polietylen

polietylen (skrót PE , przestarzały polietylen , czasami także polieten nazwany) jest przez polimeryzację etenu [C H ₂ =C H ₂ ] wyprodukowany termoplast o uproszczonym wzorze strukturalnym łańcucha

.

Polietylen należy do grupy poliolefin.
Dobrze znane nazwy handlowe to:Alathon, Dyneema, Hostalen, Lupolen, Spectra, Trolen, Vestolen .

Informacje historyczne

Polietylen został odkryty w 1898 roku przez chemika Hansa von Pechmanna i został po raz pierwszy wyprodukowany na skalę przemysłową 27 marca 1933 roku przez Reginalda Gibsona i Erica Fawcetta w laboratoriach ICI w Anglii pod ciśnieniem ok. 1400 barów i w temperaturze 170°C, gdzie utworzyła się jako biała, woskowa powłoka na wewnętrznej ścianie autoklawu. Dopiero w 1940 roku udało się opracować opłacalny ekonomicznie proces produkcyjny. W 1953 roku Niemiec Karl Ziegler i Włoch Giulio Natta opracowali katalizator Zieglera-Natty, który umożliwiał polimeryzację etenu nawet pod normalnym ciśnieniem. Naukowcy otrzymali za to Nagrodę Nobla w dziedzinie chemii w 1963 roku. Katalizatory metalocenowe są nowoczesną alternatywą dla katalizatorów Zieglera-Natty. Były one znane już w 1950 r., ale przełom nastąpił dopiero w 1973 r., kiedy Reichert i Meyer dodali niewielkie ilości wody do układu tytanocenu i chlorku alkiloglinu. Katalizatory metalocenowe wytwarzają polietylen o węższym rozkładzie masy cząsteczkowej i bardziej równomiernym włączeniu komonomeru niż katalizatory Zieglera-Natty.

W handlu polietylen jest stosowany w dużych ilościach od 1957 roku, głównie w systemach rurowych do dostarczania gazu i wody, do izolacji kabli oraz w materiałach opakowaniowych, takich jak opakowania termokurczliwe.

W lotnictwie polietylen jest odpowiedni do ochrony przed promieniowaniem cząsteczkowym ze względu na jego wysoką zdolność pochłaniania promieniowania. NASA używa tego plastiku od pierwszych misji wahadłowych.

Rodzaje PE

Rozróżnia się:

• PE-HD (HDPE):słabo rozgałęzione łańcuchy polimerowe, dlatego wysoka gęstość od 0,94 g/cm do 0,97 g/cm („HD” oznacza „wysoką gęstość”).
• PE-LD (LDPE):silnie rozgałęzione łańcuchy polimerowe, dlatego niska gęstość między 0,915 g/cm a 0,935 g/cm („LD” oznacza „niską gęstość”).
• LLDPE (LLDPE):liniowy polietylen o małej gęstości, którego cząsteczka polimeru ma tylko krótkie rozgałęzienia. Te gałęzie są wytwarzane przez kopolimeryzację etenu i wyższych α-olefin (zwykle butenu, heksenu lub oktenu) („LLD” oznacza „liniową niską gęstość”)
• PE-HMW:polietylen o wysokiej masie cząsteczkowej. Łańcuchy polimerowe są dłuższe niż w PE-HD, PE-LD czy PE-LLD, średnia masa molowa to 500-1000 kg/mol.
• PE-UHMW:polietylen o ultrawysokiej masie cząsteczkowej o średniej masie molowej do 6000 kg/mol i gęstości 0,93–0,94 g/cm.

Właściwości

Niebarwiony polietylen jest mleczny i matowy. Czuje się woskowatą i można ją zarysować. Pali się kapiącym, jasnym płomieniem i pali się dalej po usunięciu płomienia. Chemicznie składa się z wodoru i węgla w postaci alkanów o dużej masie cząsteczkowej. Jego właściwości można specyficznie modyfikować poprzez odpowiednią kopolimeryzację. Polietylen ma wysoką odporność na kwasy, zasady i inne chemikalia.

Polietylen jest półkrystaliczny. Wyższa krystaliczność zwiększa gęstość oraz stabilność mechaniczną i chemiczną.

Polietylen prawie nie wchłania wody, unosi się na wodzie. Przepuszczalność gazu i pary wodnej jest niższa niż większości tworzyw sztucznych; Z drugiej strony umożliwia łatwe przejście tlenu, dwutlenku węgla i substancji aromatycznych.

Użyteczność jest ograniczona tym, że mięknie w temperaturach powyżej 80 °C. Polietylen bez odpowiedniej obróbki wstępnej nie może być drukowany ani sklejany, lub tylko z trudem. PE może stać się kruchy pod wpływem światła słonecznego, dlatego sadza jest zwykle używana jako stabilizator UV.

