Polypropylen — Eigenschaften und Anwendungsgebiete

Polypropylen ist mit ei­nem zwan­zig­pro­zen­ti­gen Marktanteil der am zweit­häu­figs­ten ver­wen­de­te Kunststoff. Es han­delt sich um ei­nes der Endprodukte der Synthese von Polyolefinen, ge­hört da­her zur sel­ben Gruppe wie der Marktführer Polyethylen. Aufgrund sei­nes hö­he­ren Kristallisationsgrades ist Polypropylen im Vergleich zu Polyethylen aus­ge­spro­chen be­stän­dig für ein Polyolefin. Wegen sei­ner ho­hen Widerstandsfähigkeit wird der Standardkunststoff häu­fig im Maschinen- und Fahrzeugbau so­wie in der Elektrotechnik, im Bauwesen, in der Textilindustrie, im Flugmodellbau und in der all­ge­mein­me­di­zi­ni­schen Chirurgie ver­wen­det. Es ist über­aus zug­fest, tem­pe­ra­tur­be­stän­dig, be­an­spruch­bar, hart und be­sitzt ein ho­hes elas­ti­sches Rückstellvermögen. Zudem ist es ge­ruch­los und haut­ver­träg­lich, wes­halb es oft in Sporttextilien und me­di­zi­ni­schen Produkten ein­ge­setzt wird.

Chemische und me­cha­ni­sche Eigenschaften

Polypropylen ist ein Thermoplast, der aus der Kettenpolymerisation von Propen syn­the­ti­siert wird. Wie Polyethylen ist auch Polypropylen un­po­lar und teil­kris­tal­lin. Als Polyolefin weist es ei­ne gu­te Chemikalienbeständigkeit und ho­he Widerstandsfähigkeit auf. Aus der Propenpolymerisation er­hält der Kunststoff Methylguppen, wel­che sei­ne me­cha­ni­schen Eigenschaften und ther­mi­sche Resistivität ver­bes­sern. Molekülmasse, Dichte, Kristallisationsgrad, Typ und Co-Monomer-Anteil be­stim­men die Eigenschaften von Polypropylen. Alle Methylgruppen von iso­tak­ti­schen Polypropylenen sind in ei­ne Richtung ori­en­tiert, wo­durch das Material fes­ter und re­sis­ten­ter wird.

In Abhängigkeit des Herstellungsprozesses liegt der Schmelzpunkt zwi­schen 120 und 170°C. Polypropylen ist form­be­stän­dig bis zu 100°C. Polypropylen ist nicht ganz so che­mi­ka­li­en­be­stän­dig wie Polyethylen. Als Polyolefin ist auch Polypropylen ent­flamm­bar und nicht be­son­ders wit­te­rungs­be­stän­dig — es müs­sen al­so meist Additive zum Einsatz kom­men. Die Thermale Ausdehnung ist zwar ge­rin­ger als die von Polyethylen, aber den­noch recht hoch. Zur Optimierung der me­cha­ni­schen Eigenschaften wie Steifigkeit und Dauereinsatztemperatur wird der Kunststoff mit mi­ne­ra­li­schen Füllstoffen (bei­spiels­wei­se Talkum, Kreide oder Glasfasern) gefüllt.

Polypropylen-Typen

Je nach Polymerisationsbedingung lässt sich ei­ne gro­ße Vielfalt von Polypropylenen aus iso­tak­ti­schen, syn­dio­tak­ti­schen und ata­k­ti­schen Polymerisaten herstellen.
Isotaktische Polypropylene ha­ben ei­ne ge­rin­ge­re Dichte, da die ein­sei­tig ori­en­tier­ten Methylgruppen die kris­tal­li­ne Struktur des Polymers er­hal­ten. Die meis­ten kom­mer­zi­el­len Polypropylene sind iso­tak­tisch. Ihr Kristallisationsgrad liegt zwi­schen dem von Low-density Polyethylen und dem von High-density Polyethylen. Isotaktische Polypropylene prä­zi­pi­tie­ren bei Abkühlung auf 25°C. Syndiotaktische Polypropylene sind trans­pa­rent und schlag­zä­her als iso­tak­ti­sche Polypropylene. Die amor­phen ata­k­ti­schen Polypropylene sind bei Raumtemperatur lei­mig, sie wer­den oft als Verguss‑, Dicht- und Dämmmasse ver­wen­det. Sowohl iso­tak­ti­sche als auch ata­k­ti­sche Polypropylene sind lös­lich in P‑xylen.

Anwendungsgebiete

Mehr als ein Drittel al­ler syn­the­ti­schen Fasern wer­den aus Polypropylen her­ge­stellt. Da Polypropylenfasern ei­ne ge­rin­ge­re Dichte als Wasser ha­ben, sind sie äu­ßerst feuch­tig­keits­be­stän­dig, und auf­grund sei­ner ho­hen Oberflächenspannung lei­tet der Kunststoff Feuchtigkeit nach au­ßen ab. Polypropylenfasern wer­den häu­fig für Matratzen-Bezüge ein­ge­setzt, da sie be­son­ders leicht, was­ser­ab­wei­send und haut­ver­träg­lich sind. Auch Teppiche und Hygieneartikel wer­den meist aus Polypropylen gefertigt.
Sowie Polyethylen wird auch Polypropylen häu­fig für die Herstellung von Verpackungsmaterial und star­ren Verpackungen ver­wen­det. Es ist re­sis­tent ge­gen Materialermüdung und wird des­halb oft für ak­ti­ve Gelenke be­nutzt. Sowohl Rohrsysteme mit ho­hem Reinheitsgrad als auch je­ne, die Stabilität und Stärke ver­lan­gen, wer­den oft aus Polypropylenen her­ge­stellt. Aufgrund ih­rer Hitzebeständigkeit wer­den vie­le Kunststoffprodukte in der Medizin aus Polypropylenen gefertigt.

Modifizierung und Optimierung

Die Steifigkeit von Polypropylenen kann durch Glasfaserverstärkung be­deu­tend er­höht wer­den. Polypropylenschaum oder ex­pan­dier­tes Polypropylen ist ein Partikelschaumstoff mit ei­ner Dichte von bis zu 10 kg/m3. Zum Einsatz in Verpackungsmaterial wird meist un­ge­reck­tes Polypropylen oder Cast Polypropylen (CPP) ge­nom­men. Das CPP ist trans­pa­ren­ter, stei­fer und ab­rieb­fes­ter als die her­kömm­li­che Polyethylen-Folie, wes­we­gen es oft als Laminierungsschicht ver­wen­det wird.
Unter 0°C wird der Kunststoff schnell sprö­de und da­her deut­lich schlag­emp­find­li­cher. Polypropylen ist er­heb­lich we­ni­ger ver­schleiß­fest als Polyethylen. Es ist an­fäl­lig auf Kettenzersetzung bei Temperaturen über 100°C. Die Zersetzung zeigt sich in der Außenanwendung durch Risse und Sprünge, wes­halb in sol­chen Fällen Additive zu­ge­setzt wer­den müssen.