Beim Leichtbau geht es längst nicht mehr nur um Metallersatz, immer öfter werden bereits eingesetzte Kunststoffe durch leichtere Polymere substituiert. Neue Compounds mit niedriger Dichte zeigen nicht nur gute Material- und Verarbeitungseigenschaften. Sie bieten obendrein verschiedene Zusatznutzen, wie eine Motorraum-Schottwandabdeckung und eine Pkw-Einstiegsleiste zeigen. 

Dichte und Bauteilgewicht werkstofflich reduzieren, ohne bestehende Prozesse zu ändern 

Polyamide

Polypropylen

Compound

Additive

Starke Fliegengewichte 

Es ist zwar keine ganz alltägliche Praxis, dennoch hat fast jeder schon einmal inhaliert. Ausgefeilte 2K-Bauteile aus TPE und PP bzw. ABS verbinden in modernen Inhalatoren das empfindliche Gesicht mit einem technischen Steuerungsgerät. Ein Blick in die Produktentwicklung zeigt, wie Materialien und Funktion geschickt kombiniert werden.  

Verarbeiter Paritec kombiniert Materialien und Funktionen mit TPE  im 2K-Spritzgießen 

Polyacrylnitril

Kautschuk / Elastomere

Medizintechnik

Zähneputzen für die Lunge 

Mithilfe den Kunststofflacken Grönoplast will die Grönenbacher Lackfabrik Gropper + Viandt GmbH , Bad Grönenbach, preiswertes auch für Anwendungen salonfähig, die bisher Werkstoffen wie vorbehalten waren. Damit sollen sich PP-Oberflächen ohne Vorbehandlung beschichten und in allen gängigen Farben lackieren lassen. Zur Grönoplast-Serie zählen 1K-Grundierungen genauso wie 1K-Einschichtlacke oder 2K-Einschichtlacke. Neben PP lassen sich die angebotenen Lacke auch auf anderen Kunststoffen wie PP/EDM, ABS, PVC oder auch auf Composite-Werkstoffen applizieren.

Haftvermittler und Spritzfüller in einem Produkt 

Lackiermaschinen für Kunststoff

Oberflächentechnik

Lackieren

Beschichten von Kunststoffen

1K-/2K-Beschichtungen für PP ohne Vorbehandlung 

Auf dem diesjährigen Fakuma-Messestand wird die Polykemi AB , Ystad/Schweden über Aktivitäten in den Bereichen Technische Kunststoffe, Hochleistungskunststoffe und Recyclate informieren. Ein spezieller Blick wir dem allseits diskutierten Elektro-Fahrzeugen gewidmet.

Polykemi AB feiert 50-jähriges Jubiläum auf der Fakuma 2018 

Polycarbonat

Kunststoff-Recycling

Compounds für konventionelle- und Elektro-Fahrzeuge 

Kunststoffausführungen großer Strukturbauteile machen bereits viele Fahrzeuge leichter. Demnächst könnte auch ein Türmodul mit langglasfaserverstärkem Polypropylen dazugehören. Aufgrund eines umlaufenden Hohlprofils von mehreren Metern Länge, hohem Faseranteil und mehr als daumenstarken Wanddicken ist es ein echtes Prestigeprojekt für die Wasserinjektionstechnik. 

Pkw-Tragstruktur aus PP-LGF40 mit Wasserinjektionstechnik hergestellt 

Glasfasern / -matten

Fluidinjektionstechnik

Gasinjektionstechnik

Wasserinjektionstechnik

Serienmäßig leichte Kunststofftür 

Eine besondere Bauweise – die X-Gitter-Geometrie – soll deutliche Längeneinsparungen bei dem neuen Einwegmischer bringen, den die Schwing Verfahrenstechnik GmbH, Neukirchen-Vluyn, anbietet: Im Vergleich zu früheren Modellen ist der X-Grid GXP-H um ein Drittel kürzer. Der Produktionsabfall lasse sich so um mehr als 60 % reduzieren. 

Besser mischen bei weniger Produktionskosten und Materialeinsatz 

Mischer

Einwegmischer in X-Gitter-Geometrie 

Die Borealis AG , Wien/Österreich, führt zusammen mit ihrem Joint Venture Borouge das heterophasische Polypropylen (PP)-Copolymer Borealis Bormed BJ868MO ein. Es weist sehr gutes Fließverhalten für die Herstellung medizinischer und diagnostischer Geräte auf. Der neue und regulierte Werkstoff erweitert die Bormed Spezialproduktpalette an Polyethylen- und Polypropylenprodukten des Herstellers. Bormed BJ868MO ist Teil des Bormed Konzept-Servicepakets (Commitment, Service & Conformance) für Anwendungen in der Medizintechnik. Die Validierung der neu entwickelten Materialien wurde in Kooperation mit Premix Oy, einem Hersteller elektrisch leitfähiger und Hochfrequenz-Kunststoffe, durchgeführt.

