Materia prima per la produzione di polipropilene
La materia prima per la produzione di polipropilene è il propilene.
Il propilene è isolato dalla frazione propano-propilene ottenuta mediante cracking e pirolisi degli idrocarburi del petrolio. La frazione di propilene separata, contenente circa l'80% di propilene, viene sottoposta ad ulteriore distillazione; di conseguenza si ottiene propilene con una concentrazione del 98-99%.
Il propilene di elevata purezza, non contenente umidità, ossigeno, ossidi di carbonio e altre impurità che avvelenano il catalizzatore di polimerizzazione, si ottiene mediante ulteriore purificazione.
La presenza di idrocarburi saturi di etano e propano nel propilene non pregiudica il processo di formazione del polimero. Questa è la base per il processo tecnologico di polimerizzazione del propilene sotto forma di una frazione propano-propilene contenente il 30% di propilene e il 70% di propano, sviluppato in URSS, in cui il propano è un solvente e viene utilizzato per rimuovere il calore di reazione .
Polimerizzazione del propilene
La polimerizzazione del propilene in presenza di catalizzatori Ziegler-Natta procede secondo il meccanismo di coordinazione ionica.
Durante la polimerizzazione del propilene, la macromolecola di polipropilene risultante è costituita da unità elementari di atomi di carbonio secondari e terziari regolarmente alternati.
Ogni atomo di carbonio terziario è asimmetrico e può avere una delle due configurazioni steriche (D- o L-). Selezionando le condizioni di polimerizzazione e il catalizzatore, è possibile ottenere polipropilene contenente principalmente una delle strutture date. Tali polimeri sono chiamati isotattici. I polimeri nelle cui catene si alternano atomi di carbonio asimmetrici della configurazione D e L sono chiamati: sindiotattici. Nel polipropilene atattico, gli atomi di configurazione D e L asimmetrici sono disposti casualmente. I polimeri isotattici e sindiotattici sono indicati collettivamente come polimeri stereoregolari.
Inoltre in polipropilene sono presenti sezioni con struttura stereoblock contenenti polipropilene isotattico e atattico.
Il polipropilene prodotto industrialmente è una miscela di varie strutture, il cui rapporto dipende dalle condizioni di processo. Il materiale più prezioso è un polimero con un basso contenuto di impurità di strutture atattiche e stereobloccanti.
A seconda del peso molecolare e del contenuto della parte isotattica, le proprietà del polipropilene variano in un ampio intervallo. Di maggiore interesse pratico è il polipropilene con un peso molecolare di 80.000–200.000 e un contenuto isotattico dell'80–95%.
Il contenuto della parte isotattica nel polimero dipende dai catalizzatori utilizzati per la polimerizzazione. Un polimero stereoregolare si forma solo in presenza di tali catalizzatori che hanno la capacità di orientare l'unità elementare in una certa posizione rispetto ai gruppi precedentemente attaccati. Le molecole di monomero vengono prima adsorbite sulla superficie del catalizzatore solido, orientate e quindi attaccate alla catena polimerica.
La polimerizzazione del propilene viene effettuata in presenza di un complesso catalitico Al(C2h5)2Cl/TiCl3 e altri catalizzatori.
Il rapporto tra i componenti nel sistema catalitico influisce sulla velocità di polimerizzazione e sulla stereospecificità. Al rapporto molare AlR2CI:TiCl3=2 : 1 mostra l'attività massima del catalizzatore e con un rapporto superiore a 3:1 - la più alta stereospecificità.
Il tricloruro di titanio esiste in diverse modificazioni cristalline (α, β, γ, σ). , In presenza di tricloruro di titanio della forma α viola, si ottiene un polimero con la maggiore quantità di polipropilene isotattico - 80-90%, quando si utilizza il tricloruro di titanio della forma β marrone, il polimero risultante contiene solo 40-50 %.
