Polyolefine

Polyolefine (Polyalkene) sind Polymere, die aus Alkenen (früher auch Olefine genannt) wie Ethylen, Propylen, 1-Buten oder Isobuten durch Kettenpolymerisation hergestellt werden. Bei den Polyolefinen handelt es sich um gesättigte Kohlenwasserstoffe, welche die mengenmäßig größte Gruppe der Kunststoffe stellen. Es sind teilkristalline Thermoplaste, die sich leicht verarbeiten lassen. Sie zeichnen sich durch gute chemische Beständigkeit und elektrische Isoliereigenschaften aus.

Polyolefine stellen fast die Hälfte des gesamten produzierten Kunststoffes dar. So betrug 2020 mit 11,2 Millionen Tonnen der Anteil an Polyolefinen etwa 47 % des europäischen Gesamtjahresverbrauchs an Kunststoff von 24,1 Millionen Tonnen. Im Jahr 2024 betrug die weltweite Polyolefinproduktion etwa 230 Millionen Tonnen. Der Weltjahresumsatz mit Polyolefinen wird für das Jahr 2025 auf etwas mehr als 280 Milliarden US-Dollar geschätzt.

Geschichte

Das erste Polyolefin wurde 1933 in den Laboren von Imperial Chemical Industries (ICI) zufällig entdeckt, als Reginald Oswald Gibson bei Hochdruckexperimenten mit Ethylen einen weißen, wachsartigen Belag entdeckte, der sich als Polyethylen herausstellte. Nach mehreren erfolglosen Versuchen gelang es 1935 schließlich die erste gezielte Herstellung, ausgelöst durch eine kleine Sauerstoffmenge, die unbeabsichtigt in den Reaktor gelangte. Bereits 1939 nahm eine erste industrielle Produktionsanlage den Betrieb auf. Während des Zweiten Weltkriegs spielte Polyethylen wegen seiner guten Isolationseigenschaften eine wichtige Rolle in der Radartechnik der Alliierten, und nach Kriegsende verbreitete sich insbesondere das Hochdruckpolyethylen rasch im zivilen Einsatz.

In den 1950er-Jahren folgten entscheidende Fortschritte in der Polymerchemie. S entwickelten 1953 mehrere Forschungsteams nahezu gleichzeitig Verfahren zur Niederdruckpolymerisation von Ethylen, darunter die Phillips Petroleum Company, Standard Oil of Indiana sowie Karl Ziegler vom Max-Planck-Institut für Kohleforschung. Aufbauend auf Zieglers Arbeiten entwickelte Giulio Natta ein Verfahren zur Polymerisation weiterer Olefine und zur stereoregulierten Herstellung von Kunststoffen wie Polypropylen, wodurch sich die Eigenschaften der Materialien gezielt steuern ließen.

In den folgenden Jahrzehnten wurde die Vielfalt der Polyolefine weiter ausgebaut. 1967 ergänzte ICI das Sortiment um ein transparentes Spezialpolymer, während 1977 die Union Carbide Corporation ein neues Gasphasenverfahren entwickelte, mit dem sich lineares Polyethylen niedriger Dichte herstellen ließ. Diese Materialklasse, an der zuvor bereits unter anderem Du Pont Canada gearbeitet hatte, gewann daraufhin weltweit große Bedeutung in Forschung und Industrie.

Rohstoffe

Die Rohstoffe Ethen, Propen sowie die C4-Olefine stammen überwiegend aus petrochemischen Steamcracker-Prozessen. Nachwachsende Rohstoffe wie Ethanol aus Zuckerrohr stellen regional eine weitere Quelle für Ethen durch Dehydratisierung dar.

α-Olefine wie 1-Hexen stammen unter anderem aus dem SHOP-Prozess durch Oligomerisierung von Ethen.

Herstellung

Weltweit größte Hersteller von Polyolefinen (Stand 2020)

Rang	Unternehmen	Land	Jahreskapazität in Mio. Tonnen, gerundet
1	Sinopec	China	14,1
2	ExxonMobil	USA	13,2
3	LyondellBasell	Niederlande	11,7
4	Dow Chemical	USA	9,8
5	Sabic	Saudi-Arabien	8,7
6	Braskem	Brasilien	8,0
7	CNPC	China	7,4
8	OMV	Österreich	6,3
9	Ineos	Großbritannien	5,1
10	Reliance	Indien	5,0

Die Ausgangsmonomere – Propen und Ethen – sind bei Zimmertemperatur gasförmig, bilden bei ihrer Verkettung (Polymerisation) lange Molekülketten, die so genannten Polymere.

Die Polymerisation erfordert hohe Temperaturen, oftmals hohen Druck sowie den Einsatz eines Katalysatorsystems. Als Katalysatoren dienen gewöhnlich Mischungen aus Titan- und Aluminiumverbindungen. Ohne diese Substanzen wäre die Polyolefinproduktion nicht machbar, das heißt, der Erfolg der Polyolefine beruht zu einem großen Teil auf der Entwicklung immer leistungsfähigerer und komplizierterer Katalysatorsysteme.

Polyolefine sind robuste, flexible Kunststoffe mit zahlreichen Einsatzmöglichkeiten.

Endprodukte

Die wichtigsten Vertreter dieser Kunststoffgruppe sind das Polyethylen (PE), das Polypropylen (PP) und das Polymethylpenten (PMP). Weiterhin sind Polyisobutylen (PIB) und Polybutylen (PB, Polybuten-1) industriell hergestellte und eingesetzte Polyolefine.

Aus Low-Density Polyethylen (LDPE / PE-LD) werden Folien, Blasfolien, Schrumpffolien, Schrumpfschläuche, Beschichtungen und Verpackungen hergestellt. Aus Linear-Low-Density Polyethylen (LLDPE / PE-LLD) werden hauptsächlich Verpackungen und Kunststoffbehälter hergestellt. High-Density Polyethylen (HDPE / PE-HD) ist ein Rohstoff für die Herstellung von Behältern, Spielzeug sowie Benzintanks, Rohren und Haushaltswaren. Polypropylen (PP), vor allem isotaktisches Polypropylen, wird als Verpackung im medizinischen sowie Lebensmittelbereich, für Fasern, Rohre sowie Boden- und Wandbeläge verwendet.

Weblinks

Commons: Polyolefine – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien