Pp

Pp- jest to skrót od nazwy polipropylen, czyli po nazwie możemy się już spodziewać, że jest to związek z grupy polimerów. Pp to polimer zbudowany z merów propenów (czyli zbudowana z cząsteczek propenu, ale przyznajcie, że wyszedł rym choć niezamierzony). Dodatkowo polipropylen jest jednym z dwóch najczęściej wykorzystywanych tworzyw sztucznych (zaraz obok polietylenu). Pp jest węglowodorowym polimerem termoplastycznym, czyli pod wpływem zwiększenia temperatury staje się plastyczny, a po jej obniżenie się z powrotem zestala, nie powodując zmian własności chemicznych

Ale w nazwie jest propylen, a nie propen (jak to powinno być). Pamiętaj, że propen inaczej znany jako propylen, więc dlatego w nazwie jest polipropylen (oznacza cząsteczkę zbudowaną z propenów, czyli propylenów)

Jak uzyskać polipropylen?
Polipropylen uzyskujemy w wyniki niskociśnieniowej polimeryzacji (kto by się spodziewał, że w reakcji polimeryzacji- wszyscy, którzy wiedzą) propenu, który należy do alkenów, czyli grupy węglowodorów nienasyconych (ze względu na podwójne wiązanie).
W reakcji polimeryzacji wykorzystujemy propen o wzorze (grupowym): .
Sumarycznie propen wygląda tak:
Strukturalnie propen przedstawiamy jako:

|

| |
(specjalne przedłużenie wiązania podwójnego, by wodór się zmieścił)
| |

Choć przy alkenach i alkinach używa się wzoru strukturalnego uproszczonego. Wygląda on tak:

|

I tym wzorem strukturalnym będziemy się posługiwać przy reakcji polimeryzacji. A skoro o polimeryzacji mowa:

Jak wiemy, jedno z wiązań w wiązaniu podwójnym (w przypadku wiązań potrójnych w alkilach – dwa wiązania są…) jest nietrwałe, czyli się 'rozpada’ tworząc dwa miejsca (dla alkenów) do przyłączenia dla innych pierwiastków (chodzi mi tu o reakcję przyłączania zarezerwowanej dla węglowodorów nienasyconych i ich pochodnych) lub związków organicznych (reakcja polimeryzacji)

Zajmijmy się teraz reakcją uzyskania polipropylenu:
Jest ona prosta i wygląda następująco:

/ /
| | | |
n | | | –(polimeryzacja)–> | | |
| | | |
/ /

I w taki sposób otrzymaliśmy polimer o n-ilości merów, a tym jednym merem (i każdym kolejnym) jest propen.

Te puste wiązania to po prostu miejsce dla kolejnych merów, biorących udział w reakcji polimeryzacji.

Jak myślicie- ile trwa reakcja reakcja otrzymywania polipropylenu?

Spróbujcie zgadnąć na razie sami

|
|
|
|
|
|

Reakcja otrzymywania polipropylenu trwa od 30 minut do nawet 10 godzin. Długo, co nie?

Wierzcie lub nie, ale są trzy rodzaje polipropenów. Są one podzielone ze względu na budowę cząsteczki, a dokładnie ze względu na rozmieszczenie odstającej cząsteczki (czyli ). Wyróżniamy (kolor czerwony na zdjęciach to węgiel, a niebieski to wodór):
-polipropylen ataktyczny- odstające cząsteczki są rozmieszczone po obu stronach, ale ułożone chaotycznie (czyli ułożone nierównomiernie). Ułożenie cząsteczek we fragmencie jest pokazane obok:

-polipropylen izotaktyczny- odstające cząsteczki są ułożone wyłącznie po jednej stronie cząsteczki polipropylenu. Widok fragmentu cząsteczki obok (po lewej):

-polipropylen syndiotaktyczny- odstające cząsteczki są ułożone na przemiennie oraz w ładzie (czyli są uporządkowane). Widok fragmentu cząsteczki obok:

A skąd pochodzi ta różnorodność polimerów? Jest to związane z tym że jeden z atomów węgla w każdej cząsteczce propylenu jest zawsze w centrum chiralności. Chiralność to cecha cząsteczek chemicznych, polegająca na tym, że cząsteczka wyjściowa i jej odbicie lustrzane nie są identyczne i nie da się ich nałożyć na siebie w procesie przesunięcia i obrotu w przestrzeni. Ale jak otrzymać te różne odmiany polipropylenu? Już piszę:
Polipropylen ataktyczny i izotaktyczny można otrzymać w jednej reakcji polimeryzacji – wtedy reakcję polimeryzacji wykonujemy w roztworze o temperaturze . Jako rozpuszczalnik w roztworze wykorzystujemy alkany (np.: heksan, heptan), które są cieczami. W takim przypadku wytrąca się (w postaci osadu) polipropylen izotaktyczny, a polipropylen ataktyczny pozostaje w roztworze. Polipropylen syndiotaktyczny nie jest za często stosowany, więc nie będę opisywał jego sposobu otrzymywania.

Zastosowanie poszczególnych odmian:
-polipropylen ataktyczny- ma on bardzo słabe właściwości mechaniczne i praktycznie nie stosuje się go jako materiał konstrukcyjny
-polipropylen izotaktyczny- posiada on najlepszą własność mechaniczną oraz jednocześnie najwyższą, spośród reszty odmian, temperaturę mięknienia. Stosuje się go do produkcji rur, naczyń, zabawek, opakowań i folii. W porównaniu z, wcześniej wspomnianym, polietylenem, polipropylen izotaktyczny jest sztywniejszy, odporniejszy na zginanie i rozrywania, ale łatwiej się go przetwarza. Jednak jest on droższy w produkcji i ma mniejszą odporność chemiczną
-polipropylen syndiotaktyczny- ma słabsze właściwości mechaniczne, lecz posiada niższą temperaturę mięknienia. Czasami jest wykorzystywany do produkcji przedmiotów o bardzo złożonym kształcie, które nie są narażone na działanie zbyt dużego obciążenia mechanicznego (czyli np.: w zabawkach)

Najpopularniejszą odmianą polipropylenu jest polipropylen izotaktyczny, więc w dalszej części wykładu (jak zwał tak zwał), skupimy się trochę bardziej na tej odmianie, a później powrócimy do omawiania polipropylenu.

Produkcja przemysłowa:
Pierwszy proces przemysłowy polipropylenu izotaktycznego został uruchomiony jeszcze w poprzednim wieku, a dokładnie w 1957 roku we Włoszech. U nas, w Polsce, polipropylen izotaktyczny produkowany poprzez zastosowanie katalizatorów typu Zieglera-Natty. Katalizatory typu Zieglera-Natty to mieszaniny różnych związków chemicznych, które są stosowane jako heterofazowe katalizatory stereoselektywnej polimeryzacji olefin. Dwa najpopularniejsze takie katalizatory to:

oraz

Cp (nie chodzi mi o stężenie procentowe) to nic innego jak cyklopentadienyl, nad którym nie będę się na chylał, gdyż jest to opracowanie o polipropylenie, a nie o cyklopentadienylu.

Teraz opiszę wam nowoczesne otrzymywanie polipropylenu.

