Polipropilene
| Polipropilene | |
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| Nome IUPAC | |
| poly(propene) | |
| Nomi alternativi | |
| Polipropene; Polipropene 25 [USAN];Polimeri di propene; Polimeri di propilene; 1-Propene |
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| Caratteristiche generali | |
| Formula bruta o molecolare | (C3H6)n |
| Numero CAS | [] |
| Proprietà chimico-fisiche | |
| Densità (g/cm3, in c.s.) | 0.855 g/cm3, amorfo 0.946 g/cm3, cristallino |
| Temperatura di fusione (K) | ~160 °C |
Il polipropilene (PP, anche: polipropene) è un polimero termoplastico che può mostrare diversa tatticità. Il prodotto più interessante dal punto di vista commerciale è quello isotattico: è un polimero semicristallino caratterizzato da un elevato carico di rottura, una bassa densità, una buona resistenza termica e all'abrasione.
La densità del polipropilene isotattico è di 900 kg/m³ e il punto di fusione è spesso oltre i 165 °C. Le proprietà chimiche, determinate in fase produzione, comprendono la stereoregolarità, la massa molecolare e l'indice di polidispersione. Il prodotto atattico si presenta invece come un materiale dall'aspetto gommoso, e ha scarso interesse commerciale (è stato usato solo come additivo).
Indice |
[modifica] Storia: produzione e catalisi
Nel 1953 Karl Ziegler scoprì che una miscela di TiCl4 e AlEt3 (alluminio trietile) catalizzano la polimerizzazione dell'etilene a dare il polietilene. Giulio Natta notò immediatamente che tale catalizzatore non era utilizzabile per la produzione di polimeri del propilene: con il catalizzatore di Ziegler si ottenevano solo oligomeri del propilene ad elevato contenuto di prodotto atattico.
Nel 1954 Giulio Natta e Karl Rehn[1] scoprirono che una resa elevata di polipropilene isotattico si ottiene con una miscela di TiCl3 cristallino e AlEt2Cl (Dietil Alluminio Cloruro, DEAC). Peculiarità del cristallo di titanio tricloruro è la presenza di centri metallici in coordinazione ottaedrica ma con insaturazioni della sfera di coordinazione; il propilene è in grado di coordinarsi ai centri metallici attraverso queste lacune, e di polimerizzare in maniera stereospecifica a dare polipropilene isotattico. Un meccanismo ipotizzato, ancora oggi ritenuto il più fondato, fu proposto da Cossee e da Arlman nel 1964.
La produzione venne iniziata dall'industria italiana Montecatini (poi Montedison) e riscosse un ampio successo.
Dopo accurato lavaggio per eliminare eventuali residui di catalizzatore rimasti inclusi nel prodotto (tali ceneri possono dare problemi di corrosione negli impianti dell'acquirente e produttore di oggetti in polipropilene), la resa del catalizzatore di Natta risultava di 4 kg di prodotto per grammo di catalizzatore. Con il catalizzatore sopra citato, inoltre, il 92% del prodotto è costituito da polipropilene isotattico; tale percentuale poteva essere aumentata estraendo il prodotto atattico in eptano bollente. Il prodotto finale sotto forma di polvere, così pulito, viene estruso in pallottole (pellets).
Nel 1971 la Solvay sviluppa un nuovo catalizzatore a base di TiCl3 macinato in presenza di un etere altobollente (dibutiletere). Una elevata resa del catalizzatore (circa 16 kg di polipropilene per grammo di catalizzatore) fu ricondotta all'azione dell'etere, che essendo una base di Lewis disattiva alcune specie presenti sul cristallo di TiCl3 potenzialmente dannose all'attività catalitica. Inoltre l'indice isotattico sale al 96%, rendendo inutile il processo di purificazione dall'atattico con notevole miglioramento dell'attività produttiva.
Solo 4 anni dopo viene prodotto un nuovo catalizzatore a base di TiCl3 supportato su MgCl2, che si rivela un ottimo supporto avendo una struttura cristallina quasi identica a quella del TiCl3. Il catalizzatore è additivato con benzoato di (2-etil)esile in qualità di base di Lewis. Le elevatissime rese (325 kg di PP / g di catalizzatore) rendono superflua addirittura la rimozione delle ceneri catalitiche, mentre si ripropone il problema della rimozione dell'atattico (indice isotattico = ~92%). La sostituzione, nel 1981, del benzoato con uno ftalato permette la produzione di polipropilene avente indice isotattico pari al 97%, mentre l'attività catalitica oscilla fra 600 a 1300 kg/g.