Gute Fließfähigkeit für Medizintechnik und Diagnostik 

Polyethylen

Polypropylen-Copolymer Bormed BJ868MO 

Die Bestimmung der Schichtverteilung von EVOH in Folien ist heute zur Qualitätssicherung unabdingbar. In den meisten Anwendungsfällen wird die EVOH-Dicke allerdings mittels Mikroskopen im Labor bestimmt. SBI Produktion techn. Anlagen GmbH & Co KG, Hollabrunn/Österreich, liefert eine inlinefähige, berührungslose und nach eigenen Angaben benutzerfreundliche Dickenmessung, mit der sich während des Produktionsprozesses die EVOH-Barriereschicht kontrollieren lässt. 

EVOH-Schichtdicke inline messen 

Folien

Dickenmessgeräte

Schichtdickenprüfgeräte

SBI kombiniert zwei Messverfahren  

Die Borealis AG, Linz/Österreich, meldet einen Nettogewinn von 94 Mio. EUR im vierten Quartal 2018, nach 247 Mio. EUR im Vergleichszeitraum 2017. Das Ergebnis des vierten Quartals spiegelt das schwächere Wirtschafts- und Branchenumfeld im integrierten Polyolefin(PO)-Geschäft wider und umfasst zudem eine Wertberichtigung in der Höhe von 92 Mio. EUR für das Pflanzennährstoffgeschäft. Für das Gesamtjahr 2018 verzeichnete das Unternehmen einen Nettogewinn von 906 Mio. EUR, im Vergleich zu 1095 Mio. EUR im Jahr 2017. Das Jahresergebnis 2018 war geprägt von schwächeren integrierten PO-Margen als im Vorjahr und einem verbesserten Gewinnbeitrag von Borouge. Der Beitrag des Basischemikalienbereichs lag unter dem des Jahres 2017, bedingt durch das schwächere Ergebnis im Pflanzennährstoffgeschäft. 

Alfred Stern, Vorstandsvorsitzender von Borealis (© Borealis) 

Nettogewinn 2018 von 906 Millionen Euro 

kunststoffe.de

Borealis meldet starkes Geschäftsergebnis 

Vier Artikel von Autoren an wissenschaftlichen Instituten sind in der WAK-Zeitschrift für Kunststofftechnik gerade online erschienen und stehen kostenfrei zum Lesen und Herunterladen bereit: 

Graphenbasierte PP-Komposite, endlosfaserverstärkte Duroplaste, PS-Bindenähte und PC-Oberflächenaktivierung 

Polystyrol

Duroplaste

Verbundwerkstoffe / Werkstoffverbunde

Kunststoffverarbeitung: Maschinen und Komponenten

Verbindungstechnik

Vier Mal Kunststofftechnik frei Haus 

Ein Funktionsträger verbindet im Bereich der Instrumententafel die fahrerseitigen Anzeigen und Funktionselemente mit der Mittelkonsole. Er muss ausgesprochen dimensionsstabil sein und enge Maßtoleranzen erfüllen. Üblicherweise kommt dafür ein Magnesium-Bauteil zum Einsatz, dabei erreicht ein langglasfaserverstärktes ABS vergleichbare Eigenschaften bei wesentlich niedrigerem Gewicht. 

Langglasfaserverstärktes ABS ersetzt Magnesium in semistrukturellem Bauteil 

Styrol-Copolymerisate

Fasern

Alles im Rahmen 

Durch viele verschiedene Additive sind Kunststoffcompounds mittlerweile äußerst komplex zusammengesetzt. Nur dadurch können Eigenschaften kostengünstig maßgeschneidert werden. Spezielle Stabilisatoren verhindern, dass durch das Zusammenspiel der Komponenten in der späteren, langjährigen Automobilanwendung flüchtige organische Stoffe emittiert werden. 

Stabilisator reduziert VOC-Emissionen in Polypropylen ohne Nachteile in der Verarbeitung 

Stabilisatoren

Weichmacher

Nichts für empfindliche Nasen 

UV- und witterungsbeständige Bauteile, die ohne Nachbearbeitung mit hoher Oberflächenqualität aus der Maschine fallen, sind im Exterieur gefragt. Diese Kombination ist nur mit spezifischen Compound-Entwicklungen möglich, wie das Beispiel eines Kühlerschutzgrills zeigt. 

Polypropylen ersetzt Acrylnitril-Styrol-Acrylester und UV-Lackierung im Exterieur 

Kunststoff Werkstoffe

Moderne Galionsfiguren 

Mit dem Millad NX 8000 Clarifier will die Milliken Europe bvba, Gent/Belgien, Polypropylen (PP) zu einer gewichtsparenden, kristallklaren und nachhaltigen Alternative zu Glas machen. Das wird durch eine niedrigere Verarbeitungstemperatur ermöglicht, was für kürzere Zykluszeiten sorgt und dadurch wirtschaftlicher ist. Der Clarifier ist für mehrere Verfahren lieferbar, einschließlich Spritzgießen, Thermoformen und Blasformen. 

PP als Ersatz für Glas und technische Kunststoffe 

Farbe, Umweltverträglichkeit und Transparenz 

Durch die Neuentwicklungen im Bereich der Automatisierungs- und Peripheriegeräte von Wittmann Battenfeld Deutschland GmbH, Meinerzhagen, lassen sich Angüsse und Ausschussteile aussortieren, vermahlen und dem Produktionsprozess gezielt zuführen. Hierfür kann eine Inline-Recycling-Zelle (Bild) von Wittmann, bestehend aus dem pneumatischen Angusspicker Wittmann WP80, der neuen Mühle G-Max 9 und einem Einzelfördergerät Feedmax S3 mit Dosierventil, genutzt werden. Für die Vermahlung von härteren und glasfaserverstärkten Kunststoffen kommt eine Wittmann-Zahnwalzenmühle der Modellreihe S-Max zum Einsatz. 

