polietileno

polietileno (Abreviatura PE , obsoleto polietileno , ocasionalmente también polietileno llamado) es un por polimerización de eteno [C H ₂ =C H ₂ ] termoplástico fabricado con la fórmula estructural de cadena simplificada

.

El polietileno pertenece al grupo de las poliolefinas.
Los nombres comerciales más conocidos son:Alathon, Dyneema, Hostalen, Lupolen, Spectra, Trolen, Vestolen .

Información histórica

El polietileno fue descubierto en 1898 por el químico Hans von Pechmann y fue producido industrialmente por primera vez el 27 de marzo de 1933 por Reginald Gibson y Eric Fawcett en los laboratorios ICI en Inglaterra bajo una presión de aproximadamente 1400 bar y una temperatura de 170 °C, donde se formó como una capa cerosa blanca en la pared interior del autoclave. No fue hasta 1940 que se pudo desarrollar un proceso de fabricación económicamente viable. En 1953, el alemán Karl Ziegler y el italiano Giulio Natta desarrollaron el catalizador Ziegler-Natta, que hizo posible polimerizar eteno incluso a presión normal. Los científicos recibieron el Premio Nobel de Química por esto en 1963. Los catalizadores de metaloceno son una alternativa moderna a los catalizadores de Ziegler-Natta. Estos ya se conocían en 1950, pero el gran avance no se produjo hasta 1973, cuando Reichert y Meyer agregaron pequeñas cantidades de agua a un sistema de titanoceno y cloruro de alquilaluminio. Los catalizadores de metaloceno producen polietileno con distribuciones de peso molecular más estrechas y una incorporación de comonómero más uniforme que los catalizadores de Ziegler-Natta.

Comercialmente, el polietileno se ha utilizado en grandes cantidades desde 1957, principalmente en los sistemas de tuberías para el suministro de gas y agua, para el aislamiento de cables y en materiales de embalaje, como los embalajes termoencogibles.

En aeroespacial, el polietileno es adecuado para la protección contra la radiación de partículas debido a su alta capacidad específica de absorción de radiación. La NASA ha estado usando este plástico desde las primeras misiones del transbordador.

Tipos de PE

Se hace una distinción entre:

• PE-HD (HDPE):cadenas poliméricas débilmente ramificadas, por lo tanto, alta densidad entre 0,94 g/cm y 0,97 g/cm ("HD" significa "alta densidad").
• PE-LD (LDPE):cadenas poliméricas altamente ramificadas, por lo tanto, de baja densidad entre 0,915 g/cm y 0,935 g/cm ("LD" significa "baja densidad").
• LLDPE (LLDPE):polietileno lineal de baja densidad cuya molécula de polímero tiene solo ramificaciones cortas. Estas ramificaciones se producen mediante la copolimerización de eteno y α-olefinas superiores (típicamente buteno, hexeno u octeno) ("LLD" significa "baja densidad lineal")
• PE-HMW:polietileno de alto peso molecular. Las cadenas de polímero son más largas que en PE-HD, PE-LD o PE-LLD, la masa molar promedio es de 500-1000 kg/mol.
• PE-UHMW:polietileno de ultra alto peso molecular con una masa molar promedio de hasta 6000 kg/mol y una densidad de 0,93–0,94 g/cm.

Propiedades

El polietileno sin color es lechoso y opaco. Se siente ceroso y se puede rayar. Arde con una llama brillante que gotea y continúa ardiendo después de retirar la llama. Químicamente, se compone de hidrógeno y carbono, en forma de alcanos de alto peso molecular. Sus propiedades pueden modificarse específicamente mediante una copolimerización adecuada. El polietileno tiene una alta resistencia a los ácidos, álcalis y otros productos químicos.

El polietileno es semicristalino. Una mayor cristalinidad aumenta la densidad, así como la estabilidad mecánica y química.

El polietileno apenas absorbe agua, flota en el agua. La permeabilidad al gas y al vapor de agua es inferior a la de la mayoría de los plásticos; Por otro lado, permite el paso fácil de oxígeno, dióxido de carbono y sustancias aromáticas.

La usabilidad está limitada por el hecho de que se ablanda a temperaturas superiores a 80 °C. El polietileno sin un pretratamiento adecuado no se puede imprimir ni pegar, o solo con dificultad. El PE puede volverse quebradizo cuando se expone a la luz solar, por lo que el negro de carbón generalmente se usa como estabilizador UV.

Propiedades de un vistazo

• baja densidad (0,87-0,965 g/cm³)
• alta tenacidad y elongación a la rotura
• buen comportamiento deslizante, bajo desgaste (especialmente PE-UHMW)
• Resistencia a la temperatura de -85 °C a +90 °C (depende de la cristalinidad, cuanto más baja, menos resistente a las altas temperaturas. Para los tipos con una cristalinidad de alrededor del 20 %, el límite superior de resistencia a la temperatura es de 30-50 °C)
• óptico, blanco lechoso (opaco), cuanto menor es la cristalinidad (y por lo tanto la densidad), más transparente. Por debajo de una densidad de 0,9 g/cm³, el PE es transparente.
• muy buen comportamiento eléctrico y dieléctrico (resistencia volumétrica específica aprox. 10 Ohm/cm)
• muy baja absorción de agua
• muy bueno para mecanizado y no corte
• Se quema bien; sin residuos:CO₂ + H₂ O como productos de combustión
• El PE es resistente a casi todos los disolventes polares (T <60 °C), ácidos, álcalis, agua, alcohol, aceite, HDPE y gasolina
• Insoluble a temperatura ambiente, soluble solo en unos pocos disolventes a temperatura elevada, por ejemplo, en 1,2,4-triclorobenceno, en xileno o en hexano

Unión de piezas de PE

Dado que la mayoría de los adhesivos para plástico "disuelven" el plástico con la ayuda de disolventes (por ejemplo, acetona), por lo general no funcionan con polietileno. Además, la superficie hidrofóbica no polar evita esto, lo que también hace que sea muy difícil imprimir en PE. Sin embargo, después del tratamiento con láser, plasma (plasma de alta presión ("corona") o plasma de baja presión) o ácidos fuertes (por ejemplo, ácido sulfúrico crómico), el PE se puede pegar e imprimir.

Las piezas rotas de polietileno, en cambio, se pueden soldar mejor con una pistola de aire caliente regulable.

En el suministro de gas, las tuberías de PE-80, PE-100 y PE-X solo se conectan mediante soldadura por electrofusión, o PE-80 y PE-100 con diámetros mayores (> DN 200) también mediante soldadura a tope (soldadura de araña). En el suministro de agua potable también está muy extendida la conexión mediante racores de enchufe.

Fabricación

El polietileno se obtiene mediante la polimerización del gas etileno. En el proceso de alta presión El polietileno blando (PE-LD) se produce en un proceso de baja presión se produce el polietileno duro (PE-HD). En ambos procesos de fabricación, inicialmente se presenta como un líquido viscoso. Si se utilizan catalizadores soportados (heterogéneos) en el proceso de baja presión, el polietileno se presenta en forma de granos sólidos. Los catalizadores soportados (procesos de fase gaseosa y suspensión) se utilizan casi exclusivamente en la industria. Los catalizadores disueltos se utilizan principalmente con fines experimentales en laboratorios químicos, donde el producto se obtiene como una solución viscosa.

• PE-LD se produce a partir del monómero eteno a presiones de 100 a 300 bar y temperaturas de 100 °C a 300 °C utilizando iniciadores (arrancadores de radicales libres) (oxígeno o peróxidos).

