Polietylen

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Skocz do: nawigacji, wyszukiwania
Polietylen
Polietylen
Ogólne informacje
Monomery CH2=CH2
Struktura meru -[CH2CH2]-
Jeżeli nie podano inaczej, dane dotyczą
stanu standardowego (25 °C, 1000 hPa)

Polietylen lub polietenpolimer etenu. Symbol przemysłowy: (PE).

Polietylen jest giętki, woskowaty, przezroczysty, termoplastyczny. Traci elastyczność pod wpływem światła słonecznego i wilgoci[potrzebne źródło]. Synteza polietylenu jest przykładem polimeryzacji rodnikowej w przypadku LDPE i koordynacyjnej w przypadku HDPE i LLDPE.

Polimeryzacja etenu

Folie z PE charakteryzują się małą przenikalnością dla pary wodnej, łatwo przepuszczają pary substancji organicznych, nie są odporne na węglowodory i ich chloropochodne. Są odporne na działanie roztworów kwasów, zasad i soli oraz niską temperaturę. Używany do wyrobu: folii, rur, pojemników, nart, żagli, markerów, zmywaczy do paznokci oraz toników. W wędkarstwie, żeglarstwie oraz wspinaczce często stosowane są żyłki lub liny plecione z polietylenu o nazwie handlowej Spectra.

Systematyka[edytuj | edytuj kod]

Polietylenowe granule
Torba z polietylenu

Właściwości zależą od warunków przeprowadzenia reakcji (ciśnienia, temperatury, katalizatora). Wyróżnia się 5 rodzajów polietylenu:

  • UHMWPE (ultra high molecular weight polyethylene) – polietylen o ultra wysokiej masie cząsteczkowej[1], znany m.in. pod nazwami handlowymi spectra i dyneema. Włókna z tego materiału są stosowane m.in. do produkcji kamizelek kuloodpornych oraz taśm i repów we wspinaczce oraz żeglarstwie.
  • PE-HD (high density PE, PE-HD) – Polietylen o dużej gęstości. Otrzymywany przez polimeryzację niskociśnieniową. Jest twardszy w porównaniu z PE-LD, ma wyższą wytrzymałość mechaniczną, wyższą temperaturę topnienia (125 °C), wyższą barierowość w stosunku do gazów i wyższą odporność chemiczną, wykazuje większą kruchość w niższych temperaturach, jest mniej przezroczysty (mlecznobiały). Najpopularniejsze handlowe odmiany PE-HD to PE 80 i PE 100. Gęstość – 0,94-0,96 g/cm³.
  • MDPE (medium density PE) – o średniej gęstości. Gęstość – 0,926-0,940 g/cm³.
  • PE-LD (low density PE) – Polietylen niskiej gęstości – Jest przezroczysty, giętki i miękki, zachowuje elastyczność w niskiej temperaturze (nawet do –60 °C), bezwonny, całkowicie obojętny fizjologicznie, przepuszczalny dla gazów (tlenu i dwutlenku węgla)i substancji aromatycznych (zapachów), natomiast mało przepuszczalny dla pary wodnej, podatny na zgrzewanie, mało odporny na wyższe temperatury. Gęstość – 0,915-0,935 g/cm³.
  • LLDPE (linear low density PE) – niskociśnieniowy liniowy PE o niskiej gęstości (krótkie, nierozgałęzione łańcuchy powstają w wyniku kopolimeryzacji etenu z alkenami o dłuższych łańcuchach). Gęstość – 0,915-0,935 g/cm³.

Historia[edytuj | edytuj kod]

Polietylen po raz pierwszy zsyntetyzował niemiecki chemik Hans von Pechman, który wytworzył go w 1898 podczas ogrzewania diazometanu. Gdy jego współpracownicy Eugen Bamberger i Friedrich Tschimer zbadali białą, woskowatą substancję którą wyprodukował, odkryli że składa się ona z wielu grup -CH2- i nazwali ją polimetylen.

Pierwsza możliwa do przeprowadzenia na dużą skalę synteza polietylenu została odkryta przez Erica Fawcetta i Reginalda Gibsona w ICI Chemicals w 1933. Podczas działania skrajnie wysokim (kilkaset atmosfer) ciśnieniem na mieszaninę etenu i benzaldehydu otrzymali białą, woskowatą substancję. Ponieważ reakcja była inicjowana przez ślady tlenu w aparaturze, była trudna do powtórzenia. Udało się to w 1935, kiedy kolejny chemik z ICI, Michaela Perrin odkrył ten przypadkowy wpływ. Wysokociśnieniowa metoda syntezy polietylenu stała się podstawą przemysłowej produkcji LDPE rozpoczętej w 1939.

Kamieniami milowymi w późniejszej syntezie polietylenu stały się katalizatory, które pozwalają na polimeryzację etylenu w łagodniejszych przedziałach temperatury i ciśnienia. Pierwszym z nich był tlenek chromu(VI), którego właściwości odkryli w 1951 Robert Banks i John Hogan w Phillips Petroleum. Katalizator ten umożliwiał syntezę w temperaturze 150 °C przy ciśnieniu 30 atm.

W 1953 niemiecki chemik Karl Ziegler rozwinął proces oparty na chlorkach tytanu, zwłaszcza chlorku tytanu(IV) TiCl4 i metaloorganicznych związkach glinu, takich jak trietyloglin – Al(C2H5)3. Pozwalał on na syntezę w jeszcze łagodniejszych (60 °C, 1 atm) warunkach niż proces Phillipsa. Proces Phillipsa jest jednak tańszy i łatwiejszy do opanowania, dlatego obie metody pozostają praktyce przemysłowej do dziś.

Przed końcem lat pięćdziesiątych XX wieku obu syntez – Phillipsa i Zieglera używano do produkcji HDPE. Początkowo Phillips miał problemy z produkowaniem HDPE stałej jakości i magazyny wypełniały się wybrakowanym polietylenem. Katastrofa finansowa została powstrzymana w 1957, gdy hula-hoop, zabawka składająca się z kolistej, polietylenowej rurki, stała się modna wśród nastolatków w całych Stanach Zjednoczonych.

Trzeci typ procesu katalitycznego, oparty na metalocenach (związkach sandwiczowych lub kanapkowch, jak ferrocen) został odkryty w 1976 w Niemczech przez Waltera Kaminsy’ego i Hansjörga Sinna. Dowiedziono, że procesy Zieglera i metalocenowy są bardzo elastyczne przy kopolimeryzacji etylenu z innymi alkenami. Stały się one bazą dla żywic etylenowych różnego rodzaju, w tym VLDPE, LLDPE i MDPE.

Do niedawna metaloceny były najbardziej aktywnymi katalizatorami polimeryzacji etylenu. Dużo wysiłku wkłada się w tzw. katalizatory post-metalocenowe, które mogą pozwolić na większą ingerencję w strukturę polietylenu niż metaloceny. Ostatnio prace korporacji Fujita i Mitsui pokazały, że iminofenolowe kompleksy metali grupy 4 wykazują wyższą aktywność niż metaloceny.

Zobacz też[edytuj | edytuj kod]

Przypisy

  1. J. Łaskowiec, R. Michalik: Zagadnienia teoretyczne i aplikacyjne w implantach. Gliwice: Wyd. Pol. Śl., 2002.