Rohstoff für die Polypropylen-Produktion
Ausgangsstoff für die Herstellung von Polypropylen ist Propylen.
Propylen wird aus der durch Cracken und Pyrolyse von Erdölkohlenwasserstoffen erhaltenen Propan-Propylen-Fraktion isoliert. Die abgetrennte Propylenfraktion, die etwa 80 % Propylen enthält, wird einer zusätzlichen Destillation unterzogen; als Ergebnis wird Propylen mit einer Konzentration von 98–99 % erhalten.
Propylen von hoher Reinheit, das keine Feuchtigkeit, Sauerstoff, Kohlenoxide und andere Verunreinigungen enthält, die den Polymerisationskatalysator vergiften, wird durch zusätzliche Reinigung erhalten.
Das Vorhandensein von gesättigten Kohlenwasserstoffen von Ethan und Propan in Propylen beeinflusst den Prozess der Polymerbildung nicht. Dies ist die Grundlage für das in der UdSSR entwickelte technologische Verfahren zur Polymerisation von Propylen in Form einer Propan-Propylen-Fraktion mit 30 % Propylen und 70 % Propan, bei dem Propan ein Lösungsmittel ist und zur Abführung der Reaktionswärme verwendet wird .
Polymerisation von Propylen
Die Polymerisation von Propylen in Gegenwart von Ziegler-Natta-Katalysatoren verläuft nach dem Ionenkoordinationsmechanismus.
Bei der Polymerisation von Propylen besteht das entstehende Polypropylen-Makromolekül aus Elementareinheiten aus regelmäßig alternierenden sekundären und tertiären Kohlenstoffatomen.
Jedes tertiäre Kohlenstoffatom ist asymmetrisch und kann eine von zwei (D- oder L-) sterischen Konfigurationen haben. Durch Auswahl der Polymerisationsbedingungen und des Katalysators ist es möglich, Polypropylen zu erhalten, das hauptsächlich eine der angegebenen Strukturen enthält. Solche Polymere werden isotaktisch genannt. Polymere, in deren Ketten alternierende asymmetrische Kohlenstoffatome der D- und L-Konfiguration genannt werden: syndiotaktisch. In ataktischem Polypropylen sind die Atome mit asymmetrischer D- und L-Konfiguration zufällig angeordnet. Isotaktische und syndiotaktische Polymere werden gemeinsam als stereoreguläre Polymere bezeichnet.
Darüber hinaus gibt es in Polypropylen Abschnitte mit einer Stereoblockstruktur, die isotaktisches und ataktisches Polypropylen enthalten.
Industriell hergestelltes Polypropylen ist eine Mischung verschiedener Strukturen, deren Verhältnis von den Prozessbedingungen abhängt. Das wertvollste Material ist ein Polymer mit einem geringen Gehalt an Verunreinigungen ataktischer und Stereoblockstrukturen.
Je nach Molekulargewicht und Anteil des isotaktischen Anteils variieren die Eigenschaften von Polypropylen über einen weiten Bereich. Von größtem praktischem Interesse ist Polypropylen mit einem Molekulargewicht von 80.000–200.000 und einem isotaktischen Anteil von 80–95 %.
Der Gehalt des isotaktischen Teils im Polymer hängt von den für die Polymerisation verwendeten Katalysatoren ab. Ein stereoreguläres Polymer wird nur in Gegenwart solcher Katalysatoren gebildet, die die Fähigkeit haben, die Elementareinheit in einer bestimmten Position in Bezug auf zuvor angefügte Gruppen auszurichten. Die Monomermoleküle werden zuerst auf der Oberfläche des festen Katalysators adsorbiert, orientiert und dann an die Polymerkette gebunden.
Die Polymerisation von Propylen wird in Gegenwart eines katalytischen Komplexes Al(C) durchgeführt2h5)2Cl/TiCl3 und andere Katalysatoren.
Das Verhältnis der Komponenten im katalytischen System beeinflußt die Polymerisationsgeschwindigkeit und Stereospezifität. Beim Molverhältnis AlR2CI:TiCl3=2:1 zeigt die maximale Aktivität des Katalysators und bei einem Verhältnis von mehr als 3:1 die höchste Stereospezifität.
Titantrichlorid existiert in mehreren kristallinen Modifikationen (α, β, γ, σ). In Gegenwart von Titantrichlorid der violetten α-Form wird ein Polymer mit der größten Menge an isotaktischem Polypropylen erhalten - 80-90%, bei Verwendung von Titantrichlorid der braunen β-Form enthält das resultierende Polymer nur 40-50 %.
