Asien, Mittlerer Osten, Russland und Schwellenländer mit Nachholbedarf
Polypropylen - Standardwerkstoffe mit sehr guten Zukunftschancen / Verpackungen als Treibriemen
Die Welt der Kunststoff-Folienherstellung ist vielfältig und komplex. Sie bewegt sich im Spannungsfeld zwischen den Rohstoff-Erzeugern mit ihren Entwicklungen und den erhöhten Anforderungen der Kunden an funktionsgerechte und preiswerte Folien. Neue Technologien und Entwicklungen im Anlagenbereich ermöglichen die Nutzung innovativer und leistungsfähiger, preiswerter Rohstoffe oder Rezepturen bei verbesserten Eigenschaften und Qualitäten. Gesetzliche Auflagen und Umweltvorschriften einerseits wie auch globale Wettbewerber stellen neue Herausforderungen dar. Kunststofffolien stehen weiterhin im Wettbewerb zu Papier, Glas, metallischen Folien und Verpackungen sowie auch zu anderen Kunststoffteilen, die blasgeformt oder gespritzt sind.
Allen Folien gemeinsam ist, dass sie für den Einsatzzweck nicht nur hervorragend technisch und qualitativ geeignet, sondern auch preiswert sein müssen. Der Folienpreis wird am stärksten durch die Rohstoffkosten beeinflusst, die wiederum vom Einstandspreis des Rohstoffes, von der Rezeptur und der Nutzung des Materials bei der Folienherstellung abhängen. Je mehr die Folie eine "Commodity" wird, umso stärker spielt das Preisargument eine Rolle.
Bei Polyethylen (PE) Folien liefern sich low densitiy (LD) und linear low density (LLD) mengenmäßig noch ein Kopf-an-Kopf-Rennen, wobei LD- zunehmend durch alle Arten von LLD-Folien substituiert werden, speziell auch durch die dynamische Entwicklung der metallocenkatalysierten Typen.
Im Segment PP-Folien sind die beiden großen Bereiche der verstreckten und unverstreckten Folien zu unterscheiden. Verstreckte Folien werden für vielfältige Verpackungen, unter anderem für Lebensmittel, Tabak und Blumen eingesetzt, aber auch für Klebebänder. Basismaterial ist gewöhnlich das Homopolymer. Im unverstreckten PP-Folienbereich finden neue Entwicklungen statt: hochkristalline, hochsteife PP-Homopolymere reduzieren die Wanddicke, erreichen eine höhere Wärmestandfestigkeit und verbessern die Wasserdampfbarriere. Dank der sehr guten Flächenergiebigkeit der PP-Folien wird das Wachstum dieser Folien weiterhin zu Lasten solcher aus anderen Rohstoffen stattfinden. Über die letzten 10 Jahre haben PP-Folien mit großen Schritten die mengenmäßig führende Position eingenommen. Mittelfristig ist mit einem weiter steigenden Verbrauch zu rechnen, speziell bei dünneren Hartfolien.
BOPP-Folien
In den vergangenen Jahren war trotz Krise die BOPP-Folienherstellung der am stärksten wachsende Zweig innerhalb des Segments flexibler Verpackungen. Durchschnittlich liegt der Verbrauch bei gut 5 Mio. jato an BOPP-Folien. Auch für die nächsten drei bis vier Jahre erwarten Marktforscher global durchschnittlich mindestens fünf Prozent Wachstum pro Jahr (entwickelte Industrienationen ca. 2 %; übrige Märkte etwa 9 %). Dabei wird Asien auch in Zukunft schätzungsweise gut 40 Prozent des Weltmarktverbrauchs für sich beanspruchen. Stark steigend sollen auch die Märkte Indien, der Mittlere Osten, Russland sowie Brasilien sein.
Polypropylen-Folien technische Differenzierung
- Ungereckte PP-Folien
Ungereckte PP-Folien werden überwiegend nach dem Verfahren der Flachfolienextrusion (Castfilm) gefertigt. Folien aus PP verfügen gegenüber solchen aus PE gewöhnlich über eine höhere Transparenz, eine bessere Steifigkeit und Abriebfestigkeit, eine hohe Widerstandsfähigkeit gegen Öle und Fette sowie eine höhere Temperaturbeständigkeit. Sie kommen unter anderem für die Verpackung von Lebensmitteln wie hochwertigem Gemüse, Kleingebäck und Käse zum Einsatz. Darüber hinaus werden sie gern als Verpackung von Textilien und Medizinprodukten eingesetzt. PP-Castfilms haben üblicherweise Foliendicken zwischen 25 my und 40 my, wobei der Trend bei gleicher Leistungsfähigkeit zu immer dünneren Folien geht.
- Monoaxial verstreckte PP-Folien
Diese Folien werden unmittelbar nach der Extrusion in Maschinenrichtung (Machine Direction Orientation MDO) verstreckt. Damit werden deutliche Verbesserungen der mechanischen Eigenschaften in Längsrichtung der Folien erreicht. Dieses Verfahren wird beispielsweise zur Herstellung von Kleberollen eingesetzt.
