Polipropileno

Polipropileno
Erro al crear miniatura:
nomenclatura IUPAC	poli(1-metiletileno)
Sinònims	Polipropanol, Ennio calp
Fòrmula química	-(CH3)-n
Monòmer	Propileno (Propé)
número CAS	9003-07-0 (atactico) 25085-53-4 (isotáctico) 26063-22-9 (sindiotáctico)
Densitat	Amorfo: 0,85 g/cm³ Semicristalino: 0,95 g/cm³
temperatura de fusió	173 °C
Temperatura de degradació	287 °C

El polipropileno (PP) és el polímero termoplàstic, parcialment cristalino, que s'obté de la polimerisació del propileno (o propé). Pertany al grup de les poliolefinas i és utilisat en una àmplia varietat d'aplicacions que inclouen empaques per a aliments, teixits, alguns mobles o equipament, equip de laboratori, components automotrices i películes transparents. Té gran resistència contra diversos solvents químics, aixina com contra álcalis i àcit metalúrgics com l'acetat de sodi.

Estructura química

Pel seu mecanisme de polimerisació, el PP és un polímero de reacció en cadena ("d'adició" segons l'antiga nomenclatura de Carothers). Per la seua composició química és un polímero vinílico (cadena principal formada exclusivament per àtoms de carbono) i en particular una poliolefina.

Tacticidad

Les molècules de PP es componen d'una cadena principal d'àtoms de carbono enllaçats entre sí, de la qual pengen grups metilo (CH3-) a un o un atre costat de la cadena. Quan tots els grups metilo estan del mateix costat es parla de "polipropileno isotáctico"; quan estan alternats a un o un atre costat, de "polipropileno sindiotáctico"; quan no tenen un orde aparent, de "polipropileno atáctico". Les propietats del PP depenen enormement del tipo de tacticidad que presenten les seues molècules. Les imàgens següents ilustren els distints tipos de polipropileno segons el seu tacticidad. Els àtoms de carbono es representen en roig (grans) i els d'hidrogen en blau (chicotets).

Erro al crear miniatura:

PP isotáctico.

Erro al crear miniatura:

PP atáctico.

Erro al crear miniatura:

PP sindiotáctico.

Tipos

PP homopolímer

Es denomina homopolímer al PP obtingut de la polimerisació de propileno pur. Segons el seu tacticidad, es distinguixen tres tipos:

• PP isotáctico. La distribució regular dels grups metilo li otorga una alta cristalinidad entre 70 i 85%, gran resistència mecànica i gran tenacitat. És el tipo més utilisat hui dia en injecció de peces (tapa-rolls, joguets, contenidors, etc.) i en extrusió de película plana per a fabricar ràfia o com a paper d'envoltura, substitut d'el celofán.
• PP atáctico. Material de propileno que polimeriza deixant els metilos laterals espacialmente en desorde tal com es mostra en la figura. Este polímero té una "pegajosidad" tal que permet adherir-se en superfícies encara en presència de pols, per la qual cosa s'utilisa com una goma en papers adheribles, o com a base per als adhesius en fos ("hot melt" o barres de "silicon").
• PP sindiotáctico. Molt poc cristalí, tenint els grups metilos acomodats en forma alterna, la qual cosa li fa ser més elàstic que el PP isotáctico pero també menys resistent.

PP copolímer

En afegir entre un 5 i un 30% d'etileno en la polimerisació s'obté un copolímer que posseïx major resistència a l'impacte que el PP homopolímer. Existixen, a la seua volta, dos tipos:

• Copolímer a l'encert, aleatori o random. Els monòmers d'etileno i propileno s'introduïxen al mateix temps en un mateix reactor, resultant cadenes de polímero en les que abdós monòmers s'alternen de manera aleatòria.
• Copolímer en blocs. En este cas primer es porta a terme la polimerisació del propileno en un reactor i després, en un atre reactor, s'afig etileno que polimeriza sobre el PP ya format, obtenint-se aixina cadenes en blocs homogéneus de PP i PE. La resistència a l'impacte d'estos copolímers és molt alta, per lo que se'ls coneix com a PP impacte o PP choque. Quan el percentage d'etileno supera un cert valor, el material pansa a comportar-se com un elastòmer, en propietats molt diferents del PP convencional. A este producte se li crida caucho etileno-propileno (EPR, de l'anglés Ethylene-Propylene Rubber).