Inline-Recycling-Zelle mit Angusspicker, Mühle und Förder‧gerät (© Wittmann) 

Wittmann Battenfeld auf der K 2019 

Mühlen

Schneidsysteme

Eine Zelle fürs Inline-Recycling 

Polypropylen ist ein Thermoplast und zählt zu den Polyolefinen

Polypropylen wird zu den Standard Kunststoffen gezählt. Das Thermoplast ist günstig und gut zu verarbeiten. PP lässt sich außerdem recyceln. Entsprechend breit sind die Anwendungsmöglichkeiten.

Polypropylen (PP) ist neben Polyethylen (PE) weltweit der am weitesten verbreitete Kunststoff. Der thermoplastische Standard Kunststoff hat gut nutzbare chemische und technische Eigenschaften. Der günstige Preis und die vorteilhaften Verarbeitungs- und Verwertungseigenschaften qualifizieren Polypropylen für eine Vielzahl von Anwendungen. PP ist grundsätzlich gut recycelbar.

Polypropylen (PP) ist ein teilkristalliner, unpolarer, thermoplastischer Kunststoff, der durch Polymerisation von Propen entsteht. Ein anderer Name für Polypropylen ist Polypropen (PP). Als Material ist Polypropylen sehr gut anpassbar an die gewünschte Anwendung, z.B. durch die Zugabe von Verstärkungsstoffen, Füllstoffen und Additiven, aber auch durch die Wahl und die Auslegung der Verarbeitungsmethoden.

Obwohl Polypropylen dem <a href="https://www.kunststoffe.de/a/grundlagenartikel/polyethylen-pe-254120" target="_blank">Polyethylen</a> (PE) chemisch relativ ähnlich ist, ist es deutlich härter, fester und thermisch höher belastbar [1]. PE, PP und Polymethylenpenten (PMP) zählen zu den wichtigsten Vertretern der Polyolefine, die aus Alkenen wie Ethylen, Propylen, 1-Buten oder Isobutan durch Kettenpolymerisation hergestellt werden [2], [3].

Polypropylen entsteht durch Kettenpolymerisation des Gases und Monomers Propen (C3H6), das auch Propylen genannt wird. Dabei werden Kohlenstoff-Doppelbindungen des Propens mit Hilfe von Katalysatoren (Metallocen- oder Ziegler-Natta-Katalysatoren) aufgebrochen und in langkettige Kohlenwasserstoffketten umgewandelt, bei denen eine Methyl-Seitengruppe entsteht. Die chemische Summenformel für Polypropylen ist (C3H6)n.

Je nach Ausrichtung der Methylgruppen entsteht:

<ul><li>ataktisches Polypropylen (zufällige Ausrichtung der Methylgruppe, PP-at),</li><li>syndiotaktisches Polypropylen (alternierende (abwechselnde) Ausrichtung der Methylgruppe, PP-st) oder</li><li>isotaktisches Polypropylen (gleichmäßige Ausrichtung der Methylgruppe, PP-it).</li></ul>

Die Taktizität wirkt sich auf die physikalischen Eigenschaften von PP aus. Je regelmäßiger die Verteilung der Methylgruppe, desto besser ist die Kristallinität (syndiotaktisch und isotaktisch: teilkristallin; ataktisch: amorph). Der Großteil des kommerziell verfügbaren Polypropylens hat eine isotaktisches Ausrichtung.

Polypropylen ist mit rund 24 % Anteil an der Gesamtproduktion der zweitwichtigste Kunststoff. Lag die weltweite Nachfrage für PP im Jahr 2018 bei 74 Mio. Tonnen [4], erreichte sie im Jahr 2022 bereits rund 86,74 Millionen Tonnen [12].

Das für die Herstellung von Polypropylen benötigte Propylen lässt sich durch chemische Prozesse aus Erdöl oder Erdgas gewinnen. Es lässt sich jedoch durch chemische Transformation auch aus natürlichen Quellen (z.B. Pflanzenölen oder Pflanzenfetten) erzeugen. Auch durch die Polymerisation von Bioethen, das aus Bioalkohol gewonnen wird, kann biobasiertes Polypropylen hergestellt werden.

Aufgrund des deutlich aufwendigeren Herstellprozesses ist biobasiertes PP (Bio-PP) deutlich teurer als mineralölbasiertes Polypropylen. Aus Kostengründen wird bei vielen Anwendungen daher nur ein Teil des konventionellen PP durch biobasiertes Material ersetzt, was jedoch kaum Auswirkungen auf die Eigenschaften des Polypropylen-Compounds hat.

