polietilene

polietilene (Abbreviazione PE , obsoleto polietilene , occasionalmente anche polietilene chiamato) è a mediante polimerizzazione di etene [C H ₂ =C H ₂ ] prodotto termoplastico con la formula strutturale della catena semplificata

.

Il polietilene appartiene al gruppo delle poliolefine.
Nomi commerciali noti sono:Alathon, Dyneema, Hostalen, Lupolen, Spectra, Trolen, Vestolen .

Informazioni storiche

Il polietilene fu scoperto nel 1898 dal chimico Hans von Pechmann e fu prodotto industrialmente per la prima volta il 27 marzo 1933 da Reginald Gibson ed Eric Fawcett nei laboratori ICI in Inghilterra ad una pressione di circa 1400 bar e una temperatura di 170 °C, dove si è formato come un rivestimento bianco e ceroso sulla parete interna dell'autoclave. Non è stato fino al 1940 che è stato possibile sviluppare un processo di produzione economicamente sostenibile. Nel 1953 il tedesco Karl Ziegler e l'italiano Giulio Natta svilupparono il catalizzatore Ziegler-Natta, che permetteva di polimerizzare l'etene anche a pressione normale. Gli scienziati hanno ricevuto il Premio Nobel per la Chimica per questo nel 1963. I catalizzatori metallocenici sono un'alternativa moderna ai catalizzatori Ziegler-Natta. Questi erano già noti nel 1950, ma la svolta non arrivò fino al 1973, quando Reichert e Meyer aggiunsero piccole quantità di acqua a un sistema di titanocene e alchil alluminio cloruro. I catalizzatori metallocenici producono polietilene con distribuzioni di peso molecolare più strette e un'incorporazione di comonomeri più uniforme rispetto ai catalizzatori Ziegler-Natta.

Commercialmente, il polietilene è stato utilizzato in grandi quantità dal 1957, principalmente nei sistemi di tubazioni per l'approvvigionamento di gas e acqua, per l'isolamento dei cavi e nei materiali di imballaggio come gli imballaggi termoretraibili.

Nel settore aerospaziale, il polietilene è adatto per la protezione dalle radiazioni delle particelle grazie alla sua elevata capacità di assorbimento delle radiazioni specifiche. La NASA ha utilizzato questa plastica sin dalle prime missioni dello shuttle.

Tipi di PE

Si distingue tra:

• PE-HD (HDPE):catene polimeriche debolmente ramificate, quindi ad alta densità tra 0,94 g/cm e 0,97 g/cm ("HD" sta per "alta densità").
• PE-LD (LDPE):catene polimeriche altamente ramificate, quindi a bassa densità tra 0,915 g/cm e 0,935 g/cm ("LD" sta per "bassa densità").
• LLDPE (LLDPE):polietilene lineare a bassa densità la cui molecola polimerica ha solo rami corti. Questi rami sono prodotti dalla copolimerizzazione di etene e α-olefine superiori (tipicamente butene, esene o ottene) ("LLD" sta per "linear low density")
• PE-HMW:polietilene ad alto peso molecolare. Le catene polimeriche sono più lunghe rispetto a PE-HD, PE-LD o PE-LLD, la massa molare media è di 500-1000 kg/mol.
• PE-UHMW:polietilene ad altissimo peso molecolare con una massa molare media fino a 6000 kg/mol e una densità di 0,93–0,94 g/cm.

Proprietà

Il polietilene incolore è lattiginoso e opaco. Sembra ceroso e può essere graffiato. Brucia con una fiamma gocciolante e brillante e continua a bruciare dopo aver rimosso la fiamma. Chimicamente è costituito da idrogeno e carbonio, sotto forma di alcani ad alto peso molecolare. Le sue proprietà possono essere modificate in modo specifico mediante opportuna copolimerizzazione. Il polietilene ha un'elevata resistenza agli acidi, agli alcali e ad altri prodotti chimici.

Il polietilene è semicristallino. Una maggiore cristallinità aumenta la densità e la stabilità meccanica e chimica.

