Was ist PP-Material?

Polypropylen (PP) ist einer der weltweit am häufigsten verwendeten Kunststoffe. Es handelt sich um einen teilkristallinen, formstabilen thermoplastischen Kunststoff, der erstmals 1951 polymerisiert wurde und heute in großem Umfang für verschiedene gewerbliche und private Zwecke eingesetzt wird. Mit derzeit rund 45 Millionen Tonnen ist die Nachfrage nach Polypropylen so hoch wie nie zuvor.

Einige Quellen behaupten, dass der Markt für das Material aufgrund der gestiegenen globalen Nachfrage derzeit bei 45 Millionen Tonnen pro Jahr liegt und bis 2020 voraussichtlich 62 Millionen Tonnen erreichen wird.

Polypropylen gilt zudem allgemein als sicher und eignet sich daher für den Einsatz in verschiedenen Branchen. Darüber hinaus ist es weich und flexibel, wodurch es sich für diverse Anwendungen, wie beispielsweise die Herstellung von Joghurtbechern, eignet.

Anwendungen von PP-Material

Wie bereits erwähnt, eignen sich die Materialeigenschaften von PP-Kunststoff für vielfältige Anwendungen. Die glatte, angenehme Oberfläche von Polypropylen macht es ideal für:

• Anwendungen mit geringer Reibung, wie z. B. Maschinenzahnräder
• Kunststoffmöbel

Darüber hinaus besitzt PP eine hohe chemische Beständigkeit und ist daher nicht korrosionsanfällig, was es zu einer hervorragenden Option für die Verpackung folgender Materialien macht:

• Erste-Hilfe-Produkte
• Bleichmittel
• Reinigungsmittel

Polypropylen (PP) genießt zudem einen wohlverdienten Ruf für Härte und Langlebigkeit, dank seiner außergewöhnlichen Ermüdungsbeständigkeit und Flexibilität. Darüber hinaus besitzt es hervorragende Isolationseigenschaften und eignet sich daher unbedenklich für die Kunststoffummantelung von Kabeln und elektrischen Geräten.

In Faserform kann Polypropylen für ein weitaus breiteres Produktspektrum als nur Tragetaschen verwendet werden, beispielsweise für folgende Produkte:

• Ropes
• Schnur
• Klebeband
• Teppiche
• Polstermöbel
• Kleidung
• Campingausrüstung

Polypropylen eignet sich aufgrund seiner wasserabweisenden Eigenschaften besonders gut für die Schifffahrtsindustrie. Darüber hinaus werden seine Flexibilität, Wasserfestigkeit, Festigkeit und Beständigkeit gegen Schimmel, Bakterien und chemische Korrosion in der Medizinbranche sehr geschätzt.

Polypropylen lässt sich zudem effektiv reinigen und ist dampfsterilisierbar. Daher eignet es sich für die Herstellung folgender Medizinprodukte:

• Probenflaschen
• Medikamentenbehälter
• Spritzen
• Petrischalen

Ein weiterer Sektor, in dem Polypropylen häufig eingesetzt wird, ist die Automobilindustrie. Es wird für Batteriegehäuse, Ablagen und Getränkehalter, Stoßfänger, Interieur-Zierelemente, Instrumententafeln und Türverkleidungen verwendet.

Chemische und physikalische Eigenschaften

Polypropylen besitzt mehrere Eigenschaften, die es für verschiedene Anwendungen ideal machen. Zu seinen wichtigsten Eigenschaften gehören:

1. Lichtdurchlässigkeit: Obwohl Polypropylen transparent hergestellt werden kann, wird es üblicherweise undurchsichtig produziert. Polypropylen eignet sich für Anwendungen, bei denen eine gewisse Lichtdurchlässigkeit wichtig ist oder ästhetischen Wert hat. Acryl und Polycarbonat sind die bevorzugten Alternativen für Polymere mit hoher Lichtdurchlässigkeit.
2. Chemische Resistenz: Polypropylen reagiert nicht leicht mit schwachen Basen und Säuren und ist daher ein ideales Material für Behälter, die Flüssigkeiten wie Reinigungsmittel, Erste-Hilfe-Materialien und vieles mehr enthalten.
3. Ermüdungsbeständigkeit: Auch bei starker Torsion, Biegung und Verformung behält Polypropylen seine Form. Die Herstellung von Filmscharnieren ist eine vorteilhafte Anwendung dieser Eigenschaft.
4. Elastizität und Zähigkeit: Polypropylen gilt allgemein als zäher Werkstoff, da es wie alle Materialien in einem bestimmten Verformungsbereich elastisch ist, aber auch frühzeitig im Verformungsprozess plastisch verformt wird. Die Fähigkeit eines Materials, sich (plastisch, nicht elastisch) zu verformen, ohne zu brechen, wird in der Technik als Zähigkeit bezeichnet.
5. Isolierung: Polypropylen eignet sich aufgrund seines hohen elektrischen Widerstands hervorragend für elektronische Bauteile.