Die besonderen Eigenschaften von Polypropylen führen zu einem außerordentlich weiten Einsatzgebiet. Es reicht von der Medizintechnik und Innenausstattung für Fahrzeuge über Lebensmittel- und Kosmetikverpackungen bis zu Druck- und Abwasserrohren. Polypropylen wird auch als Gehäusewerkstoff für Kleinelektrogeräte, Formteile für Haushaltsgeräte sowie für Karosserieteile (Stoßfänger) und Formteile von Fahrzeugen eingesetzt. Im Bausektor findet PP neben der Verwendung für Rohre auch Anwendung bei Heißwasserbehältern und Gartenmöbeln.

Polypropylen wird sehr oft im Verpackungsbereich eingesetzt, häufig in Form von Folien aber auch als feste Verpackung. Im Folienbereich können neben Verpackungen auch Kaschierfolien oder Laminierfolien aus Polypropylen hergestellt werden. Dabei kommt fast ausschließlich isotaktisches oder syndiotaktisches PP zum Einsatz. PE und PP sind neben <a href="https://www.kunststoffe.de/a/grundlagenartikel/polyethylenterephthalat-pet-285552" target="_blank">Polyethylenterephthalat</a> (PET) und <a href="https://www.kunststoffe.de/a/grundlagenartikel/polystyrol-ps-264382" target="_blank">Polystyrol</a> (PS) die am häufigsten eingesetzten Kunststoffmaterialien im Verpackungsbereich.

Bei festen PP-Verpackungen werden neben Farben oft auch Zusatz-, Hilfs- und Füllstoffe eingearbeitet, um die Eigenschaften des Polypropylens anpassen zu können. Aufgrund seiner hohen Dehnbarkeit und seiner relativ hohen dynamischen Belastbarkeit erlaubt PP auch die Herstellung von Filmscharnieren[5]. Eine weitere wichtige Verpackungsanwendung von Polypropylen sind Verschlüsse von Behältern oder Flaschen.

Weitere Anwendungen hat PP bei Verpackungsbändern, Säcken, Spleißfasern oder Webbändchen. Als geschäumte Variante von Polypropylen kann expandiertes Polypropylen (EPP) ebenfalls im Verpackungsbereich zum Einsatz kommen und dort beispielsweise expandiertes Polystyrol (EPS) ersetzen. Die Vorteile von EPP gegenüber EPS sind [13]:

<ul><li>höhere Schlagzähigkeit und Energieabsorption</li><li>höhere Temperaturbeständigkeit</li><li>höhere Flexibilität und bessere Formbarkeit</li><li>höhere Widerstandsfähigkeit und daher höhere Langlebigkeit</li></ul>

Viele medizinische Produkte werden aus Polypropylen hergestellt oder enthalten Bestandteile aus PP. Beispiele dafür sie verschiedene Wegwerfartikel (Disposals) wie Spritzen, Masken oder Spatel, medizinisches Nahtmaterial, Membrane oder medizinische Verpackungen.

Gerade durch die Corona-Pandemie sind partikelfilternde Atemschutzmasken (FFP-Masken) und medizinischen OP-Masken sehr bekannt. Das dafür eingesetzte Gewebematerial, sogenannte Non-Woven Vliesstoffe, besteht vorwiegend aus sehr dünnen Polypropylen-Fasern. Teilweise wird medizinisches Maskenmaterial auch aus einer Mischung aus Polypropylen und Polyethylen hergestellt.

Im Bereich Automotive kommt Polypropylen sowohl im Interieur als auch im Exterieur zum Einsatz. Aufgrund des attraktiven Preisniveaus von PP wird der Standard Kunststoff immer häufiger auch als Ersatzwerkstoff für technische Polymermaterialien eingesetzt, z.B. <a href="https://www.kunststoffe.de/a/grundlagenartikel/acrylnitril-butadien-styrol-copolymer-ab-311439" target="_blank">ABS</a> oder <a href="https://www.kunststoffe.de/a/grundlagenartikel/polyamide-pa-285284" target="_blank">Polyamid</a>. Dazu wird das Polypropylen meist mit Verstärkungs- oder Füllstoffen gefüllt, z.B. Glasfasern, Carbonfasern oder Calciumcarbonat, um ähnliche Eigenschaften wie die zu substituierenden Kunststoffe zu erhalten.

Typisch für den PP-Einsatz im Automobilbereich ist die Zugabe von Glasfasern zur Verstärkung. Ein typisches Material ist beispielsweise ein Polypropylen mit 30% Glasfaseranteil (PP- GF- 30).

Im Baugewerbe wird Polypropylen vorwiegend für Rohre, Behälter und Leitungen eingesetzt. Dabei kommen teilweise ebenfalls Verstärkungs- und Füllstoffe sowie Additive zum Einsatz. Letztere sind insbesondere bei dauerhaften Einsätzen im Außenbereich wichtig, um die Witterungs- und UV-Beständigkeit der Anwendungen zu erhöhen. Jedoch ist die Witterungsbeständigkeit von PP geringer als etwa die von PE.

Polypropylen (PP) wird auch in der Textilindustrie verwendet, insbesondere in der Herstellung von Kleidung. Polypropylen ist leichter als viele andere Fasern und bietet dennoch eine hohe Festigkeit und Haltbarkeit. PP-Fasern nehmen kaum Feuchtigkeit auf, was sie ideal für Sport- und Funktionskleidung macht, da sie den Schweiß von der Haut wegtransportieren und schnell trocknen. PP bietet außerdem gute Isoliereigenschaften, was es für Thermounterwäsche und Outdoor-Bekleidung geeignet macht. Da PP resistent gegen viele Chemikalien und Mikroorganismen ist, sind die Kleidungsstücke langlebig.

