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Standardthermoplaste - Polypropylen (PP)

Chemikalienbeständigkeit von Polypropylen

Auszug aus
Gottfried Wilhelm Ehrenstein, Sonja Pongratz

Die Beständigkeit von Kunststoffen

09/2007, € 279,99
ISBN: 978-3-446-41149-4
S. 707-709

Aufgrund des unpolaren Charakters zeigt Polypropylen eine gute Beständigkeit gegenüber vielen polaren Flüssigkeiten wie Alkohole, organische Säuren, Ester und Ketone. Von oxidierend wirkenden Chemikalien wird Polypropylen schon bei Raumtemperatur angegriffen.

Das Verhalten von Polypropylen gegenüber Chemikalien wird durch den unpolaren Charakter des Polypropylens bestimmt. Polypropylen ist beständig gegen viele polare Flüssigkeiten wie Alkohole, organische Säuren, Ester und Ketone. Durch Einwirkung aliphatischer und aromatischer Kohlenwasserstoffe sowie von Halogenkohlenwasserstoffen quillt Polypropylen. Im Vergleich zu den höher kristallinen PP-Polymeren und PP-Blockcopolymeren ist bei den weniger kristallinen statistischen PP-Copolymeren die Quellung stärker. Sie ist mit einer Abnahme der Festigkeit verbunden. Sowohl die Quellung als auch die Änderung der mechanischen Eigenschaften ist reversibel.

Gegen wässrige Lösungen von anorganischen Salzen sowie gegen fast alle anorganischen Säuren und Basen ist Polypropylen beständig, auch bei hoher Konzentration und bei Temperaturen über 60°C. Nur von oxidierend wirkenden Chemikalien wie Chlorsulfonsäure, Oleum, konzentrierter Salpetersäure und Halogenen wird Polypropylen schon bei Raumtemperatur angegriffen.

Die Bildung von Spannungsrissen wurde bei Polypropylen bisher nicht beobachtet [1].

Bei nicht mit Metalldesaktivatoren stabilisiertem Polypropylen muss der Kontakt mit Kupfer oder kupferhaltigen Materialien vermieden werden [2].

Polypropylen zeigt bei Raumtemperatur, aber auch bei höheren Temperaturen, eine höhere Zeitstandfestigkeit als Polyethylen. Beim Tauchversuch zeigt PP ein ähnliches Verhalten wie PE-HD, und es ist anzunehmen, dass auch beim Zeitstandversuch Ähnlichkeiten bestehen, man muss aber im Einzelfall mit erheblichen Unterschieden rechnen [3].

Hexagonal kristallines Polypropylen

Im industriellen Druck-Rohrleitungsbau werden verschiedene hochmolekulare Polypropylene, wie z. B. Homopolymere (PP-H, Typ 1) und statistische Copolymere (PP-R, Typ 3) eingesetzt. Blockcopolymere (PP-B, Typ 2) eignen sich aufgrund ihrer geringeren Zeitstandfestigkeit weniger für dieses Anwendungsgebiet. Hexagonal β-kristallines PP-H entsteht im Gegensatz zu normal monoklinem α-PP-H durch eine spezielle Nukleierung und optimale Verarbeitung. Dieses Material erfüllt alle Anforderungen internationaler Normen an PP-Homopolymere und besitzt die DIBt-Zulassung [4].

Bild 1: Zeitstandfestigkeit von β-nukleiertem Polypropylen [4]

Bild 1 dokumentiert die Zeitstandfestigkeit von β-PP-H. Signifikant ist der flache Verlauf im zweiten Kurvenast gegenüber dem „Steilabfall“ bei genormtem α-PP-H. Dieser flache Kurvenverlauf resultiert aus der Homogenität des Gefüges und den niedrigeren Eigenspannungen. Dem β-PP-H kann demzufolge auch erhöhte Spannungsrissbeständigkeit unterstellt werden.

Gemäß der Standardextrapolationsmethode nach DIN EN ISO 9080 lässt sich durch den Mittelwert der längsten Prüfzeiten, bei der höchsten Prüftemperatur 120°C der Nachweis für 37 Jahre bei 80°C erbringen. Für 95°C lassen sich so acht Jahre bei 2,2 N/mm2 errechnen.

Durchflussmedien von PP-Rohrleitungssystemen sind neben Wasser wässrige Lösungen, Säuren, Laugen und Lösungsmittel. Die chemische Resistenz des Polypropylens wird hierbei auch durch die Pigmentierung und durch Homogenität und Struktur der kristallinen Phase beeinflusst, Bild 2 [4].

Bild 2: Immersion von Polypropylen in 68 %iger HNO3 und bei 60°C; V1: Atmosphärendruck, V2: im druckdichten PVDF-Behälter [4]

In Immersionsversuchen zeigen TiO2 -pigmentierte Polypropylene gegenüber ZnS-haltigen eine deutlich geringere Massenänderung. Eine Mischpigmentierung von 1:1 mit TiO2 und ZnS erweist sich diesbezüglich als nicht vorteilhaft. Die Zugfestigkeit, Tabelle 5.70, verschiedener Polypropylen-Typen variiert je nach Resorption und chemischem Charakter der Medien. Oxidpigmentierte, nukleierte Homopolymere (β-PP-H) und statistische Copolymere (PP-R) erfahren durch primär physikalisch aktive Medien (CH3 COOH) geringere Festigkeitseinbußen als sulfidpigmentiertes PP (α-PP-H, ZnS). Neutralen, oxidierenden Medien (H2 O2 ) widerstehen Homopolymere besser als statistische Copolymere. In stark sauren und gleichzeitig stark oxidierenden Medien (HNO3 ) egalisieren sich die Unterschiede, obwohl statistische Copolymere auch hier schneller geschädigt werden.

Metalloxid-Pigmente (TiO2 ) sind chemisch inert. Salze schwacher Säuren (ZnS) gehen jedoch chemische Reaktionen ein. Die Reaktionsprodukte sind voluminöser als das Pigment selbst, wodurch Rissbildung und Penetration im Polymeren begünstigt werden. Die Reaktion führt auch zu optischen Veränderungen, Bild 3. Eindiffundierenden, chemisch aktiven Medien wird vom Homopolymer ein größerer Widerstand entgegengesetzt als vom statistische Copolymeren [4].

Bild 3: Optische Veränderung von pigmentierten Polypropylenen nach 14 Tagen Lagerung in HNO3 bei 60°C; oben: Metalloxid-Pigmente (TiO2 ), unten: Salze schwacher Säuren (ZnS) [4]

Auszug aus
Gottfried Wilhelm Ehrenstein, Sonja Pongratz

Die Beständigkeit von Kunststoffen

09/2007, € 279,99
ISBN: 978-3-446-41149-4
S. 707-709
Literaturhinweis

[1] Targor GmbH: Novolen, Sortimentsbeschreibung, Eigenschaften, Verarbeitung, Mainz, 1998

[2] Krebs, C., Avondet, M.-A., Leu, K. W.: Langzeitverhalten von Thermoplasten, Carl Hanser Verlag München, 1999

[3] Diedrich, G., Kempe, B., Graf, K.: Zeitstandfestigkeit von Rohren aus Polyethylen (HDPE) und Polypropylen (PP) unter Chemikalieneinwirkung, Kunststoffe, 69 (1979) 8, S. 470 – 476

[4] Schöpf, A., Schneider, H.: Polypropylen für Rohrleitungssysteme, Kunststoffe, 87 (1997) 2, S. 198 – 201

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