• Terpolímero EPDM. Quan s'agrega un tercer component del tipo dieno (Butadieno, per eixemple) el resultat és un elastòmer o hule d'Etileno-Propileno, denominat EPDM.

Propietats

El Polipropileno isotáctico, comercialment conegut com Polipropileno, PP o hPP, és molt similar al polietileno, llevat per les següents propietats:

• Menor densitat: el PP té un pes específic entre 0,9 g/cm³ i 0,91 g/cm³, mentres que el pes específic del PEBD (polietileno de baixa densitat) oscila entre 0,915 i 0,935, i el del PEAD (polietileno d'alta densitat) entre 0,9 i 0,97 (en g/cm³)
• Temperatura de reblandecimiento més alta
• Gran resistència al stress cracking
• Major tendència a ser oxidado (problema normalment resolt per mig de l'adició d'antioxidants)

El PP té un grau de cristalinidad intermig entre el polietileno d'alta i el de baixa densitat.

Propietats mecàniques

	PP homopolímer	PP copolímer	Comentaris
Mòdul elàstic en tracció (GPa)	1,1 a 1,6	0,7 a 1,4
Allargament de trencament en tracció (%)	100 a 600	450 a 900	Junt a el polietileno, una de les més altes de tots els termoplàstics
Càrrega de trencament en tracció (MPa)	31 a 42	28 a 38
Mòdul de flexión (GPa)	1,19 a 1,75	0,42 a 1,40
Resistència a l'impacte Charpy (kJ/m²)	4 a 20	9 a 40	El PP copolímer posseïx la major resistència a l'impacte de tots els termoplàstics
Durea Shore D	72 a 74	67 a 73	Més dur que el polietileno pero menys que el poliestireno o el PET

Presenta molt bona resistència a la fatiga, per això la majoria de les peces que inclouen frontiças utilisen este material.

Propietats tèrmiques

	PP homopolímer	PP copolímer	Comentaris
Temperatura de fusió (°C)	160 a 170	130 a 168	Superior a la d'el polietileno
Temperatura màxima d'us continu (°C)	100	100	Superior al poliestireno, alDPE i al PVC pero inferior al HDPE, al PET i als "plàstics d'ingenieria"
Temperatura de transició vítrea (°C)	-10	-20

A baixa temperatura el PP homopolímer es torna fràgil (típicament entorn als 0 °C); no tant el PP copolímer, que conserva la seua ductilitat fins als -40 °C. El PP és una poliolefina termoplàstica parcialment cristalina

Aplicacions

Erro al crear miniatura:

El polipropileno ha segut un dels plàstics en major creiximent en els últims anys i es preveu que el seu consum continue creixent més que el dels atres grans termoplàstics (PE, PS, PVC, PET). En 2005 la producció i el consum de PP en l'Unió Europea varen ser de 9 i 8 millons de tonellades respectivament, un volum sol inferior al del PE.

El PP és transformat per mig de molts processos diferents. Els més utilisats són:

• Molege per injecció d'una gran diversitat de peces, des de joguets fins a parachoques d'automòvils.
• Molege per bufat de recipients buits com per eixemple botelles o depòsits de combustible.
• Termoformado de, per eixemple, contenidors d'aliments. En particular s'utilisa PP per a aplicacions que requerixen resistència a alta temperatura (microones) o baixa temperatura (congelats).
• Producció de fibres, tant teixides com no teixides.
• Extrusió de perfils, làmines i tubos.
• Impressió 3D, recentment s'ha escomençat a usar en format de filament per a l'impressió 3D FDM.
• Producció de película, en particular:
  • Película de polipropileno biorientado (BOPP), la més estesa, representant més del 20% del mercat de l'embalage flexible en Europa Occidental
  • Película molejada ("cast film")
  • Película bufada ("blown film"), un mercat chicotet actualment (2007) pero en ràpit creiximent

• El PP és utilisat en una àmplia varietat d'aplicacions que inclouen empaques per a aliments, teixits, equip de laboratori, components automotrices i películes transparents.
• Té gran resistència contra diversos solvents químics, aixina com contra álcalis i àcit

Una gran part dels graus de PP són aptes per a contacte en aliments i una minoria pot ser usada en aplicacions mèdiques (malles quirúrgiques per a tractament d'hèrnies), o farmacèutiques.