Il polietilene assorbe poco l'acqua, galleggia sull'acqua. La permeabilità ai gas e al vapore acqueo è inferiore alla maggior parte delle materie plastiche; Permette invece il passaggio agevole di ossigeno, anidride carbonica e sostanze aromatiche.

L'usabilità è limitata dal fatto che si ammorbidisce a temperature superiori a 80 °C. Il polietilene senza un adeguato pretrattamento non può essere stampato o incollato, o solo con difficoltà. Il PE può diventare fragile se esposto alla luce solare, quindi il nerofumo viene solitamente utilizzato come stabilizzante UV.

Proprietà a colpo d'occhio

• bassa densità (0,87-0,965 g/cm³)
• elevata tenacità e allungamento a rottura
• buon comportamento allo scorrimento, bassa usura (soprattutto PE-UHMW)
• Resistenza alla temperatura da –85 °C a +90 °C (dipende dalla cristallinità, minore è la minore resistenza alle alte temperature. Per tipi con una cristallinità di circa il 20%, il limite superiore di resistenza alla temperatura è di 30-50 °C)
• ottico, bianco latte (opaco), minore è la cristallinità (e quindi la densità), più trasparente. Al di sotto di una densità di 0,9 g/cm³, il PE è trasparente.
• ottimo comportamento elettrico e dielettrico (resistenza di volume specifica circa 10 Ohm/cm)
• bassissimo assorbimento d'acqua
• ottimo per lavorazioni meccaniche e non taglienti
• Brucia bene; senza residui:CO₂ + H₂ O come prodotti della combustione
• Il PE è resistente a quasi tutti i solventi polari (T <60 °C), acidi, alcali, acqua, alcol, olio, HDPE e benzina
• Insolubile a temperatura ambiente, solubile solo in pochi solventi a temperatura elevata, ad esempio in 1,2,4-triclorobenzene, in xilene o in esano

Unione di parti da PE

Poiché la maggior parte degli adesivi per plastica "dissolve" la plastica con l'aiuto di solventi (ad esempio acetone), di solito non funzionano con il polietilene. Inoltre, la superficie idrofobica non polare impedisce ciò, il che rende anche molto difficile la stampa su PE. Tuttavia, dopo il trattamento con un laser, plasma (plasma ad alta pressione ("corona") o plasma a bassa pressione) o acidi forti (ad es. acido solforico cromico), è possibile incollare e stampare il PE.

Le parti rotte in polietilene, invece, possono essere saldate meglio con una pistola ad aria calda regolabile.

Nella fornitura di gas, i tubi in PE-80, PE-100 e PE-X sono collegati solo mediante saldatura per elettrofusione, oppure PE-80 e PE-100 con diametri maggiori (> DN 200) anche mediante saldatura di testa (saldatura a ragno). Anche nella fornitura di acqua potabile è diffuso un collegamento mediante raccordi a spina.

Produzione

Il polietilene è prodotto polimerizzando gas etilene. Nel processo ad alta pressione il polietilene morbido (PE-LD) è prodotto in un processo a bassa pressione viene prodotto il polietilene duro (PE-HD). In entrambi i processi di produzione, inizialmente si presenta come un liquido viscoso. Se si utilizzano catalizzatori supportati (eterogenei) nel processo a bassa pressione, il polietilene si presenta sotto forma di grani solidi. I catalizzatori supportati (fase gassosa e processi in sospensione) sono usati quasi esclusivamente a livello industriale. I catalizzatori disciolti sono usati principalmente per scopi sperimentali nei laboratori chimici, dove il prodotto è ottenuto come soluzione viscosa.

• PE-LD è prodotto dal monomero etene a pressioni da 100 a 300 bar e temperature da 100 °C a 300 °C utilizzando iniziatori (iniziatori di radicali liberi) (ossigeno o perossidi).