[modifica] Condizioni di reazione e impianto
Il propilene proviene dal cracking di raffineria e deve essere purificato da residui di acqua, ossigeno, monossido di carbonio e composti solforati che possono avvelenare il catalizzatore. Il processo avviene a 60-70 °C e 10 atm di pressione. La reazione è esotermica e l'ambiente di reazione è raffreddato da serpentine e dal monomero di alimentazione (ΔH = 25000 kJ\kg).
Il propilene non reagito viene quindi rimosso e riciclato. Il prodotto isotattico viene recuperato per centrifugazione, mentre il solvente di reazione dovrebbe contenere il prodotto atattico in soluzione. Il prodotto isotattico viene quindi asciugato e additivato da stabilizzanti prima di essere esposto all'aria (la polvere è sensibile all'ossidazione atmosferica). La polvere viene quindi estrusa in pellet.
[modifica] Applicazioni
Il polipropilene ha conosciuto un grande successo nell'industria della plastica: molti oggetti di uso comune, dagli zerbini agli scolapasta per fare alcuni esempi, sono fatti di polipropilene. Altri esempi di utilizzo del polipropilene sono: i cruscotti degli autoveicoli, i tappi e le etichette delle bottiglie di plastica, le reti antigrandine, le custodie dei CD, le capsule del caffè, i bicchierini bianchi di plastica per il caffè.
[modifica] Polipropilene per uso tessile
Alcune società del gruppo Montedison producevano polipropilene per uso tessile in forma di fiocco, chiamato commercialmente Meraklon e in forma di filo continuo, normalmente usato per la fabbricazione di tappeti e di moquette, con il nome commerciale di Neofil.
[modifica] Etichettatura tessile
- PP - sigla della denominazione della fibra polipropilenica.
[modifica] Altri usi
Il polipropilene è usato anche come isolante per cavi elettrici, in alternativa al cloruro di polivinile, per cavi di tipo LSOH in ambienti a bassa ventilazione, come ad esempio le gallerie. Questo impiego è indicato per la caratteristica del polipropilene di emettere meno fumi ed alogeni tossici, che ad alte temperature possono produrre sostanze acide.
Inoltre il polipropilene viene usato per produrre reti per zanzariere plissettate.
L'uso del polipropilene si è esteso a vari campi dell'industria, un esempio importante è l'industria di produzione dei tubi per acqua e gas. Il PP ha recuperato rispetto al PE (polietilene) come materia prima per la costruzione di tubazioni per trasporto di acqua e gas in pressione e non. Il motivo è da ricercare nelle maggiori performance chimiche e soprattutto meccaniche del PP rispetto al PE. Un' altra utilizzazione molto interessante del polipropilene è la costruzione di aeromodelli dinamici che conferisce al velivolo stesso una leggerezza unica. Oggi sono prodotti in PP un numero elevato di oggetti e componenti da costruzione.
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Sedia in acciaio e polipropilene
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Banconota in polipropilene
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Custodia per CD in polipropilene
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Vaso in polipropilene
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[modifica] Elapor
L'Elapor è il nome commerciale del polipropilene espanso. È un materiale simile al polistirolo espanso, ma dotato di elevata elasticità meccanica. Resistente al cianoacrilato, è molto usato nell'edilizia e negli ultimi anni nel modellismo, a causa della peculiare caratteristica di essere in grado di riprendere la forma originale se immerso in acqua bollente. Questa caratteristica lo ha reso utile in particolare nei modellini di aeromobili, i quali sono spesso soggetti a urti o danneggiamenti.
[modifica] Note
- ^ Polymer Pioneers p. 76
[modifica] Bibliografia
- Whiteley, Kenneth S., T. Geoffrey Heggs, Hartmut Koch, Ralph L. Mawer, Wolfgang Immel (2000). Polyolefins. Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry (in inglese). DOI:10.1002/14356007.a21_487.
[modifica] Voci correlate
[modifica] Altri progetti
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