• Aplicacions del polipropileno
• Erro al crear miniatura:
  Tubo de microcentrífuga
• Erro al crear miniatura:
  Caixa CD

Producció

Existixen numerosos processos diferents per a la producció de PP. El més utilisat en el món actualment (2002) és el Spherizone de Basell.

Catalisador

L'element clau en el procés és el catalisador utilisat. EL rendiment de la reacció depén del tipo de catalisador amprat. Per eixemple, per a un catalisador de Ziegler-Natta de 3.ª generació el rendiment és d'al voltant de 20.000 Kg de polipropileno per Kg de catalisador. Es poden utilisar tres tipos de catalisadors; en orde cronològic d'invenció:

• òxits metàlics
• Ziegler-Natta
• metalocenos

Reactors

Els diferents processos també es diferencien pel tipo de reactor utilisat. Hui en dia (2007) s'utilisen tres tipos de reactors:

• En massa. El reactor conté sol propileno líquit, catalisador i el PP producte. L'eixemple més estés d'este tipo de processos és el Spherizone.
• En suspensió. Ademés de propileno i catalisador, en estos reactors s'afig un diluent inerte. Este tipo de processos va ser l'utilisat en primer lloc per Montecatini i el més amprat fins als anys 1980 pero hui en dia (2007) ya no es construïxen plantes basades en ell per ser més complex que les alternatives (en massa i en fase gas). No obstant, les plantes construïdes fins als anys 1980 seguixen funcionant i produint sobretot PP choque.
• En fase gas. En este cas el propileno s'injecta en fase gas per a mantindre al catalisador en suspensió, formant un llit decorregut. A mida que el PP es va formant sobre les partícules de catalisador, estes modifiquen la seua densitat, la qual cosa fa que abandonen ellit en terminar la seua funció. L'eixemple més estés d'este tipo de procés és el Unipol.

Control de la polimerisació

La majoria dels processos injecten hidrogen per a llimitar el pes molecular produït, ya que actua com agent de transferència de cadena.

Història

Invenció (1950–1957)

A principis de la década de 1950, numerosos grups d'investigació en tot lo món estaven treballant en la polimerisació de les olefina, principalment el etileno i el propileno. Varis d'ells varen conseguir, casi simultàneament, sintetisar PP sòlit en laboratori:

• J. Paul Hogan i Robert Banks, de la nortamericana Phillips Petroleum, varen produir una chicoteta mostra de PP en 1951, pero ni les seues propietats ni el catalisador utilisat la feyen apta per a un desenroll industrial.
• Bernhard Evering i el seu equip de la també nortamericana Standard Oil varen produir mescles de PP i PE des de 1950 per mig d'un catalisador de molibdeno, pero els resultats obtinguts no varen ser satisfactoris i esta via de desenroll va ser finalment abandonada per Standard Oil.
• L'equip dirigit per l'alemà Karl Ziegler, del Institut Max Planck, havia obtingut en 1953 polietileno d'alta densitat usant uns excelents catalisadors organometálicos que en el temps es cridarien catalisadors Ziegler. A finals d'eixe mateix any, varen obtindre PP en un experiment pero no es varen donar conte fins a anys més vesprada. En 1954 Ziegler va concedir una llicència per a usar els seus catalisadors a la nortamericana Hércules, que en 1957 va escomençar a produir PP en Norteamérica.
• L'italià Giulio Natta, del Institut Politècnic de Milà (Itàlia) va obtindre PP isotáctico sòlit en laboratori, en 1954, utilisant els catalisadors desenrollats per Ziegler. Si ben hui se sap que no va anar realment el primer en manipular PP, sí va ser el primer en tirar llum sobre la seua estructura, identificant la isotacticidad com a responsable de l'alta cristalinidad. Poc despuix, en 1957, l'empresa italiana Montecatini, patrocinadora del Politècnic, va iniciar la comercialisació del PP.
• W. N. Baxter, de la nortamericana DuPont, també va obtindre PP en 1954 pero solament en cantitats ínfimes i sense trobar-li utilitat al producte obtingut. DuPont mai va aplegar a comercialisar industrialmente polipropileno.