Darüber hinaus zeigt PP bei höheren Temperaturen keine Spannungsrisskorrosion und bietet eine hervorragende elektrische und chemische Beständigkeit. Obwohl die Eigenschaften von PP und Polyethylen ähnlich sind, bestehen einige wichtige Unterschiede.

Materialeigenschaften von Polypropylen:

Dazu gehören eine geringere Dichte, höhere Steifigkeit und Härte sowie ein höherer Erweichungspunkt (PP schmilzt nicht unter 160 °C; Polyethylen, ein gängigerer Kunststoff, erweicht bei etwa 100 °C). Alle kommerziell hergestellten Polypropylenharze enthalten Additive, um das Polymer während der Produktion zu schützen und die Eigenschaften für den Endverbraucher zu verbessern.

Die wichtigsten Materialeigenschaften von PP-Werkstoffen sind demnach folgende:

• Schmelzpunkt: Der Schmelzpunkt von Homopolymeren liegt zwischen 160 und 165 Grad Celsius und der von Copolymeren zwischen 135 und 159 Grad Celsius.
• Dichte: PP ist eines der leichtesten Polymere unter den gängigen Kunststoffen. Aufgrund seiner Eigenschaften eignet es sich gut für Leichtbauanwendungen. Dies sind die Dichten verschiedener Polymere:
• 0.904 bis 0.908 g/cm³ Homopolymer
• 0.904 bis 0.908 g/cm3 für das statistische Copolymer.
• 0.898 bis 0.900 g/cm³ für schlagzähes Copolymer
• Chemische Resistenz: Wie bereits erwähnt, ist PP sehr beständig gegenüber chemischen Reaktionen. Es ist beständig gegenüber verdünnten und konzentrierten Säuren, Alkoholen und Basen. Auch gegenüber aliphatischen Kohlenwasserstoffen, Estern, Aldehyden und Ketonen ist es beständig. Darüber hinaus weist es eine begrenzte Beständigkeit gegenüber Oxidationsmitteln, aromatischen und halogenierten Kohlenwasserstoffen sowie beiden auf.

Folglich ist es aufgrund seines niedrigen Schmelzpunktes auch leicht entzündlich.

Arten von Polypropylen

Auf dem Markt sind zwei Haupttypen von Polypropylen erhältlich. Diese sind:

Polypropylen-Homopolymer

Dies ist die am häufigsten verwendete Universalqualität. Sie besteht ausschließlich aus Propylenmonomer, das als halbkristalliner Feststoff vorliegt. Zu den häufigsten Anwendungsgebieten zählen Verpackungen, Textilien, Rohrleitungen, das Gesundheitswesen und die Elektrotechnik.

Polypropylen-Copolymer

Diese Familie umfasst Folgendes:

• Blockcopolymere: In dieser Kategorie ist der Ethenanteil höher (zwischen 5 und 15 %). Die Comonomereinheiten sind in einem vorhersagbaren Muster (oder Blöcken) angeordnet. Dadurch ist das Thermoplaste zäher und weniger spröde als das statistische Copolymer. Diese Polymere eignen sich für Anwendungen, die hohe Festigkeit erfordern, auch in der Industrie.
• Zufälliges Copolymer: Dieses Polymer entsteht durch die Mischung von Ethen und Propen. Es enthält Ethen-Einheiten, die zufällig in die Polypropylenketten eingelagert sind, typischerweise bis zu 6 Masseprozent. Diese Polymere sind anpassungsfähig und optisch klar und eignen sich daher ideal für Produkte, die optisch ansprechend sein müssen, und für Anwendungen, die Transparenz erfordern.

Die Wahl des Typs hängt von seinen Eigenschaften und seiner Eignung ab.

Polypropylen-Derivate

Hier sind die wichtigsten charakteristischen Beispiele für Polypropylenderivate:

• Expandiertes Polypropylen (EPP): Es handelt sich um einen geschlossenzelligen Schaumstoff mit extrem niedriger Dichte aus Kügelchen. Dreidimensionale Polymerschaumprodukte werden aus EPP hergestellt. EPP-Kügelchenschaum bietet ein besseres Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht, hohe Schlagfestigkeit, hervorragende Wärmedämmung sowie Beständigkeit gegen Chemikalien und Wasser.

EPP wird in einer Vielzahl von Produkten und Anwendungen eingesetzt, darunter Konsumgüter, Verpackungen, Bauprodukte und Automobile.

