Polietylen

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Przejdź do nawigacji Przejdź do wyszukiwania

Anonymous. , RSC, 2009.

Polietylen
Niepodpisana grafika związku chemicznego; prawdopodobnie struktura chemiczna bądź trójwymiarowy model cząsteczki
model 3D łańcucha polimeru Symbol recyklingu LDPE
model 3D łańcucha polimeru
Resin-identification-code-4-LDPE.svg
Symbol recyklingu LDPE
Ogólne informacje
Monomery CH2=CH2
Struktura meru -[CH2CH2]-
Identyfikacja
Numer CAS 9002-88-4
PubChem 6325[2]
Jeżeli nie podano inaczej, dane dotyczą
stanu standardowego (25 °C, 1000 hPa)

Polietylenpolimer etenu. Symbol przemysłowy: PE.

Właściwości[edytuj | edytuj kod]

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

Polimeryzacja etylenu

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[3].

Zastosowanie[edytuj | edytuj kod]

Butelka wykonana z LDPE

Używany do wyrobu: folii (worki, torby), rur, pojemników (butelki, kanistry), zbiorników, opakowań, zakrętek do butelek PET, nart, żagli, markerów, zmywaczy do paznokci oraz toników. W wędkarstwie, żeglarstwie oraz wspinaczce często stosowane są żyłki polietylenowe lub liny plecione z włókien polietylenowych.

Systematyka[edytuj | edytuj kod]

Polietylenowe granule
Torba z polietylenu

Właściwości zależą od warunków przeprowadzenia reakcji (ciśnienia, temperatury, katalizatora). Wyróżnia się m.in.[potrzebny przypis]:

  • UHMWPE (ultra-high-molecular-weight polyethylene) – polietylen o ultrawysokiej masie cząsteczkowej[4] 4 MDa. Włókna z tego materiału są stosowane m.in. do produkcji kamizelek kuloodpornych oraz taśm i repów we wspinaczce oraz żeglarstwie. Sprzedawany m.in. pod nazwami handlowymi spectra i dyneema.
  • HDPE (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.
  • LDPE (low density PE, PE-LD) – 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.
  • PEX (cross-linked PE) – polietylen sieciowany, łańcuchy PE połączone poprzecznie, np. przez silany. Stosowany do produkcji rur i izolacji. Nie jest odwracalnie termoplastyczny.

Historia[edytuj | edytuj kod]

Polietylen po raz pierwszy zsyntetyzował niemiecki chemik Hans von Pechmann, który wytworzył go w 1898 podczas ogrzewania diazometanu[5]. Gdy jego współpracownicy Eugen Bamberger i Friedrich Tschimer zbadali białą, woskowatą substancję którą wyprodukował, odkryli że składa się ona z wielu grup −CH
2
i nazwali ją polimetylen[potrzebny przypis].

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[potrzebny przypis].

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[potrzebny przypis].

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(C
2
H
5
)
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 w praktyce przemysłowej do dziś[potrzebny przypis].

Przed końcem lat 50. obu metod – Phillipsa i Zieglera używano do produkcji HDPE. Początkowo Phillips miał problemy z otrzymywaniem 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[potrzebny przypis].

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[potrzebny przypis].

Do niedawna metaloceny były najbardziej aktywnymi katalizatorami polimeryzacji etylenu. Dużo wysiłku wkłada się w tzw. katalizatory postmetalocenowe, 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[potrzebny przypis].

Zobacz też[edytuj | edytuj kod]

Przypisy[edytuj | edytuj kod]

  1. Richard G. Jones i inni red., Compendium of Polymer Terminology and Nomenclature. IUPAC Recommendations 2008, RSC Publishing, 2009, s. 260, DOI10.1039/9781847559425, ISBN 978-0-85404-491-7 (ang.).
  2. Polietylen (CID: 6325) (ang.) w bazie PubChem, United States National Library of Medicine.
  3. PE, polietylen, Plastechopedia [dostęp 2019-10-02].
  4. J. Łaskowiec, R. Michalik: Zagadnienia teoretyczne i aplikacyjne w implantach. Gliwice: Wyd. Pol. Śl., 2002.
  5. Hans von Pechmann, Ueber Diazomethan und Nitrosoacylamine, „Berichte der Deutschen chemischen Gesellschaft zu Berlin”, 31, 1898, s. 2640–2646, DOI10.1002/cber.18980310314 [dostęp 2019-10-26], Cytat: Erwähnt sei noch, dass aus einer ätherischen Diazomethanlösung sich beim Stehen manchmal minimale Quantitäten eines weissen, flockigen, aus Chloroform krystallisirenden Körpers abscheiden;[...] (s. 2643).