High impact polypropylene - structure evolution and impact on reaction

Abstract

Diese Arbeit untersucht die Auswirkungen von Reaktionsbedingungen, insbesondere der Prepo auf die Morphologie und wie diese die Prozesskinetik in der Polymerisation von heterophasischem Polypropylen beeinflussen. Nach Erreichen von Reproduzierbarkeit und Referenzaktivitäten wurde ein Screening über den Einfluss von Polymerisationsbedingungen auf die Morphologie durchgeführt. Die Ergebnisse zeigen, dass Prepo erforderlich ist um gute Aktivitäten zu erhalten. Die Zugabe von Ethylen während der Prepo ist eine Methode zur Einstellung der Morphologie. Dadurch wird die Schüttdichte verringert und die Porosität erhöht. Sorptions-Messungen zeigen für Proben mit geringerer Schüttdichte schnellere Stoffaustauschraten. Die Aktivität während der Homopolymerisation wird durch die Zugabe von Ethylen bei der Prepoly nicht beeinflusst. Kristallinität wird dadurch auch nicht beeinflusst. Während der Copolymerisation zeigten die Proben mit Ethylen in der Prepo geringere Aktivitäten auf. Es gibt Hinweise darauf, dass der Ethyleneinbau in der Copo bei Proben mit Ethylen während der Prepolymerisation etwas höher ist. Simulationsrechnungen zeigen, dass die Proben mit Ethylen in der Prepo die Stofftransportbeschränkungen für Ethylen in der Copo reduzieren. Dadurch kann das Potential des Katalysators für den Ethyleneinbau besser genutzt werden.

This work focuses on the effect of reaction conditions, in particular prepolymerization, on the particle morphology and how morphology influences process kinetics in the polymerization of heterophasic polypropylene. After establishing reproducibility and reference activity levels, a screening of the effect of homo and prepolymerization conditions on morphology was performed. Results showed for both catalysts studied, that prepo is required in order to obtain good activity and that addition of ethylene during prepolymerization is an effective handle to adjust the morphology. By addition of ethylene, bulk density of the resulting polymer is reduced and porosity is increased. Sorption measurements reveal for samples with lower bulk density faster mass-transfer rates. Activity in the matrix stage is for both catalysts basically not affected by ethylene in the prepo. Crystallinity of the homopolymers is not affected by ethylene in the prepo step. During the rubber-phase, the samples with ethylene in the prepo showed lower activities. There are indications that ethylene incorporation in the rubber step is higher for samples with ethylene during the prepolymerization. Simulation studies show that samples with ethylene in the prepo reduce the mass-transfer limitations for ethylene in the heco-stage, which helps to better exploit the catalyst capabilities for ethylene incorporation.