• El HDPE y el LLDPE se producen industrialmente mediante el proceso Ziegler-Natta. Las características de este proceso son la baja presión (1 a 50 bar) y la baja temperatura (20 °C a 150 °C). Como catalizadores se utilizan ésteres de titanio, haluros de titanio y alquilos de aluminio. Alternativamente, el HDPE también se puede obtener utilizando el proceso Phillips con catalizadores de óxido de cromo a temperaturas de 85 a 180 °C y presiones de 30 a 45 bar.

• El PE-UHMW se puede producir con catalizadores Ziegler modificados.

Los catalizadores de sitio único (también llamados catalizadores de metaloceno) también se han utilizado durante varios años.En comparación con los catalizadores de Ziegler-Natta, tienen la ventaja de un mejor control de la reacción y una menor necesidad de purificación después de la síntesis.

Con una participación de aproximadamente el 29 por ciento, el polietileno es el plástico más producido en todo el mundo. En 2001 se fabricaron 52 millones de toneladas.

Redes

Las macromoléculas de PE se pueden reticular en tres dimensiones. La reticulación mejora la resistencia a la temperatura del material. Además, aumentan la resistencia al impacto y la resistencia al agrietamiento por tensión. La reticulación ocurre durante o después del procesamiento. El polietileno reticulado se conoce como PE-X. Hay cuatro métodos diferentes de mallado:

• Reticulación de peróxido (PE-Xa)
• Reticulación de silano (PE-Xb)
• Reticulación radiante (PE-Xc)
• Reticulación Azo (PE-Xd)

Áreas de aplicación

• PE-LD y PE-LLD:el material se utiliza principalmente en la producción de películas. Los productos típicos son bolsas de basura, películas retráctiles y películas agrícolas. En menor medida, el PE-LD y el PE-LLD también se utilizan para fabricar cubiertas de cables, como dieléctrico en cables coaxiales y para tuberías y cuerpos huecos.

• PE-HD:el área de aplicación más importante son los cuerpos huecos fabricados mediante el proceso de moldeo por soplado, por ejemplo, botellas para productos de limpieza del hogar, pero también recipientes de gran volumen con una capacidad de hasta 1000 l (so- llamado IBC). Además, el PE-HD se procesa en piezas moldeadas por inyección (principalmente envases), y las fibras, láminas y tuberías de polietileno se fabrican mediante procesos de extrusión y vacío. Las películas para la ingeniería hidráulica y la construcción de vertederos también se fabrican con PE-HD, así como geomallas y geofibras para la construcción de vertederos o la construcción de carreteras y terraplenes. Otra importante área de aplicación es el suministro de gas y agua potable. Aquí se suelen utilizar tuberías tipo PE-80 o PE-100. Es fácil de soldar, pero si se coloca en el suelo, la línea se debe incrustar en la arena.

• PE-UHMW:se utiliza, por ejemplo, para piezas de bombas, ruedas dentadas, casquillos deslizantes, implantes y superficies de endoprótesis donde es importante un funcionamiento particularmente suave con la menor abrasión posible. Según su peso, las fibras hechas de PE-UHMW se encuentran entre las fibras artificiales más fuertes conocidas (Dyneema®, DSM). Se utilizan como suturas quirúrgicas. Probablemente sean las únicas fibras conocidas hasta la fecha que se están discutiendo como material para un ascensor espacial.

• PE-X:se utiliza, entre otras cosas, para tuberías de agua caliente y como material aislante para cables de media y alta tensión. El PE-X también se utiliza con mucha frecuencia en el suministro de gas y agua potable. Debido a su alta resistencia al rayado (profundidad de rayado máx. 20 % del espesor de la pared), es especialmente adecuado para métodos de instalación sin zanjas, como el método de perforación en lodo o la instalación en el suelo con un arado. PE-X tiene propiedades de soldadura muy pobres, que solo permiten soldar mediante soldadura por electrofusión.

• Cohetes híbridos con PE como combustible. (Haga clic en el menú "Cohetes" Todos los My_Rocket... funcionan con PE como combustible