Polimeryzacja przeprowadzana jest w czterech reaktorach pracujących szeregowo oraz w każdym kolejnym rektorze maleje ciśnienie. Jako rozpuszczalnik wykorzystywany jest heksan, a propylen jest oczyszczony powyżej . Katalizator, pod postacią roztworu we wspomnianym heksanie, dozuje się do pierwszego reaktora, skąd przechodzi do następnych wraz z propylenem. Polimeryzacja zachodzi wtedy w temperaturze ok. oraz przy cieśnieniu przekraczającym 1MP. Wyprodukowaną w ten sposób zawiesinę polipropylenu, zadaje się metanolem w celu dezaktywacji katalizatora. Później zawiesinę przemywa się wodą, by usunąć dezaktywowany katalizator, który na tym etapie jest aktualnie w fazie metanolowo-wodnej. Oddzieloną zawiesinę polipropanolu (oczywiście izotaktycznego) w heksanie od katalizatora, poddaje się odwirowaniu. Uzyskany polimer suszy się za pomocą gorącego azotu w suszarkach transportowych oraz fluidalnych. Wysuszony izotakt (wiecie o co chodzi) jest transportowany za pomocą azotu do miejsca granulacji, po czym dodaje się do niego inne składniki dodatkowe i poddaje się go wytłaczaniu połączonemu z granulowaniem. Otrzymany granulat polipropylenu izotaktycznego jest już gotowym produktem, nadającym się do handlu. Jeśli przy produkcji polipropylenu są wykorzystywane nowsze instalacje, zawierające aktywniejsze katalizatory, to dzięki temu możliwe jest uproszczenie tego sposobu na otrzymywanie polipropylenu, głównie dzięki eliminacji procesu mycia, co jest jednoznaczne z eliminacją procesu oczyszczania ścieków oraz zmniejszeniu użycia pary technologicznej.
Wytworzony w ten sposób polipropylen izotaktyczny ma masę cząsteczkową od 50 000 u do 100 000 u.

Ale wróćmy teraz na ziemię i omówmy polipropylen.

Właściwości polipropylenu:
-bezbarwny (zauważalne kolory są wynikiem dodatków), ma postać stałą, nierozpuszczalny w wodzie
-jest palnym produktem
-jest bezwonny (nie wydziela zapachu)
-ma gęstość mniejszą od gęstości wody
-mięknie (staje się plastyczny) w temperaturze ok.:
-degraduje się (czyli, że polimer się rozkłada z powrotem na mery, z których został utworzony) w temperaturze ok.:
-nie jest biodegradowalny (nie rozkłada się w wyniku oddziaływania biochemii)
-jest odporny na zginanie i ściskanie
-topi się w temperaturze od do
-jest tworzywem o najmniejszej gęstości, spośród szerokiej gammy stosowanych polimerów
-niewrażliwy na działanie wody

Ponadto jest prawie całkowicie chroniony przed działaniami chemicznymi takich związków jak (przy temperaturze pokojowej):
kwasy, zasady, soli i rozpuszczalniki organiczne.
W temperaturze pokojowej, zaszkodzić mu mogą jedynie:
silne utleniacze [np.: kwas siarkowy (VI), czy kwas azotowy (V)], zasady bielące oraz ciecze niepolarne.
Dodatkowo, gdy Pp jest wystawiony na dłuższe działanie miedzi, to również się niszczy dlatego, gdy przez dłuższy czas będzie występować połączenie polipropylen-miedź to wtedy stosuje się łączniki mosiądzowe miedzy nimi.

Ponadto, przy temperaturze powyżej następuje dyfuzja tlenu do rur stworzonych z Pp.

Mimo że Pp nie rozpuszcza się w wodzie, to przy podwyższonych temperaturach, nasze tworzywo sztuczne jest rozpuszczalne w:
węglowodorach aromatycznych, estrach i ketonach.

Dobrze przepuszcza powietrze, ale słabiej parę. Jest łatwy do przetwórstwa, lecz gdy przetwarzamy polipropylen, musimy pamiętać, by nie przekroczyć temperatury ok.: , gdyż zacznie się jego degradacja.

Ma on również inne wady, takie jak:
mała temperatura użytkowania (zakres od do tylko )
mała odporność na działanie tlenu oraz promieniowania UV (czyli promieniowania nadfioletowego)

Zajmijmy się teraz sposobami przetwarzania i obróbki polipropylenu.
Pp występuje w postaci granulek, które przetwarzamy w procesie wtryskiwania i wytłaczania.

Zajmę się najpierw procesem wtryskiwania:
Proces wtryskiwania to nic innego jak wtryskiwanie ciekłego (granulaty trzeba do tego procesu stopić) polipropylenu do zamkniętej formy, w której panuje niższa temperatura, przez co polipropylen po czasie się zestala. Tą metodą otrzymujemy elementy cienkościenne, o skomplikowanych kształtach i dużych powierzchniach. W taki sposób produkuje się wiele artykułów dla gospodarstwa domowego (czyli do domu). Elementy wytworzone metodą wtryskiwania cechują się dużą sztywnością i połyskiem.