- Biaxial verstreckte PP-Folien
Diese Folien werden biaxial, also sowohl in Längs- als auch in Querrichtung verstreckt (BOPP Bi-orientated PP). Sie machen mit nahezu 90 Prozent den Löwenanteil in der Produktion von Polypropylenfolien aus. Durch die biaxiale Verstreckung erreicht man wesentliche Verbesserungen der Folieneigenschaften hinsichtlich Transparenz, Steifigkeit, Kältebeständigkeit und Undurchlässigkeit von Wasserdampf und Gasen. Polypropylenfolien sind jedoch ohne Weiterbearbeitung nicht heißsiegelfähig. Um dies zu erreichen bedient man sich der Coextrusion, bei der die äußerste Folienlage als Siegelschicht angelegt wird. Diese kann beispielsweise aus PP-Copo, Vinylacetat oder auch Ethylen sein. Da die Siegelschichten ebenfalls das Reckverfahren durchlaufen, sind sehr geringe Foliendicken möglich.
Heißsiegelfähige BOPP-Folien werden für die Lebensmittelverpackung beispielsweise von Süß- und Backwaren, Snackartikeln, Teigwaren und Trockenfrüchten oder Kartoffelprodukten eingesetzt. Darüber hinaus finden sie breite Verwendung bei der Verpackung von Papier, Textilien, kosmetischen und medizinischen Artikeln. Durch den Zusatz von Additiven lassen sich die Folien antistatisch oder besonders gleitfähig machen und eignen sich so zum Einsatz auf allen Verpackungsmaschinen. BOPP-Folien vereinen eine Reihe hervorragender Eigenschaften. Bemerkenswert sind die sehr guten mechanischen Eigenschaften wie Reiß-, Stoß- und Durchstoßfestigkeit kombiniert mit sehr guten optischen Eigenschaften wie Glanz und Transparenz. Die Folien sind unempfindlich gegen Wasser und undurchlässig für Wasserdampf. Sie besitzen eine ausgezeichnete Wärme- und Kältebeständigkeit sowie Dimensionsstabilität und Kratzfestigkeit. Sie weisen eine sehr gute Beständigkeit gegen Öle, Fette und Lösungsmittel auf, sind geruchs- und geschmacksneutral sowie physiologisch unbedenklich.
PP weltweit erfolgreich
Der weltweite Erfolg der PP-Werkstoffe hat gute Gründe. Konventionelle Materialien wie Glas, Papier und Stahl werden aufgrund des besseren Eigenschaftsprofils der Kunststoffe, der einfacheren Verarbeitbarkeit oder des günstigeren Preises substituiert. Darüber hinaus kann sich Polypropylen auch gegenüber anderen Kunststoffen vielfach überzeugend durchsetzen, weil es im Verhältnis zu ihnen eine geringere Dichte aufweist. Beispielsweise etwa 5 Prozent weniger als PE-HD, sie ist bis zu 20 Prozent geringer als beim PS und im Vergleich zu PVC weist die PP-Dichte gar ein Minus von 25 Prozent auf. Das spart dem Verarbeiter beim Einkauf bares Geld, erhält er doch bei gleicher Tonnage deutlich mehr Material geboten. Und das macht sich bei vergleichbaren Anwendungen auch hinsichtlich der Eigenschaften für die Verbraucher bemerkbar. So trägt er zum Beispiel einen leichteren und bruchsicheren Joghurtbecher aus PP nach Hause, der gegenüber dem PS-Becher auch noch mit einem PP-Deckel versehen sein kann. Die Dichte von PP liegt zwischen 0,895 g/cm³ und 0,92 g/cm³.
Die hauptsächlichen PP-Einsatzfelder in Westeuropa gemäß Verbrauch teilen sich wie folgt auf: Verpackungen (Extrusion, Spritzguss, Tiefziehen, Blasformen) machen gut 40 Prozent aus, gefolgt vom Segment Fasern, das etwa 20 Prozent einnimmt. Die Bereiche Elektro/Elektronik (hauptsächlich Spritzguss) sowie Sonstige Anwendungen haben jeweils einen Anteil von rund 15 Prozent inne. Der Automobilsektor (hauptsächlich Spritzguss) erreicht ca. 10 Prozent des PP-Absatzes.
Polypropylen allgemein
Die Anwendungsvielfalt von PP reicht von Folien und anderen Verpackungen über Transportbehälter, Rohre und Platten bis hin zu Fasern sowie medizinischen Einsatzfeldern wie Beuteln und ähnlichem mehr. Im technischen Bereich des Polypropylens (PP mit unterschiedlichsten Verstärkungsfasern, Talkum gefüllt etc.) ist das Anwendungsspektrum ähnlich vielfältig. Ein Beispiel ist der legendäre Siegeszug der PP-Bumpersysteme für Kraftfahrzeuge in den letzten Jahren. Sie erreichen mittlerweile eine Quote von rund 90 Prozent.