• Biobasiertes Polypropylen: Es handelt sich um eine biobasierte Variante von Polypropylen, deren Rohstoffe zur Herstellung des Monomers biobasiertes Propylen erneuerbar sind. Der Anteil an biobasierten Komponenten kann zwischen 30 % und 100 % liegen.
• Polypropylen-Terpolymer: Es besteht aus Propylensegmenten, die durch die Comonomere Ethylen und Butan miteinander verbunden sind, welche an zufälligen Stellen entlang der Polymerkette auftreten.

Die Transparenz von PP-Terpolymer ist der von PP-Homopolymer überlegen. Darüber hinaus verringert die Zugabe von Comonomeren die Kristallinität des Polymers, wodurch es sich für Dichtungsfolienanwendungen eignet.

Diese Eigenschaften der Derivate sind für Hersteller, die Polypropylen als Standardkunststoff verwenden, von entscheidender Bedeutung.

Vorteile von Polypropylen

Die Vorteile der Verwendung von PP-Material sind folgende:

• Polypropylen ist extrem bruchfest, da es Drehbewegungen bis zu 360 Grad aushält, ohne zu brechen. Es ist leicht herzustellen, preisgünstig und in vielen Ländern und Kulturen weit verbreitet.
• Seine Haltbarkeit und Anpassungsfähigkeit als Verpackungsmaterial sowie seine Eignung als Material für Scharniere und Flaschenverschlüsse, die durch eine dünne Kunststoffschicht mit der Hauptflasche verbunden werden, werden durch seine hohe Beständigkeit gegen Chemikalien und Ermüdung noch verstärkt.
• Da es als opaker oder transparenter Thermoplast hergestellt und überall dort eingesetzt werden kann, wo eine gewisse Lichtdurchlässigkeit erforderlich ist, bietet es eine hervorragende Farbvielfalt. Aufgrund seiner geringeren Dichte eignet es sich besonders für Anwendungen, bei denen Gewichtsreduzierung höchste Priorität hat.
• Da Polypropylen undurchlässig und äußerst resistent gegen die Aufnahme von Feuchtigkeit ist, bietet es zusätzliche Vorteile und Vielseitigkeit beim Verpacken.
• Aufgrund seiner hohen Biegefestigkeit und seiner halbkristallinen Struktur ist es zudem widerstandsfähig gegen allgemeinen Verschleiß und eignet sich daher perfekt für Produkte, die einer höheren physikalischen Belastung standhalten müssen.
• Darüber hinaus ist es resistent gegen Keime, Fäulnis, Mehltau und Schimmel.

Diese Vorteile sind von entscheidender Bedeutung bei der Entscheidung, ob PP-Material verwendet werden soll oder nicht.

Nachteile von Polypropylen

Obwohl PP-Material im Allgemeinen für den Einsatz in verschiedenen Sektoren hervorragend geeignet ist, weist es auch einige Nachteile auf, wie zum Beispiel die folgenden:

• Die mangelnde Recyclingfähigkeit von Polypropylen ist ein großer Nachteil, wenn es um den Schutz der Umwelt und der Ressourcen der Welt geht.
• Beim Verbrennen findet eine irreversible chemische Veränderung statt.
• Polypropylen, das bereits geschmolzen und geformt ist, würde bei einem erneuten Erhitzen verbrennen; es würde sich nicht wieder verflüssigen.
• Bei der Verwendung von PP-Material müssen wesentlich teurere Recycling- oder Aufbereitungsverfahren in Betracht gezogen werden.
• Aufgrund seines niedrigen Schmelzpunktes ist Polypropylen zudem leicht entzündlich, hat eine begrenzte Toleranz gegenüber höheren Temperaturen und ist anfällig für Oxidation und UV-Schäden.
• Polypropylen ist zwar aufgrund seines glänzenden Aussehens angenehm in der Handhabung und optisch ansprechend, erschwert aber gleichzeitig das Anhaften anderer Oberflächen und Materialien wie Farben und Klebstoffe.
• Polypropylen kann nicht ohne alternative Verbindungstechniken wie Schweißen zur Herstellung von Gelenken oder Scharnieren verwendet werden.

Daher müssen bei der Auswahl eines Materials für verschiedene Anwendungen auch die Nachteile von Polypropylen berücksichtigt werden.

Sicherheit und Toxizität von Polypropylen

Obwohl Polypropylen unter Verwendung einiger potenziell schädlicher Chemikalien hergestellt wird, gilt es im Allgemeinen als sicheres Endprodukt. Es wird häufig für Kunststoffverpackungen von Lebensmitteln, Getränken und medizinischen Produkten verwendet.

