Το πολυπροπυλένιο (PP), ως σημαντικό θερμοπλαστικό πολυμερές, οφείλει τις ανώτερες μακροσκοπικές του ιδιότητες στη μοναδική του μοριακή δομή. Η κατανόηση των δομικών χαρακτηριστικών του είναι θεμελιώδης για την κατανόηση των ορίων εφαρμογής και των κατευθύνσεων καινοτομίας αυτού του υλικού.
Το ΡΡ σχηματίζεται με τον πολυμερισμό προσθήκης μονομερών προπυλενίου (CH2=CH-CH3) για τη δημιουργία μιας γραμμικής αλυσίδας πολυμερούς. Η κύρια αλυσίδα αποτελείται από άτομα άνθρακα που συνδέονται με ομοιοπολικούς δεσμούς και κάθε επαναλαμβανόμενη μονάδα φέρει μια πλευρική ομάδα μεθυλίου (-CH3). Αυτή η δομή προσδίδει στο ΡΡ ένα ημι-κρυσταλλικό χαρακτηριστικό-όταν οι μοριακές αλυσίδες είναι διατεταγμένες κανονικά, μπορούν να σχηματιστούν διατεταγμένες κρυσταλλικές περιοχές, ενώ τα διαταραγμένα μέρη είναι άμορφες περιοχές. Η αναλογία μεταξύ των δύο επηρεάζεται σημαντικά από τη στερεοκανονικότητα των μοριακών αλυσίδων. Με βάση τη διάταξη των μεθυλομάδων και στις δύο πλευρές της κύριας αλυσίδας, το πολυπροπυλένιο (PP) μπορεί να ταξινομηθεί σε τρία στερεότυπα: ισοτακτικό, συνδιοτακτικό και ατακτικό. Το Isotactic PP έχει όλες τις ομάδες μεθυλίου που βρίσκονται στην ίδια πλευρά της κύριας αλυσίδας, με αποτέλεσμα τη στενή συσσώρευση των μοριακών αλυσίδων και την υψηλή κρυσταλλικότητα (50%-70%), παρουσιάζοντας έτσι εξαιρετική ακαμψία, αντοχή και αντοχή στη θερμότητα. Το Syndiotactic PP έχει εναλλασσόμενες μεθυλομάδες, με αποτέλεσμα ελαφρώς ασθενέστερη κρυσταλλικότητα αλλά βελτιωμένη διαφάνεια. Το Atactic PP, λόγω της διαταραγμένης κατανομής του μεθυλίου, είναι δύσκολο να κρυσταλλωθεί, εμφανίζει ελαστική κατάσταση και επομένως έχει περιορισμένες πρακτικές εφαρμογές. Επί του παρόντος, τα κύρια βιομηχανικά προϊόντα είναι ως επί το πλείστον ισοτακτικό PP, επιτυγχάνοντας υψηλή στερεοκανονικότητα μέσω καταλυτών Ziegler-Natta ή καταλυτών μεταλλοκενίου για τη ρύθμιση της διαδικασίας πολυμερισμού.
Ο βαθμός διακλάδωσης της μοριακής αλυσίδας επηρεάζει επίσης τις ιδιότητες ΡΡ: το συμβατικό ΡΡ έχει γραμμική δομή, ενώ ορισμένες τροποποιημένες ποικιλίες μπορούν να βελτιώσουν τη ρευστότητα της επεξεργασίας εισάγοντας κοντές διακλαδώσεις, αλλά μπορεί να μειώσουν την κρυσταλλικότητα. Επιπλέον, οι ασθενείς διαμοριακές δυνάμεις στο PP (υπάρχουν μόνο δυνάμεις van der Waals) έχουν ως αποτέλεσμα χαμηλή πυκνότητα (0,90{4}}0,91 g/cm³), μικρό βάρος και εύκολη επεξεργασία. Ωστόσο, η αντίσταση στη θερμότητα (σημείο τήξης περίπου 160-170 μοίρες) και η αντίσταση σε χαμηλή θερμοκρασία (θερμοκρασία ευθραυστότητας περίπου -10 βαθμοί έως -20 βαθμοί) περιορίζονται από τα χαρακτηριστικά θερμικής κίνησης των μοριακών αλυσίδων.
Η παρουσία κρυσταλλικών περιοχών είναι το κλειδί για τον συνδυασμό ακαμψίας και σκληρότητας του ΡΡ-οι κρυσταλλικές περιοχές παρέχουν μηχανική υποστήριξη, ενώ οι άμορφες περιοχές απορροφούν την ενέργεια κρούσης. Η κρυσταλλική μορφολογία μπορεί να ελεγχθεί μέσω συμπολυμερισμού (π.χ. εισαγωγή μονομερών αιθυλενίου) ή προσθήκη παραγόντων πυρήνωσης. Για παράδειγμα, το μπλοκ συμπολυμερές PP, λόγω της διαταραχής της κανονικότητας της μοριακής αλυσίδας από τα τμήματα αιθυλενίου, παρουσιάζει μειωμένη κρυσταλλικότητα και βελτιωμένη αντοχή στην κρούση, επεκτείνοντας τις εφαρμογές του σε ανταλλακτικά αυτοκινήτων και σε άλλους τομείς.
Συνοπτικά, η δομή του PP, από την κανονικότητα και το στερεότυπο της μοριακής αλυσίδας έως τη συμπεριφορά κρυστάλλωσης, καθορίζει συλλογικά το ποικίλο φάσμα επιδόσεων του, παρέχοντας πλούσιες διαστάσεις για το σχεδιασμό υλικών και τις εφαρμογές μηχανικής.