Grondstof voor de productie van polypropyleen
De grondstof voor de productie van polypropyleen is propyleen.
Propeen wordt geïsoleerd uit de propaan-propyleenfractie die wordt verkregen door kraken en pyrolyse van aardoliekoolwaterstoffen. De afgescheiden propyleenfractie, die ongeveer 80% propyleen bevat, wordt aan extra destillatie onderworpen; als resultaat wordt propyleen met een concentratie van 98-99% verkregen.
Propyleen van hoge zuiverheid, dat geen vocht, zuurstof, koolstofoxiden en andere onzuiverheden bevat die de polymerisatiekatalysator vergiftigen, wordt verkregen door extra zuivering.
De aanwezigheid van verzadigde koolwaterstoffen van ethaan en propaan in propyleen heeft geen invloed op het proces van polymeervorming. Dit is de basis voor het technologische proces van polymerisatie van propyleen in de vorm van een propaan-propyleenfractie die 30% propyleen en 70% propaan bevat, ontwikkeld in de USSR, waarin propaan een oplosmiddel is en wordt gebruikt om de reactiewarmte te verwijderen .
Polymerisatie van propyleen
De polymerisatie van propyleen in aanwezigheid van Ziegler-Natta-katalysatoren verloopt volgens het ion-coördinatiemechanisme.
Tijdens de polymerisatie van propyleen bestaat het resulterende polypropyleenmacromolecuul uit elementaire eenheden van regelmatig afwisselende secundaire en tertiaire koolstofatomen.
Elk tertiair koolstofatoom is asymmetrisch en kan een van twee (D- of L-) sterische configuraties hebben. Door de polymerisatieomstandigheden en de katalysator te kiezen, is het mogelijk polypropyleen te verkrijgen dat in hoofdzaak één van de gegeven structuren bevat. Dergelijke polymeren worden isotactisch genoemd. Polymeren in de ketens waarvan afwisselend asymmetrische koolstofatomen van de D- en L-configuratie worden genoemd: syndiotactisch. In atactisch polypropyleen zijn de asymmetrische D- en L-configuratie-atomen willekeurig gerangschikt. Isotactische en syndiotactische polymeren worden gezamenlijk stereoregulaire polymeren genoemd.
Daarnaast zijn er in polypropyleen secties met een stereoblokstructuur die isotactisch en atactisch polypropyleen bevatten.
Industrieel geproduceerd polypropyleen is een mengsel van verschillende structuren, waarvan de verhouding afhankelijk is van de procesomstandigheden. Het meest waardevolle materiaal is een polymeer met een laag gehalte aan onzuiverheden van atactische en stereoblokstructuren.
Afhankelijk van het molecuulgewicht en het gehalte van het isotactische deel variëren de eigenschappen van polypropyleen over een groot bereik. Van het grootste praktische belang is polypropyleen met een molecuulgewicht van 80.000-200.000 en een isotactisch gehalte van 80-95%.
Het gehalte van het isotactische deel in het polymeer hangt af van de voor de polymerisatie gebruikte katalysatoren. Een stereoregulier polymeer wordt alleen gevormd in aanwezigheid van dergelijke katalysatoren die het vermogen hebben om de elementaire eenheid in een bepaalde positie te oriënteren ten opzichte van eerder gehechte groepen. De monomeermoleculen worden eerst op het oppervlak van de vaste katalysator geadsorbeerd, georiënteerd en vervolgens aan de polymeerketen gehecht.
Polymerisatie van propyleen wordt uitgevoerd in aanwezigheid van een katalytisch complex Al(C2H5)2Cl/TiCl3 en andere katalysatoren.
De verhouding van componenten in het katalytische systeem beïnvloedt de polymerisatiesnelheid en stereospecificiteit. Bij de molverhouding AlR2CI:TiCl3=2 : 1 toont de maximale activiteit van de katalysator, en bij een verhouding groter dan 3:1 - de hoogste stereospecificiteit.
Titaantrichloride bestaat in verschillende kristallijne modificaties (α, β, γ, σ). , In aanwezigheid van titaniumtrichloride van de violette α-vorm, wordt een polymeer verkregen met de grootste hoeveelheid isotactisch polypropyleen - 80-90%, bij gebruik van titaniumtrichloride van de bruine β-vorm, bevat het resulterende polymeer slechts 40-50 %.