Polypropylenprodukte können sicher wiederverwendet werden und sind robust genug, um typische Abnutzungserscheinungen bei zahlreichen Anwendungen zu überstehen, obwohl es aufgrund von Schwierigkeiten im Recyclingprozess nicht allgemein als umweltfreundliches Material gilt.

Polypropylen wird aufgrund seiner Sicherheit zur Herstellung folgender Artikel verwendet:

• Lebensmittelbehälter
• Babyflaschen
• Tassen für Heißgetränke
• Einweggeschirr wie Tassen und Teller
• Straws

Studien zufolge gelangen beim Zerkratzen oder Erhitzen von Kunststoffen Chemikalien aus Behältern, Tellern und Flaschen in die Speisen. Polypropylen ist weniger schädlich als andere Kunststoffe, da es kein Bisphenol A (BPA) enthält.

BPA, ein synthetisches Östrogen, wird eher in steifen Kunststoffen als in flexibleren wie Polypropylen verwendet.

Polypropylenverarbeitung

Es gibt verschiedene Verfahren zur Verarbeitung von Polypropylen, wie z. B. Spritzgießen, Blasformen, Extrusion und 3D-Druck.

Spritzguss

Beim Spritzgießen von Polypropylen wird die Schmelztemperatur auf 200 bis 300 °C und die Formtemperatur auf 10 bis 80 °C eingestellt. Eine hohe Formtemperatur verbessert Glanz und Optik des Bauteils.

Bei sachgemäßer Lagerung ist keine Trocknung erforderlich. Die Formschrumpfung liegt je nach Verarbeitungsbedingungen, Rheologie des Polymers und Dicke des Endprodukts zwischen 1.5 und 3 %.

Extrusion

Dieses Verfahren dient zur Herstellung von Kabeln, Rohren und Blasformfolien. Die Schmelztemperatur muss im Bereich von 200–300 °C liegen, bei einem Zylinderkompressionsverhältnis von 3:1 und Temperaturen von 205 bis 180 °C. Anschließend werden die Teile zum Nachschleifen gegeben, anstatt sie drei Stunden lang bei 105–110 °C (221–230 °F) vorzutrocknen.

3D Druck

Polypropylen ist ein zähes und starres Material, das sich nur schwer im 3D-Druckverfahren verarbeiten lässt, seine Komponenten können aber dennoch bearbeitet werden.

Heute haben zahlreiche Hersteller die physikalischen Eigenschaften von PP verbessert oder sogar Mischungen mit erhöhter Zähigkeit entwickelt, wodurch es sich für 3D-Druckanwendungen eignet.

Daher wird empfohlen, beim 3D-Druck mit Polypropylen die Dokumentation des Lieferanten hinsichtlich Drucktemperatur, Druckbett usw. sorgfältig zu prüfen.

Mithilfe des 3D-Drucks lassen sich folgende Polypropylen-Artikel (PP) herstellen:

• Prototypen
• Komplizierte Modelle
• Funktionsmodelle

Allerdings muss die chemische Formel zum Mischen von Polypropylen mit anderen Substanzen, um es für den 3D-Druck geeignet zu machen, genau sein.

Warum Polypropylen so beliebt ist

Polypropylen findet sowohl im privaten als auch im gewerblichen Bereich Anwendung. Dank seiner besonderen Eigenschaften und seiner Anpassungsfähigkeit an verschiedene Produktionstechniken zeichnet es sich als wertvoller Werkstoff für vielfältige Zwecke aus.

Die Doppelfunktionalität von Polypropylen als Kunststoff und Faser ist eine weitere wichtige Eigenschaft (wie beispielsweise bei den Werbetaschen, die bei Veranstaltungen, Rennen usw. verschenkt werden).

Da Polypropylen auf vielfältige Weise und für verschiedene Zwecke hergestellt werden kann, verdrängte es schnell viele traditionelle Alternativen, insbesondere in den Bereichen Verpackung, Fasern und Spritzguss. Es hat seinen Aufschwung über die Jahre fortgesetzt und ist nach wie vor ein bedeutender Akteur im globalen Kunststoffmarkt.

Fazit

Polypropylen wird oft mit Kunststoff verwechselt. Der Hauptunterschied besteht jedoch darin, dass Kunststoff in der Regel undurchsichtig ist, während aus Polypropylen kristallklare Materialien hergestellt werden können. Beispielsweise berücksichtigen wir bei der Auswahl eines Materials für eine Verpackungstüte häufig die Materialeigenschaften.

Für die Präsentation des Produkts ist ein vollständig transparenter Beutel erforderlich. Plastiktüten sind in diesem Fall ungeeignet, da sie undurchsichtig sind. Polypropylen hingegen zählt nach wie vor zu den besten Materialien für diesen Zweck.