Olefinpolymerisation
Ethenpolymerisation: Polymertypen und Verfahrensspezifikationen
Produktion
1995 betrug die Weltjahresproduktion an Kunstoffen etwa 114 Millionen Tonnen. Davon entfiel die knappe Hälfte auf Polyethylen (PE) und Polypropylen (PP) im Verhältnis ca. 2:1. Beim Polyethylen beträgt das Verhältnis von LDPE:HDPE:LLDPE ca. 2:2:1. Beim Ethen hat die Bedeutung der radikalischen Polymerisation stetig abgenommen: Während 1983 der Anteil an LDPE noch etwa 60 % betragen hat, wird für 2005 nur noch ein Anteil von ca. 30 % prognostiziert.
Polymertypen
Es ist einsichtig, dass der Polymerisationsmechanismus die Polymereigenschaften maßgeblich bestimmt. Eine radikalische Polymerisation von Ethen führt zu stark verzweigten Polymeren, die amorph sind und eine geringe Dichte (LDPE: low density polyethene; Grenzwert für 100 % amorphes PE: 0,88 ) aufweisen. Koordinative Polymerisation ergibt lineare Polymere hoher Kristallinität und Dichte (HDPE: high density polyethene; Grenzwert für 100 %ig kristallines PE: 1,00 ). Die Copolymerisation von Ethen mit Olefinen ergibt ein lineares Polymer mit kurzen Verzweigungen, das als LLDPE (linear low-density polyethene) bezeichnet wird.
Eigenschaften der drei charakteristischen Polyethylentypen (LDPE: Repsol PE077/A; HDPE: Hoechst GD-4755; LLDPE: BP LL0209) sind nachfolgend zusammengestellt (in Klammern: charakteristischer Bereich):
- Tab.1
- Eigenschaften der drei charakteristischen Polyethylentypen
PE-Typ | LDPE | HDPE | LLDPE |
---|---|---|---|
Dichte [] | 0,924 (0,915 - 0,935) | 0,961 (0,940 - 0,970) | 0,922 (0,900 - 0,970) |
Kristallinität [%] | 40 | 67 | 40 |
Schmelzpunkt [] | 110 | 131 | 122 |
Molmasse [] | 87 | 96 | 96 |
Kurzverzweigungen [Anzahl der Methyl-Gruppen pro 1000 C-Atome] | 23 | 1,2 | 26 |
Elastizitätsmodul [] | 240 (hohe Elastizität) | 885 (hohe Steifheit) | 199 (hohe Elastizität) |
Verfahrensspezifikationen
Die folgende Tabelle gibt für die technische Synthese von HDPE und LDPE typische Verfahrensparameter an. Für die koordinative Katalyse ist neben dem Niederdruckverfahren mit Ziegler-Natta-Katalysatoren auch das Mitteldruckverfahren angeführt, das von der Phillips Petroleum Company in etwa zeitgleich mit dem Zieglerschen Verfahren entwickelt wurde. Phillips-Katalysatoren werden durch Auftragung eines Chromates oder Chromsäureesters auf ein silikatisches Trägermittel mit anschließender Reduktion (wahrscheinlich zu Cr(II)) erhalten. Katalysatoren dieses Typs erlauben eine Polymerisation von Ethen in der Wirbelschicht, also in der Gasphase ohne Verwendung eines Lösungsmittels.
- Tab.2
- Verfahrensparameter
Niederdruckverfahren | Mitteldruckverfahren (Phillips-Petroleum-Comp.) | Hochdruckverfahren (ICI) | |
---|---|---|---|
Mechanismus | Koordinative Polymerisation | Koordinative Polymerisation | Radikalische Polymerisation |
Katalysator | TiCl4 /AlEt3 | Cr(VI)-oxid/Alumosilikat | 0,05 - 0,1% Sauerstoff (Initiator) |
Druck [] | 1 - 10 | 35 | 1000-2000 |
Temperatur [] | 70 | 150 - 180 | 200 |
Molmasse [] | 50 - 100 | 5 - 20 | > 10 |
Struktur | hohe Kristallinität, unverzweigt linear | hohe Kristallinität, unverzweigt linear | langkettig, verzweigt |
Polymertyp | HDPE (high density polyethene) | HDPE (high density polyethene) | LDPE (low density polyethene) |