Polypropylen - PP

Auszug aus dem Buch "Plast og Miljø" - Teknisk Forlag - Lars Borch Pedersen

3.1.2 Polypropylen - PP

Propylen ist ein farbloses und brennbares Gas. Polypropylen (PP) kommt in drei Isomeren vor (Stoffer mit derselben Bruttoformel, aber mit unterschiedlichen Strukturformeln). Es ist möglich zwei feste teilkristalline Strukturen, abhängig von der Platzierung der Methylgruppe (-CH3), sowie eine weiche, elastische (amorphe) Struktur zu erhalten.

Kommerziell wird nur das teilkristalline PP (Kristallisierungsgrad 60-70%) eingesetzt, wo die Methylgruppen auf derselben Seite platziert sind. PP wird, genau wie Polyethylen (HDPE), bei geringem Druck und niedriger Temperatur unter Verwendung eines Ziegler-Natta-Katalysators hergestellt.

Es können bei der PP-Herstellung Additive direkt nach der Polymerisation oder in Verbindung mit der endgültigen Verarbeitung (compounding) zugesetzt werden. Es werden immer Antioxidante verwendet, da PP leicht oxidiert. Die Verarbeitung von PP erfolgt primär durch Extrudierung , Rotations- und Spritzgießen oder durch Thermoverformung. /6/, /17/, /39/.

Zur Gewinnung und Herstellung des Rohmaterials (Granulat) beträgt der Energieverbrauch ca. 80,0 MJ/kg PP/3/.

Aspekte zur Umwelt und Gesundheit

Die Herstellungsprozesse verlaufen als kontinuierliche Prozesse in geschlossenen Anlagen, wo unmittelbar keine organischen Lösungsmittel freigesetzt werden. Die Verarbeitung von Thermplast-Produkten erfolgt aus dem Granulat oder Pulver. Daraus ergibt sich die Gefahr der Berührung von Stäuben beim Umgang mit dem PP-Granulat oder -Pulver.

In Verbindung mit der Reinigung der Maschinen besteht die Gefahr des Kontakts mit sowie von Emissionen von Lösungsmitteln oder Propylen /17/.

Propylen

Die Toxicität von Propylen ist sehr gering. Bei hohen Konzentrationen (über 65.000 ppm) kann eine leichte Benommenheit und Konzentrationsschwäche beobachtet werden. Höhere Konzentrationen haben eine entsprechend stärkere Wirkung. Propylen hat folgende Gefahreneinstufung: Äußerst feuergefährlich /15/.

Jede Form der Erwärmung birgt die Mööglichkeit der Abspaltung von flüchtigen Verbindungen. Die Herstellungs- und Verarbeitungstemperaturen werden so angepasst, dass ein thermischer Zerfallsprozess möglichst vermieden wird. Bei einem thermooxidativen Zerfallsprozess verschlechtern sich die mechanischen Eigenschaften des Kunststoffmaterials.

Bei unregelmäßigem Betrieb, z. B. Überhitzung und Vorhandensein von Sauerstoff während der Herstellung oder Verarbeitung, besteht die Gefahr, dass sich eine Reihe von umwelt- und gesundheitsgefährdenden Oxidationsprodukten wie Formaldehyd, Acrolein und diverse andere Säuren und Ketone, z. B. Ameisensäure und Essigsäure, bilden.

Bei Überhitzung von PP sind Temperaturen über 220-280° C gemeint. Die empfohlene Verarbeitungstemperatur für PP liegt bei 100-120° C, die Verarbeitung kann jedoch auch bei Temperaturen bis zu 310° C erfolgen. Die Gefahr der Überhitzung und nachfolgender Bildung von Oxidationsprodukten ist gering.

Bei der normalen Verarbeitung von Polyolefinen können die erwähnten Stoffe sich nur in geringen Mengen entwickeln, da immer nur kleine Molekyle freigesetzt werden (man kann die Verarbeitung des Kunststoffes riechen). Die Gefahr, dass sich größere Mengen an chemischen Stoffen entwickeln, die die hygienischen Grenzwerte übersteigen, ist gering /50/.