Amorphes, ataktisches Polypropylen ist ein bis – 30 °C flexibler bis harter Kunststoff, der als Beschichtung von Papierpackmitteln und Teppichfliesenrücken eingesetzt wird. Zudem wird dieses Material als Pkw-Dämmstoff, Korrosionsschutzbinden, Fahrbahnmarkierungsmasse, Schmelzklebstoff, Dichtungsmasse, Bitumenverschnitt und in alterungsbeständigen Baudichtungs- und Dachbahnen verwendet.

Weiterhin kommt Polypropylen auch für faserverstärkten Platten zum Einsatz, die mittels Heißpressen zu Bauteilen oder Bauteilkomponenten umgeformt werden.

Die Steifigkeit und Festigkeit von PP liegen zwischen denen von PE und den „technischen“ Kunststoffen wie ABS, PA u. a. Die dynamische Belastbarkeit von Polypropylen ist relativ hoch und qualifiziert das Material für eine Vielzahl an Anwendungsmöglichkeiten.

Mit einer Glasübergangstemperatur um 0 °C verspröden PP-Kunststofftypen in der Kälte. Der Kristallit-Schmelzbereich liegt bei 160 bis 165 °C und damit höher als bei PE, so dass auch die maximalen Gebrauchstemperaturen höher sind, bzw. die Temperaturbeständigkeit von PP größer als bei PE ist: Kurzfristig liegt bei PP die Temperaturbeständigkeit bei 140 °C, langfristig bei etwa 100 °C. [1]

<ul><li>Dichte: 0,895 und 0,92 g/cm³</li><li>Zugfestigkeit: 33 N/mm2</li><li>E-Modul: 1300 und 1800 N/mm²</li><li>Bruchdehnung: 800%</li></ul>

<ul><li>Durchgangswiderstand: >1016 Ω</li><li>Durchschlagfestigkeit: 55–90 kV/mm</li></ul>

<ul><li>Wärmedehnung α: 100 – 200 10−6/K</li><li>Feuchtigkeitsaufnahme: 0,1 %</li><li>Temperaturbereich: +10°C bis +100°C</li><li>Wärmebeständigkeit: 65°C</li></ul>

Chemische Beständigkeit von Polypropylen

<ul><li>Wegen seines nichtpolaren Charakters ist PP chemisch sehr beständig. Bis zu 120 °C ist es beständig gegen wässrige Lösungen von Salzen, starken Säuren und Alkalien, ggf. auch gegen Waschlaugen.</li><li>Beste Beständigkeit gegenüber polaren organischen Lösemitteln, Alkoholen, Estern, Ketonen, Fetten und Ölen weisen die hochkristallinen Typen auf.</li><li>Gegen Treibstoffe bei höheren Temperaturen sind nur Spezialtypen beständig.</li><li>Starke Oxidationsmittel, wie Chlorsulfonsäure, Oleum, konzentrierte Salpetersäure oder Halogene greifen PP schon bei Raumtemperatur an.</li><li>Gase, vor allem CO2, sowie niedrigsiedende Kohlenwasserstoffe und Chlorkohlenwasserstoffe diffundieren durch PP.</li><li>PP zeigt nur minimale Wasseraufnahme und -durchlässigkeit.</li><li>Lebensmittelrechtlich zugelassene Erzeugnisse sind zum Heißabfüllen von Getränken und anderen Nahrungsmitteln geeignet und heiß sterilisierbar.</li></ul>

Toxizität/Nachhaltigkeit/Recycling/Umwelt

Polypropylen kommt immer ohne flüchtige Weichmacher aus, ist physiologisch unbedenklich. In der Natur ist Polypropylen biologisch nicht abbaubar und unterliegt kaum einer Mineralisation. Unter UV-Einstrahlung zerfällt PP zu Mikroplastikpartikeln, die kontinuierlich kleiner werden [6].

Polypropylen gehört zu den brennbaren Kunststoffen. Der Sauerstoffindex beträgt 19 % (unter 21 % gilt der Kunststoff als brennbar). PP tropft und brennt ohne zu rußen nach Entfernen der Flamme weiter. Bei der Verbrennung von PP entstehen primär Kohlendioxid, Kohlenmonoxid und Wasser. Grundsätzlich treten bei allen Verbrennungsprozessen toxische Substanzen auf, meist spielt dabei Kohlenmonoxid die größte Rolle [7].

Polyolefine wie Polyethylen (PE) und Polypropylen (PP) sind besonders gut für das Recycling geeignet, da sie thermisch stabil sind und beim erneuten Einschmelzen nur wenig geschädigt werden Damit kann Polypropylen als nachhaltiger Kunststoff bezeichnet werden. PP ist am Recyclingcode 05 erkennbar. Schwieriger ist die Wiederaufbereitung von Polypropylen in Form von Mischkunststoff. Durch die Zugabe von Verstärkungs- oder Füllstoffen ist die Recyclingfähigkeit eingeschränkt und nur durch spezielle Aufbereitungsprozesse möglich. Die Wahl des Recyclingverfahrens hängt vom Zustand und der Reinheit des PP-Abfalls ab.

