Surowiec do produkcji polipropylenu
Surowcem do produkcji polipropylenu jest propylen.
Propylen jest izolowany z frakcji propanowo-propylenowej otrzymywanej w wyniku krakingu i pirolizy węglowodorów ropopochodnych. Oddzielona frakcja propylenu, zawierająca około 80% propylenu, poddawana jest dodatkowej destylacji; w efekcie otrzymuje się propylen o stężeniu 98-99%.
Propylen o wysokiej czystości, nie zawierający wilgoci, tlenu, tlenków węgla i innych zanieczyszczeń, które zatruwają katalizator polimeryzacji, otrzymuje się przez dodatkowe oczyszczanie.
Obecność nasyconych węglowodorów etanu i propanu w propylenie nie wpływa na proces powstawania polimeru. Stanowi to podstawę opracowanego w ZSRR procesu technologicznego polimeryzacji propylenu w postaci frakcji propanowo-propylenowej zawierającej 30% propylenu i 70% propanu, w którym propan jest rozpuszczalnikiem i służy do odprowadzania ciepła reakcji .
Polimeryzacja propylenu
Polimeryzacja propylenu w obecności katalizatorów Zieglera-Natty przebiega zgodnie z mechanizmem koordynacji jonów.
Podczas polimeryzacji propylenu powstała makrocząsteczka polipropylenu składa się z jednostek elementarnych regularnie naprzemiennych drugorzędowych i trzeciorzędowych atomów węgla.
Każdy trzeciorzędowy atom węgla jest asymetryczny i może mieć jedną z dwóch (D- lub L-) konfiguracji sterycznych. Dobierając warunki polimeryzacji i katalizator można otrzymać polipropylen zawierający głównie jedną z podanych struktur. Takie polimery nazywane są izotaktycznymi. Polimery w łańcuchach, których naprzemienne asymetryczne atomy węgla o konfiguracji D i L nazywane są: syndiotaktycznymi. W polipropylenie ataktycznym asymetryczne atomy o konfiguracji D i L są ułożone losowo. Polimery izotaktyczne i syndiotaktyczne są wspólnie określane jako polimery stereoregularne.
Dodatkowo w polipropylenie występują sekcje o strukturze stereobloku zawierające polipropylen izotaktyczny i ataktyczny.
Polipropylen produkowany przemysłowo jest mieszaniną różnych struktur, których proporcja zależy od warunków procesu. Najcenniejszym materiałem jest polimer o niskiej zawartości zanieczyszczeń o strukturach ataktycznych i stereoblokowych.
W zależności od masy cząsteczkowej i zawartości części izotaktycznej właściwości polipropylenu zmieniają się w szerokim zakresie. Największym praktycznym zainteresowaniem jest polipropylen o masie cząsteczkowej 80 000–200 000 i zawartości izotaktycznej 80–95%.
Zawartość części izotaktycznej w polimerze zależy od katalizatorów użytych do polimeryzacji. Polimer stereoregularny powstaje tylko w obecności takich katalizatorów, które mają zdolność orientowania jednostki elementarnej w określonej pozycji względem wcześniej przyłączonych grup. Cząsteczki monomeru są najpierw adsorbowane na powierzchni katalizatora stałego, orientowane, a następnie przyłączane do łańcucha polimerowego.
Polimeryzacja propylenu prowadzona jest w obecności kompleksu katalitycznego Al(C2h5)2Cl/TiCl3 i inne katalizatory.
Stosunek składników w układzie katalitycznym wpływa na szybkość polimeryzacji i stereospecyficzność. Przy stosunku molowym AlR2CI:TiCl3=2:1 oznacza maksymalną aktywność katalizatora, a przy stosunku przekraczającym 3:1 najwyższą stereospecyficzność.
Trichlorek tytanu występuje w kilku odmianach krystalicznych (α, β, γ, σ). , W obecności trichlorku tytanu fioletowej formy α otrzymuje się polimer z największą ilością polipropylenu izotaktycznego - 80-90%, przy zastosowaniu trichlorku tytanu brązowej formy β uzyskany polimer zawiera tylko 40-50 %.