Omówmy sobie teraz proces wtłaczania:
W procesie wtłaczania, stopiony polipropylen jest przepychany przez dwuwymiarowy otwór. Następnie przechodzi on przez wiele kształtów/rozmiarów, w których stopiony polipropylen ma pożądany kształt, kiedy się ochładza. Metodą tą wytworzymy m.in.: rury, izolacje dla rur stalowych i przewodów elektrycznych, płyty folie, i włókna.

A co się dzieje z zużytymi wytworami z polipropylenu?
Po oczyszczeniu i przetworzeniu ich ponownie w granulki, mogą być ponownie wykorzystane do dalszego przetwórstwa (recykling). Jednak tych odzyskanych granulek (tych uzyskanych po zużytych wytworach z polipropylenu) nie można wykorzystywać do produkcji zabawek, czy opakowań środków spożywczych, z uwagi na możliwą toksyczność tego produktu pochodzącego z odzysku (polipropylen miał kontakt z różnymi produktami podczas swojej 'śmieciowej podróży’).

Do czego polipropylen jest wykorzystywany?
Stosuje się go w nakładaniu powłok metodą fluidyzacji oraz natrysku płomieniowego. Wykorzystuje się go często do produkcji włókien wytworzonych głównie w reakcji przędzenia. Wykorzystujemy go również przy wytwarzaniu materiałów porowatych, które są wykorzystywane w materiałach izolujących termicznie.

Dodatkowo jest on wykorzystywany w:
-przemyśle chemicznym i farmaceutycznych do produkcji: przewodów do wody, i innych cieczy , zbiorników, wykładzin, naczyń laboratoryjnych, tkanin filtracyjnych, sprzętu medycznego, naczyń dla chorych, strzykawek jednorazowego użytku, opakowań leków.
-przemyśle włókienniczym do produkcji: oprzyrządowania narażonego na działanie chemikaliów (takich jak, np.: cewki, skrętarki czy snowarki), zbiorników do aparatów barwiących, włókien, dywanów, tkanin technicznych.
-przemyśle elektrotechnicznym do produkcji: obudowy i części dla różnych produktów pochodzących z tego przemysłu, izolacji (w tym kabli, i przewodów).
-przemyśle samochodowym do produkcji: elementów samochodowych (głównie zderzaków, przednich części karoserii oraz elementów wyposażenia wnętrz).
-budownictwie i meblarstwie do produkcji: izolacji piankowych, wykładzin, polepszaczy właściwości mechanicznych konstrukcji betonowych, wyposażenia łazienek, sprzętu pralniczego, przewodów gazowych i centralnego ogrzewania oraz klimatyzacyjnych, niektóre meble oraz ich elementy
-przemyśle spożywczym i opakowań do produkcji: wykładzin cystern do mleka (tak, to prawda- wykładzina w cysternach), słojów, butelek, pojemników i różnych opakowań (w tym z folii)
-produkcji artykułów gospodarstwa domowego i zabawek (pamiętasz jedną z odmian polipropylenu, czyli dokładnie odmianę syndiotaktyczną)

Mam dla was również ciekawostki o polipropylenie. Oto one:
Czy wiesz, że …
-w porównaniu z produkcją innych polimerów, produkcja polipropylenu jest najbardziej eko, ze względu na to, że przy produkcji polipropylenu, wydziela się mniej dwutlenku węgla () oraz odpadów.
-Ze względu na ekologiczne właściwości polipropylenu, największe firmy rezygnują małymi kroczkami z opakowań/materiałów typu PET czy PCV, na rzecz właśnie naszego wspaniałego polipropylenu (plus wychodzi taniej przy składowaniu odpadów, lecz nie wiem jak jest z ceną produkcji, więc może trochę mniej kosztuje)
-Nasze Pp jest wykorzystywane również do produkcji prototypowych (czyli jeszcze w fazie testów) produktów i wynalazków

Ode mnie to tyle i pamiętajcie, że polipropylen to wspaniały związek (i może też materiał przyszłości jak to jest z grafenem- odmiana alotropowa węgla)

To tyle. Koniec