Polypropylen (PP) kann auf verschiedene Weisen recycelt werden:

<ul><li>Mechanisches oder <a href="https://www.kunststoffe.de/a/grundlagenartikel/begriffsdefinitionen-fuer-das-werkstoffl-285262" target="_blank">werkstoffliches Recycling</a> Beim mechanischen Recycling bleibt die chemische Struktur des Polymers erhalten. Das gereinigte Polypropylen-Abfallmaterial kann direkt eingeschmolzen und zu neuen Produkten oder zu Regranulat verarbeitet werden.</li><li>Chemisches oder <a href="https://www.kunststoffe.de/a/grundlagenartikel/solvolyse-und-pyrolyse-285278" target="_blank">rohstoffliches Recycling</a>: Beim chemischen Recycling wird Polypropylen-Abfall in einen Kohlenwasserstoff-Rohstoff umgewandelt, der zur Synthese von neuem Polypropylen oder anderen chemischen Produkten verwendet werden kann [10].</li></ul>

Die weltweiten Kapazitäten für das chemische Recycling sind noch gering. Das nova-Institut Hürth ermittelte für das Jahr 2023 für die gängigsten chemischen und physikalischen Recyclingverfahren Dissolution, Enzymolyse, Solvolyse, Pyrolyse und Gasifizierung bei 340 untersuchten Unternehmen eine Produktionskapazität von rund 1082 kt pro Jahr, wobei die Produktpalette von Polymeren, Monomeren, Naphtha, sekundären wertvollen Chemikalien (Secondary Valuable Chemicals, SVC) bis hin zu Brennstoffen und Energieträgern reichen [9].

Polypropylen wird vor allem im <a href="https://www.kunststoffe.de/a/grundlagenartikel/spritzgiessen-254055" target="_blank">Spritzgießen</a> und in <a href="https://www.kunststoffe.de/verarbeitung/extrusion" target="_blank">Extrusionsverfahren</a> verarbeitet. Andere Verarbeitungsarten sind das Spinnen zu Fasern sowie die Herstellung von PP-Schäumen wie expandiertes Polypropylen (EPP).

Zum Spritzgießen stehen für einen weiten Anforderungsbereich PP-Formmassen zur Verfügung. Die Massetemperatur liegt bei 250 bis 270 °C, die Werkzeugtemperatur bei 40 bis 100 °C. Im warmfeuchten Klima kann sich Oberflächenfeuchtigkeit auf dem Granulat niederschlagen, das vor der thermoplastischen Verarbeitung durch Trocknung oder mit Hilfe von Entgasungsschnecken entfernt werden sollte. Der Spritzdruck kann je nach Formteil und Material variieren. Typische Spritzdrücke liegen zwischen 800 und 2000 bar. Eine zu hohe Einspritzgeschwindigkeit sollte vermieden werden, um Scherung und damit verbundene Materialschäden zu minimieren.

Nach dem Spritzgießen können die Formteile einer Nachbehandlung unterzogen werden, um die mechanischen Eigenschaften zu verbessern. Dies kann das Tempern oder andere thermische Nachbehandlungen umfassen.

Für spezielle Anwendungen können modifizierte Polypropylensorten verwendet werden, wie z.B. leitfähiges PP-Compound für spritzgegossene Schaltungsträger (MID) oder Polypropylen mit Metallocenkatalysatoren für technische Anwendungen.

In Extrusionsverfahren werden Blasfolien, Flachfolien, Platten, Rohre, Blasformteile und Monofile bei Massetemperaturen von 220 bis 270 °C hergestellt. Wegen der großen abzuführenden Wärmemenge ist für die Folienherstellung das Chill-Roll-Breitschlitzverfahren günstiger als das Schlauchfolien-Blasen, das eine intensive Wasserkühlung des Folienschlauchs erfordert. Um Transparenz zu erreichen, müssen die Folien schockartig unter die Kristallitbildungstemperatur abgekühlt werden. Zum <a href="https://www.kunststoffe.de/a/grundlagenartikel/extrusionsblasformen-253997" target="_blank">Extrusionsblasformen</a> werden schwerfließende PP-Formmassen bei Temperaturen von 190 bis 220 °C eingesetzt.

Für die Verarbeitung von Polypropylen kommen auch Schmelzspinnverfahren zum Einsatz. In diesen werden aus einem leichtfließenden, hochisotaktischen PP Stapelfasern, durch Verstrecken von Blas- oder Flachfolien Webbändchen und Spleißfasern erzeugt.

Flexible PP-Schäume werden extrudiert. Sie verfügen über kleine, geschlossene Zellen und eine sehr geringe Dichte von ca. 10 kg/m3. Für Hartschäume kommen Hochdruckverfahren zum Einsatz. Sie kommen in der Regel auf eine Dichte von 50 bis 120 kg/m3. Polypropylen wird außerdem für Strukturschäume mit Dichten um 400 bis 700 kg/m3 verwendet. Bei der Produktion greifen Hersteller dabei auf gasförmige oder chemische Schäummittel und Spritzgießverfahren zurück. Harte Profile im gleichen Dichtebereich werden hingegen extrudiert.