Während in den entwickelten Industrienationen rund 50 Prozent des Polypropylens mittels Spritzguss verarbeitet werden - vielfach für den Automobilbereich (PP macht hier durchschnittlich 50 bis 60 Prozent des Kunststoffanteils aus) -, sind es im Rest der Welt nur knapp 30 Prozent. Faseranwendungen nehmen weltweit durchschnittlich etwa 35 Prozent des PP-Verbrauchs in Anspruch, bei Folien sind es ca. 17 Prozent, die Sonstige Extrusion setzt etwas mehr als 15 Prozent ein und Blasformen verbraucht nur rund 2 Prozent der gesamten Menge.
Die PP-Haupttypen
Das homopolymere Polypropylen macht mit etwa 70 Prozent nach wie vor den größten Teil der erzeugten PP-Kunststoffe aus. Es folgen mit ca. 20 Prozent die PP-Block-Copolymere (bis 20 % Ethylen). PP-Random-Copolymere (2-6% Ethylen) rangieren mit rund 10 Prozent auf Platz Drei. Durch die Copolymerisation des Polypropylens mit Ethylenanteilen werden Nachteile, die der singuläre PP-Werkstoff aufweist, ausgeglichen. So wird beispielsweise den an sich spröden PP-Thermoplasten diese Eigenschaft durch den gezielten Zusatz von Ethylen für bestimmte Einsätze genommen: Unter anderem werden dadurch Folien geschmeidiger, ohne dass man Weichmacher einsetzen muss. Die erzeugende Industrie ist ständig bestrebt, ihr Portfolio weiter auszudifferenzieren, um die Werkstoffe auf die jeweilige Anwendung hin auszurichten.
Das beginnt bei den Katalysatoren (basierend auf Ziegler-Natta) mit einer weitgehend zielgenauen Polymerkette, die auf vielseitig ausgelegten Anlagen hergestellt werden, setzt sich bis in das Polymerdesign (Struktur der Kette) hinein fort und endet nach den Reaktoren bei der gezielten Modifikation der Polymere mit weiteren Zusatzstoffen. Als grundsätzliche Zielvorgabe gilt vor allem eine maßgeschneiderte Lösung für spezifische Einsatzzwecke. Zum Beispiel will man durch gezieltes Einbauen von zusätzlichen Werkstoffen in die Kohlenstoffkette (Design) den Elastizitätsmodul weiter nach unten bringen. Hierin wird auch das Bestreben der Kunststoffproduzenten deutlich, sich mit eigens entwickelten Werkstoffen aus der Masse abzuheben, um zum einen den Kunden besser zu bedienen, zum anderen aber auch nicht von vornherein einem Preisdruck ausgesetzt zu sein.
Die PP-Synthese
Polypropylen wurde vermutlich 1951 zum ersten Mal von John Paul Hogan und Robert Banks synthetisiert. Die großtechnische Synthese begann 1957 durch die Arbeit des Chemikers Giulio Natta. Natta wurde am 26. Februar 1903 im italienischen Imperia geboren. Er verstarb am 2. Mai 1979 in Bergamo. Er entdeckte die stereospezifische Polymerisation von Olefinen und Ethinverbindungen sowie die asymmetrische Synthese optisch aktiver Polymere, wofür er mit Karl Ziegler im Jahre 1963 den Nobelpreis für Chemie erhielt.
Die Ziegler-Natta-Katalysatoren sind nach den Nobelpreisträgern benannt. Es handelt sich um Metallkomplexkatalysatoren, die bei der Reduktion bestimmter Metallverbindungen mit geeigneten metallorganischen Verbindungen entstehen und die eine stereospezifische Polymerisation von Olefinen bei Normaldruck erzwingen.
Polypropylen Der Kunststoff
Polypropylene sind teilkristalline Thermoplaste, die durch Polymerisation von Propylen in Gegenwart von Ziegler-Natta-Katalysatoren hergestellt werden. Polypropylene sind überwiegend isotaktisch, d.h. die regelmäßige, periodische Anordnung der Seitengruppen von Makromolekülen. Polypropylene sind starrer und härter als Polyethylene. Darüber hinaus behalten sie ihr Eigenschaftsprofil auch bei höheren Temperaturen bei. Dazu gehören insbesondere eine durchschnittliche Festigkeit, Steifigkeit und Schlagzähigkeit, eine niedrige Dichte, eine sehr gute Chemikalien- und eine gute Spannungsrissbeständigkeit sowie eine hohe Dauerbiegefestigkeit. Ein Nachteil von PP sind jedoch die mangelnden Kälteeigenschaften. Hier ist je nach Anwendung speziell nachzubessern, bzw. auf besonders ausgerüstete Typen zurückzugreifen.
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