Desenroll (1957–1983)

Al principi l'us del PP no es va estendre molt per dos raons. En primer lloc, Montecatini es va vore envolta en una complexa série de litigis de propietat intelectual en Phillips, DuPont i Standard Oil, la qual cosa va paralisar en gran medida el desenroll industrial del PP. Esta série de litigis solament es va resoldre completament en 1989. Per un atre costat Montecatini també va tindre un conflicte en Ziegler perque Natta havia usat els seus catalisadors sense permís per a obtindre polipropileno. Paradòxicament, el renom obtingut per Natta va fer que els catalisadors Ziegler aplegaren en el temps a conéixer-se com catalisadors Ziegler-Natta i abdós investigadors compartirien el Premi Nobel de Química de 1963. En segon lloc, el PP tenia séries desventages front al PE: menys resistència a la calor i a la llum i fragilitat a baixa temperatura. El desenroll d'antioxidants específics va solucionar la resistència a la calor i la llum mentres que el problema de la baixa temperatura va ser resolt incorporant a la formulació del PP chicotetes cantitats d'atres monòmers com per eixemple el etileno.

Creiximent (1983–actualitat)

En 1988 el consum mundial de polipropileno va ser de 10 millons de tonellades anuals. Producció i consum en Estats Units i Canadà: 18.000 millons de lliures en 2005 i 18.300 en 2006.

El creiximent de la producció de polipropileno ha anat de la mà d'una série de fusions entre els principals productors. Un eixemple és l'història de la formació de Basell.

En 1983 Hercules i Montedison varen unir la seua producció de PP en una empresa conjunta cridada Himont, que va passar aixina a ser el major productor mundial, en al voltant d'1,1 millons de tonellades any (1,1 Mt/a). En 1987 Hercules es va retirar d'Himont i en 1990 Montedison va adquirir el 100% de l'empresa, alcançant la seua producció casi 1,6 Mt/a. En 1995 Montedison va fusionar Himont en el negoci de Shell en el polipropileno, resultant una nova empresa anomenada Montell, en una capacitat d'uns 2,8 Mt/a. En 1997 Montedison va vendre a Shella seua part per 2000 millons de dólars.

Per una atra part, BASF i Hoechst, dos empreses químiques alemanes, varen unir també en 1997 les seues activitats de producció de PP en una empresa comuna cridada Targor. En 1998 BASF i Shell varen fusionar les seues divisions de polietileno, formant Elenac. El polipropileno va vindre poc despuix i aixina en 1999 BASF i Shell varen anunciar la creació de Basell, un jagant de les poliolefinas format per la fusió de Montell, Targor i Elenac. Esta empresa es va convertir en el primer productor de polipropileno del món, en un 34% de quota de mercat, i principalment centrat en Europa. No obstant, la rendabilitat de la producció de poliolefinas va escomençar a decaure a partir de 2000. Shell va decidir desprendre's dels seus actius petroquímics i va solicitar a BASF posar en venda Basell. 2005 BASF i Shell varen vendre Basell a The Chatterjee Group i al fondo d'inversió Access Industries per 4.400 millons d'euros. Chatterjee és la major accionista d'Haldia Petrochemicals, una petroquímica que, entre atres productes, fabrica PP per mig d'un procés llicenciat per Basell. Actualment, la preocupació pel mig ambient ha fet replantejar el seu us en la fabricació de productes d'un us. Un eixemple clar en l'indústria alimentària, es troba en l'us d'utensilis reutilisables, sent un clar eixemple els gots personalisats.

Referències

Generals:

Propietats:

Aplicacions:

• ^{[enllaç trencat]} en elloc web de Basell
• archive. org/web/20061231004438/http://www. totalpetrochemicals. biz/content/documents/114_pp_european_product_range.pdf PP European product range en elloc web de Total Petrochemicals

Notes:

Enllaços externs

Commons

• Wikimedia Commons alberga contingut multimèdia sobre Polipropileno.