Für die Verarbeitung durch <a href="https://www.kunststoffe.de/a/grundlagenartikel/thermoformen-254114" target="_blank">Thermoformen</a> wird Polypropylen auf eine Temperatur um den Kristallitschmelzpunkt erwärmt, typischerweise zwischen 145°C und 160°C. Dies ist notwendig, um das Material in einen thermoelastischen Zustand zu versetzen, in dem es verformbar ist. Nach dem Aufheizen wird das Material in die gewünschte Form gebracht. Dies kann durch Druckluft, Vakuum oder mechanische Kräfte erfolgen. Bei der Druckluftformung liegen die Umformtemperaturen zwischen 145°C und 160°C, während sie bei der Vakuumformung bis zu 200°C betragen können. Nach dem Formen wird das Material abgekühlt, um es zu verfestigen. Die Werkzeugtemperaturen können dabei variieren, wobei niedrigere Temperaturen für höhere Transparenz und höhere Temperaturen für bessere Wärmeformbeständigkeit sorgen.

Die Herausforderungen beim Thermoformen von PP liegen in der hohen Schmelztemperatur, die eine präzise Temperaturkontrolle während des Aufheizvorgangs erfordert. Polypropylen neigt weniger zum Kriechen als Polyethylen, was es für Anwendungen geeignet macht, die eine hohe Formstabilität erfordern. Durch die Beimischung von EPM- oder EPDM-Kautschuken kann die Schlagzähigkeit und Witterungsbeständigkeit von Polypropylen erhöht werden, was besonders für Automobilanwendungen vorteilhaft ist [11].

Für Oberflächenveredelungen wie Bedrucken und Lackieren muss PP vorbehandelt werden. Es kann im Vakuum metallisiert werden. Spezielle Typen lassen sich nach der Aktivierung der Oberfläche mit Edelmetallsalzen galvanisieren. In der Regel wird dafür zunächst eine Nickelschicht aufgebracht, die schließlich mit Nickel oder Chrom galvanisch plattiert wird.

Polypropylen lässt sich schweißen und kleben. Als Klebstoffe kommen Kontaktklebstoffe auf der Basis von Naturgummi oder Chlorbutadien-Kautschuk sowie Klebstoffe auf der Basis von Silikonen, Epoxidharzen oder Polyurethanen in Frage. Auch beim Kleben ist eine Behandlung der Oberfläche notwendig. Sie erfolgt meist mit Chromschwefelsäure. Eine Diffusionsklebung ist nicht möglich. Spanende Bearbeitung ist wegen der größeren Härte von PP einfacher als beim PE. Das Stanzen ist aber nur begrenzt möglich. [1]

Wie die meisten thermoplastischen Materialien, lässt sich auch Polypropylen schweißen, z.B. durch Warmgasschweißen mit Heißluft. Dabei wird die Schweißstelle und der PP Schweißdraht erwärmt und anschließend mit Druck gefügt. Das Wertigkeitsverhältnis dieser Schweißverbindungen, also das Verhältnis der Festigkeit der Schweißnaht im Vergleich zu derjenigen des Grundwerkstoffs, liegt bei PP bei etwa 0.6 bis 0,8. Eine Schweißnaht bei PP erreicht demnach ca. 60 bis 80% der Festigkeit des Grundwerkstoffs, wobei die Fähigkeiten der schweißenden Person großen Einfluss auf das Ergebnis haben. Daher sind mit entsprechender Erfahrung auch höhere Wertigkeitsverhältnisse erreichbar. [8]

[1] Baur E., Drummer D., Osswald T., Rudolph N.: <a href="https://www.hanser-fachbuch.de/fachbuch/artikel/9783446465145" target="_blank">Saechtling Kunststoff-Handbuch</a>, 32. Auflage, ISBN 978–3–446–46514–5, Carl Hanser Verlag, München (2022)

[2] James L. White, David Choi: <a href="https://www.hanser-fachbuch.de/fachbuch/artikel/9783446229624" target="_blank">Polyolefins - Processing, Structure Development, and Properties</a>, ISBN 978–3–446–22962–4, Carl Hanser Verlag, München ( 2004)

[3] Cornelia Vasile: Handbook of Polyolefins, 2. Auflage, CRC Press, 2000.

[4] Braun, J., Gahleitner, M., Grestenberger, G., Niedersüß, P., & Tranninger, C.: <a href="https://www.kunststoffe.de/a/fachartikel/wachsen-durch-technische-spezialitaeten-153321" target="_blank">Wachsen durch technische Spezialitäten</a>. Kunststoffe Ausgabe 10/2019, S. 50–55.

