Surovina na výrobu polypropylénu
Surovinou na výrobu polypropylénu je propylén.
Propylén sa izoluje z propán-propylénovej frakcie získanej krakovaním a pyrolýzou ropných uhľovodíkov. Oddelená propylénová frakcia obsahujúca asi 80 % propylénu sa podrobí ďalšej destilácii; ako výsledok sa získa propylén s koncentráciou 98 až 99 %.
Dodatočným čistením sa získava propylén vysokej čistoty, ktorý neobsahuje vlhkosť, kyslík, oxidy uhlíka a iné nečistoty, ktoré otravujú polymerizačný katalyzátor.
Prítomnosť nasýtených uhľovodíkov etánu a propánu v propyléne neovplyvňuje proces tvorby polyméru. Toto je základ technologického procesu polymerizácie propylénu vo forme propán-propylénovej frakcie obsahujúcej 30% propylénu a 70% propánu, vyvinutý v ZSSR, v ktorom je propán rozpúšťadlom a používa sa na odstránenie reakčného tepla. .
Polymerizácia propylénu
Polymerizácia propylénu v prítomnosti katalyzátorov Ziegler-Natta prebieha podľa mechanizmu koordinácie iónov.
Počas polymerizácie propylénu sa výsledná polypropylénová makromolekula skladá z elementárnych jednotiek pravidelne sa striedajúcich sekundárnych a terciárnych atómov uhlíka.
Každý terciárny atóm uhlíka je asymetrický a môže mať jednu z dvoch (D- alebo L-) stérických konfigurácií. Výberom polymerizačných podmienok a katalyzátora je možné získať polypropylén obsahujúci hlavne jednu z daných štruktúr. Takéto polyméry sa nazývajú izotaktické. Polyméry, v ktorých reťazcoch sa striedajú asymetrické atómy uhlíka v D- a L-konfigurácii, sa nazývajú: syndiotaktické. V ataktickom polypropyléne sú asymetrické atómy D- a L-konfigurácie usporiadané náhodne. Izotaktické a syndiotaktické polyméry sa súhrnne označujú ako stereoregulárne polyméry.
Okrem toho v polypropyléne existujú sekcie so stereoblokovou štruktúrou obsahujúce izotaktický a ataktický polypropylén.
Priemyselne vyrábaný polypropylén je zmesou rôznych štruktúr, ktorých pomer závisí od podmienok procesu. Najcennejším materiálom je polymér s nízkym obsahom nečistôt ataktických a stereoblokových štruktúr.
V závislosti od molekulovej hmotnosti a obsahu izotaktickej časti sa vlastnosti polypropylénu líšia v širokom rozmedzí. Najväčší praktický záujem je polypropylén s molekulovou hmotnosťou 80 000 – 200 000 a izotaktickým obsahom 80 – 95 %.
Obsah izotaktickej časti v polyméri závisí od katalyzátorov použitých na polymerizáciu. Stereoregulárny polymér vzniká len v prítomnosti takých katalyzátorov, ktoré majú schopnosť orientovať elementárnu jednotku v určitej polohe vzhľadom na predtým pripojené skupiny. Molekuly monomérov sa najskôr adsorbujú na povrch pevného katalyzátora, zorientujú sa a potom sa pripájajú k polymérnemu reťazcu.
Polymerizácia propylénu sa uskutočňuje v prítomnosti katalytického komplexu Al(C2H5)2Cl/TiCl3 a iné katalyzátory.
Pomer zložiek v katalytickom systéme ovplyvňuje rýchlosť polymerizácie a stereošpecifickosť. Pri molárnom pomere AlR2CI:TiCl3=2:1 ukazuje maximálnu aktivitu katalyzátora a pri pomere presahujúcom 3:1 - najvyššiu stereošpecifickosť.
Chlorid titaničitý existuje v niekoľkých kryštalických modifikáciách (α, β, γ, σ). , V prítomnosti chloridu titanitého vo fialovej α-forme sa získa polymér s najväčším množstvom izotaktického polypropylénu - 80-90%, pri použití chloridu titanitého hnedej β-formy výsledný polymér obsahuje len 40-50 %.
