-200.000 og et isotaktisk indhold på 80-95%.
Indholdet af den isotaktiske del i polymeren afhænger af de katalysatorer, der anvendes til polymerisation. En stereoregulær polymer dannes kun i nærværelse af sådanne katalysatorer, der har evnen til at orientere den elementære enhed i en bestemt position i forhold til tidligere vedhæftede grupper. Monomermolekylerne adsorberes først på overfladen af den faste katalysator, orienteres og fæstnes derefter til polymerkæden.
Polymerisation af propylen udføres i nærvær af et katalytisk kompleks Al(C2H5)2Cl/TiCl3 og andre katalysatorer.
Forholdet mellem komponenter i det katalytiske system påvirker polymerisationshastigheden og stereospecificitet. Ved molforholdet AlR2CI:TiCl3=2 : 1 viser den maksimale aktivitet af katalysatoren og ved et forhold på over 3:1 - den højeste stereospecificitet.
Titantrichlorid findes i flere krystallinske modifikationer (α, β, γ, σ). , I nærværelse af titantrichlorid af den violette α-form opnås en polymer med den største mængde isotaktisk polypropylen - 80-90%, ved anvendelse af titantrichlorid af den brune β-form indeholder den resulterende polymer kun 40-50 %.