[5] Abts, G.: <a href="https://www.hanser-fachbuch.de/fachbuch/artikel/9783446462915" target="_blank">Kunststoff-Wissen für Einsteiger</a>, 4. Auflage, ISBN 978–3–446–46291–5, Carl Hanser Verlag, München (2020)

[6] <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/uba-fragen/verrottet-plastik-gar-nicht-nur-sehr-langsam" target="_blank">https://www.umweltbundesamt.de/service/uba-fragen/verrottet-plastik-gar-nicht-nur-sehr-langsam</a>

[7] <a href="https://www.krv.de/wissen/allgemeines-6" target="_blank">https://www.krv.de/wissen/allgemeines-6</a>

[8] <a href="https://www.wegenerwelding.de/PDFs/schweissfibel.pdf" target="_blank">https://www.wegenerwelding.de/PDFs/schweissfibel.pdf</a>

(9) Mapping of Advanced Plastic Waste Recycling Technologies and their Global Capacities, Hrsg.: Nova Institut Hürth, 2024

[10] Norbert Niessner (Hrsg.): Recycling of Plastics. ISBN 978–1–56990–856–3, Carl Hanser Verlag, München (2022)

[11] Christian Hopmann, Walter Michaeli: Einführung in die Kunststoffverarbeitung, ISBN: 978–3–446–45355–5, 8. Auflage 2017, Carl Hanser Verlag München

[12] https://plasticpractical.com/global-production-how-much-polypropylene-is-produced-each-year/?utm_source=chatgpt.com

Polypropylen (PP) wird häufig zu Verpackungsanwendungen verarbeitet.

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Polypropylen (PP) ist gut zu recyclen und am Recyclingcode 05 erkennbar.

Auf einer Bead.Machine von Hofmann wurde dieser spritzgegossene Verschluss aus PP (beige) mit einem PP-Partikelschaum umschlossen und zu einem Produkt verbunden.

Der Zweischneckenextruder ZE BluePower mit Breitschlitzdüse von KraussMaffei kann zur wirtschaftlichen Produktion von PP-Bodenbelägen eingesetzt werden.

Medizintechnische Einwegprodukte wie beispielsweise Pipettenspitzen werden häufig aus PP hergestellt, wobei das eingesetzte Material (im Bild: PP-Copolymer Bormed BJ868MO) über spezielle Zertifikate für den medizinischen Einsatz verfügen muss.

Heckklappe eines VW ID.3, hergstellt u.a. mit einem langglasfaserverstärketen Polypropylen von Celanese.

Netstal hat auf der Fakuma 2024 einen im Spritzprägeverfahren produzierten Joghurtbecher gezeigt. Das Leichtgewicht aus Polyproyplen wiegt nur 5,4 g und ist vollständig recycelbar.

Anlage für die Herstellung von PP-Compounds auf Basis von Rezyklaten im Umfang von 50.000 Tonnen jährlich Rialti S.p.A. in Varese, Italien.

PP lässt sich gut recyclen, wobei die erzielbare Qualität von der Sortenreinheit und Güte der Ausgangsstoffe abhängt. Geiger Automotive setzt das PP-Rezyklat Mafill CR HT 5344 H zur Herstellung dünnwandiger Teile für das Luftführungselement ein, das die Kühlluft zu den Motoren des BMW X3 leitet.

Polypropylen wird vorwiegend in Granulatform gehandelt und kann mit allen gängigen Kunststoff-Verarbeitungsverfahren, wie Spritzgießen, Extrusion oder Thermoformen, zu verschiedensten Produkten umgeformt werden

Polypropylen (PP)

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Polypropylen | Thermoplaste mit vielen Anwendungsgebieten

Dieser Bestseller der deutschsprachigen Kunststoffliteratur erschließt dem Praktiker wie dem Neueinsteiger den aktuellen Stand der Kunststofftechnik mit allen relevanten Neuentwicklungen.

Gerade bei technischen Anwendungen wird PP häufig nicht als Reinmaterial eingesetzt, sondern als Compound. Dabei werden bei der Herstellung des Granulats durch die Beimischung von Zusatzstoffen bestimmte Eigenschaften des Materials verändert (z.B. Festigkeit, Schlagzähigkeit, Brandverhalten etc.). Besonders hohe Festigkeiten erreicht glasfaserverstärktes PP (PP GF), wie bei diesem Fahrzeug-Türmodul aus Thermylene P11

Aufgrund seiner Eigenschaften und Preisstruktur wird PP häufig für Lebensmittelverpackungen eingesetzt Sabic bietet mit dem PP-Copolymer Flowpact FPC70 ein gut zu verarbeitendes Material für Verpackungen von Lebensmitteln, Non-Food-Produkten sowie Verschlusskappen und Haushaltswaren.

Aufgrund des günstigen Preises wird PP auch in Einwegprodukten wie Trinkbecher eingesetzt. Anders als bei Polystyrol (PS) brechen und splittern diese Trinkgefäße nicht. Wegen der zunehmenden Umweltverschmutzung durch Plastikabfälle werden Einwegbecher aber mittlerweile in vielen Ländern verboten.

Die moderne Medizintechnik ist dagegen auf sogenannte Disposals (Einwegartikel) angewiesen. Viele Einwegprodukte wie beispielsweise Pipettenspitzen werden aus PP hergestellt, wobei das eingesetzte Material (im Bild: PP-Copolymer Bormed BJ868MO) über spezielle Zertifikate für den medizinischen Einsatz verfügen muss

PP lässt sich gut recyclen, wobei die erzielbare Qualität von der Sortenreinheit und Güte der Ausgangsstoffe abhängt. Geiger Automotive setzt das PP-Rezyklat Mafill CR HT 5344 H zur Herstellung dünnwandiger Teile für das Luftführungselement ein, das die Kühlluft zu den Motoren des BMW X3 leitet