• HDPE e LLDPE sono prodotti industrialmente utilizzando il processo Ziegler-Natta. Caratteristiche di questo processo sono la bassa pressione (da 1 a 50 bar) e la bassa temperatura (da 20 °C a 150 °C). Come catalizzatori vengono utilizzati esteri di titanio, alogenuri di titanio e alchili di alluminio. In alternativa, l'HDPE può anche essere ottenuto utilizzando il processo Phillips con catalizzatori a base di ossido di cromo a temperature di 85–180 °C e pressioni di 30–45 bar.

• PE-UHMW può essere prodotto con catalizzatori Ziegler modificati.

Da diversi anni vengono utilizzati anche catalizzatori a sito singolo (detti anche catalizzatori metallocenici) che rispetto ai catalizzatori Ziegler-Natta presentano il vantaggio di un migliore controllo della reazione e di una minore necessità di purificazione dopo la sintesi.

Con una quota di circa il 29%, il polietilene è la plastica più prodotta al mondo. Nel 2001 ne sono state prodotte 52 milioni di tonnellate.

Reti

Le macromolecole di PE possono essere reticolate in tre dimensioni. La reticolazione migliora la resistenza alla temperatura del materiale. Inoltre, aumentano la resistenza all'urto e la resistenza alla fessurazione da stress. La reticolazione si verifica durante o dopo l'elaborazione. Il polietilene reticolato è indicato come PE-X. Esistono quattro diversi metodi di meshing:

• Reticolazione perossidica (PE-Xa)
• Reticolazione silanica (PE-Xb)
• Reticolazione radiante (PE-Xc)
• Reticolazione azoica (PE-Xd)

Aree di applicazione

• PE-LD e PE-LLD:il materiale viene utilizzato principalmente nella produzione di film. I prodotti tipici sono i sacchi per la spazzatura, le pellicole termoretraibili e le pellicole agricole. In misura minore, PE-LD e PE-LLD sono utilizzati anche per la fabbricazione di guaine per cavi, come dielettrico nei cavi coassiali e per tubi e corpi cavi.

• PE-HD:Il campo di applicazione più importante sono i corpi cavi prodotti con il processo di soffiaggio, ad esempio bottiglie per prodotti per la pulizia della casa, ma anche contenitori di grande volume con una capacità fino a 1000 l (quindi chiamato IBC). Inoltre, il PE-HD viene trasformato in parti stampate a iniezione (principalmente imballaggi) e fibre, lamine e tubi in polietilene vengono prodotti mediante processi di estrusione e sottovuoto. Anche i film per l'ingegneria idraulica e la costruzione di discariche sono realizzati in PE-HD, così come le geogriglie e i geopile per la costruzione di discariche o la costruzione di strade e terrapieni. Un altro importante campo di applicazione è la fornitura di gas e acqua potabile. Qui vengono spesso utilizzati tubi di tipo PE-80 o PE-100. È facile da saldare, ma se è interrata la linea deve essere annegata nella sabbia.

• PE-UHMW:viene utilizzato, ad esempio, per parti di pompe, ruote dentate, boccole scorrevoli, impianti e superfici di endoprotesi dove è importante un funzionamento particolarmente regolare con la minima abrasione possibile. In base al loro peso, le fibre in PE-UHMW sono tra le fibre artificiali più resistenti conosciute (Dyneema®, DSM). Sono usati come suture chirurgiche. Probabilmente sono le uniche fibre conosciute fino ad oggi che vengono discusse come materiale per un ascensore spaziale.

• PE-X:viene utilizzato, tra l'altro, per tubazioni dell'acqua calda e come materiale isolante per cavi di media e alta tensione. Il PE-X è anche usato molto frequentemente nella fornitura di gas e acqua potabile. Grazie alla sua elevata resistenza ai graffi (profondità di graffio max. 20% dello spessore della parete), è particolarmente adatto per metodi di installazione senza scavo, come il metodo di trivellazione del fango o l'installazione nel terreno con un aratro. PE-X ha proprietà di saldatura molto scarse, che consentono la saldatura solo mediante saldatura per elettrofusione.

• Razzi ibridi con PE come carburante. (Clicca sul menu "Rockets" Tutti i My_Rocket... funzionano con PE come carburante