Materialcharakterisierung

Polypropylen ist ein teilkristallines Thermoplast, die Glasübergangstemperatur Tg liegt bei ca. - 10-5° C und der Schmelzpunkt bei ca. 165° C. Die maximale Anwendungstemperatur in der Luft und im Wasser liegt jeweils bei Tml » 80-120° C und Tmw » 90-100° C. Die Dichte für PP ist 0,900-0,910 g/cm3 (Homopolymer). Das E-Modul (Zug) für PP ist 1,05-2,10 GPa (Homopolymer) und für 40% glasfaserverstärktes PP 3,50-7,00 GPa (ASTM) /6/.

1: zufriedenstellend, 2: Bedarf Test, 3: nicht zufriedenstellend, S: Gefahr der Spannungskorrosion (Zerfall).

PP ist beständig gegenüber kochendem Wasser. PP wird von oxidierenden Säuren angegriffen, wenn die Temperatur längere Zeit höher ist als 90° C. Im Allgemeiinen besitzt Polypropylen gute elektrische Isolierungseigenschaften. PP besitzt gute mechanische Eigenschaften in Form von hoher Härte und Steifigkeit, ist leicht zu verarbeiten und ein billiges Material.

Die Verwendung von PP wird ein wenig dadurch begrenzt, das es ein brandförderndes Material ist, und dass nicht-stabilisiertes Polypropylen durch UV-Strahlung zerfällt. PP wird spröde bei Temperaturen unter - 20° C, siehe im Übrigen Anhang B.

Ein anderer Kunststoff mit ähnlichen Materialeigenschaften ist z. B. Polyethylen (HDPE) /48/. /5/, /7/.

Copolymerisation

Polypropylen wird in großem Umfang als Copolymer verwendet, ein Beispiel ist die Copolymerisation mit Polyethylen, was bedeutet, dass die untere Verwendungstemperatur des PPs gesenkt wird.

Als thermoplastisches Elastomer wird PP mit EPM-Gummi copolymerisiert (PP und Polyethylen, die unter Verwendung von Peroxid querverbunden sind) und zeichnet sich in hellen Farben (ohne Zusatz von Ruß) durch gute Ozon- und Witterungsbeständigkeit aus, siehe im Übrigen Abschnitt 3.11. /5/, /7/.

Typische Anwendungsgebiete

PP wird für Behälter, Verpackungen, Beläge, Folien, Rohre, Kabelisolierungen, Möbel, Haushaltsartikel, medizinische Artikel, Spielzeug usw. verwendet. /5/.

Entsorgung

Bei der vollständigen Verbrennung von PP, ohne Zusatz von Additiven, wird CO2 und Wasser gebildet.

PP ist brandfördernd und besitzt einen sogenannten Tropfeffekt, was soviel heißt, dass das brennende Material tropfen und dabei feuerausbreitend wirken kann. Deshalb könnte feuerhemmendes PP bei der Verbrennung eventuell schädliche Stoffe freisetzen, siehe Abschnitt 2.5.

Verglichen mit der Verbrennung von traditionellem Brennstoff (dänische Stromproduktion 1992) wird bei der Verbrennung von PP eine reduzierte Menge an CO2 ausgeschieden, entsprechend 890 g weniger CO2/kg PP, siehe Anhang C und D.

Die Herstellung, Verwendung und Entsorgung von Polypropylen (PP) ist nicht mit wesentlichen Umweltbelastungen verbunden.

Kategorie 1

Die Stoffe, die während der Herstellungs-, Verwendungs- oder Entsorgungsphase gebildet oder umgewandelt werden, dürfen keine besonderen Reinigungsmaßnahmen oder die Notwendigkeit von Schutzmaßnahmen erforderlich machen oder wesentliche Auswirkungen auf die Gesundheit oder Umwelt haben.

Die Kunststoffe erfordern nur einen geringen Energieverbrauch bei der Herstellung des Rohstoffes oder bei der Verarbeiung und haben gleichzeitig einen großen Energiegehalt bei der Verbrennung.

5.1 Kategorie 1

Polypropylen - PP

Der Energieverbrauch für die Gewinnung und Herstellung von PP beträgt 80 MJ/kg, was gering ist.

Die Herstellung und Verarbeitung von PP hat keine wesentlichen Umwelt- und Gesundheitsbelastungen zur Folge. Die Entsorgung von PP durch Verbrennung bei vollständiger Oxidation führt lediglich zur Emission von CO2 und Wasser.

Der Brennwert für PP liegt bei 43,5 MJ/kg, was von einem hohen Energiegehalt zeugt.