Właściwości w skrócie

• niska gęstość (0,87-0,965 g/cm³)
• wysoka wytrzymałość i wydłużenie przy zerwaniu
• dobre właściwości ślizgowe, niskie zużycie (zwłaszcza PE-UHMW)
• Odporność temperaturowa od –85 °C do +90 °C (w zależności od krystaliczności, im niższa tym mniejsza odporność na wysokie temperatury. Dla typów o krystaliczności ok. 20% górna granica odporności temperaturowej wynosi 30-50 ° C)
• optyczny, mlecznobiały (nieprzezroczysty), im niższa krystaliczność (a co za tym idzie gęstość), tym bardziej przezroczysty. Poniżej gęstości 0,9 g/cm³ PE jest przezroczysty.
• bardzo dobre właściwości elektryczne i dielektryczne (rezystancja objętościowa właściwa ok. 10 Ohm/cm)
• bardzo niska nasiąkliwość
• bardzo dobre do obróbki skrawaniem i bez cięcia
• Dobrze się pali; bez pozostałości:CO₂ + H₂ O jako produkty spalania
• PE jest odporny na prawie wszystkie polarne rozpuszczalniki (T <60 °C), kwasy, zasady, wodę, alkohol, oleje, HDPE i benzynę
• Nierozpuszczalny w temperaturze pokojowej, rozpuszczalny tylko w kilku rozpuszczalnikach w podwyższonej temperaturze, np. w 1,2,4-trichlorobenzenie, w ksylenie lub w heksanie

Łączenie części z PE

Ponieważ większość klejów do tworzyw sztucznych „rozpuszcza” plastik za pomocą rozpuszczalników (np. acetonu), zazwyczaj nie działają one z polietylenem. Dodatkowo zapobiega temu niepolarna, hydrofobowa powierzchnia, co również bardzo utrudnia drukowanie na PE. Jednak po obróbce laserem, plazmą (plazma wysokociśnieniowa („korona”) lub plazma niskociśnieniowa) lub mocnymi kwasami (np. kwas chromowo-siarkowy), PE można skleić i zadrukować.

Z drugiej strony złamane części wykonane z polietylenu można lepiej spawać za pomocą regulowanego pistoletu na gorące powietrze.

W dostawie gazu rury z PE-80, PE-100 i PE-X łączy się wyłącznie metodą zgrzewania elektrooporowego lub PE-80 i PE-100 przy większych średnicach (> DN 200) również metodą zgrzewania doczołowego (zgrzewanie pałąkowe). Połączenie za pomocą złączek wtykowych jest również szeroko rozpowszechnione w zaopatrzeniu w wodę pitną.

Produkcja

Polietylen jest wytwarzany przez polimeryzację gazu etylenowego. W procesie wysokociśnieniowym miękki polietylen (PE-LD) produkowany jest w procesie niskociśnieniowym produkowany jest twardy polietylen (PE-HD). W obu procesach produkcyjnych początkowo występuje jako lepka ciecz. Jeśli w procesie niskociśnieniowym stosuje się katalizatory na nośniku (heterogeniczne), polietylen występuje w postaci stałych ziaren. Katalizatory na nośniku (w fazie gazowej i procesach w zawiesinie) są prawie wyłącznie stosowane w przemyśle. Rozpuszczone katalizatory są najczęściej używane do celów eksperymentalnych w laboratoriach chemicznych, gdzie produkt jest otrzymywany w postaci lepkiego roztworu.

• PE-LD jest wytwarzany z monomeru etenowego pod ciśnieniem od 100 do 300 barów i w temperaturze od 100 °C do 300 °C przy użyciu inicjatorów (starterów wolnorodnikowych) (tlen lub nadtlenki).

• HDPE i LLDPE są produkowane przemysłowo w procesie Zieglera-Natty. Charakterystyczne dla tego procesu są niskie ciśnienie (1 do 50 bar) i niska temperatura (20°C do 150°C). Jako katalizatory stosuje się estry tytanu, halogenki tytanu i alkiloglinu. Alternatywnie, HDPE można również otrzymać w procesie Phillipsa z katalizatorami z tlenku chromu w temperaturach 85–180 °C i ciśnieniu 30–45 bar.

• PE-UHMW można wytwarzać przy użyciu modyfikowanych katalizatorów Zieglera.

Katalizatory jednocentrowe (nazywane również katalizatorami metalocenowymi) są również stosowane od wielu lat.W porównaniu z katalizatorami Zieglera-Natty mają zaletę lepszej kontroli reakcji i mniejszej potrzeby oczyszczania po syntezie.

Z około 29 procentowym udziałem polietylen jest najczęściej produkowanym tworzywem sztucznym na świecie. W 2001 roku wyprodukowano 52 miliony ton.

Sieć

Makrocząsteczki PE mogą być sieciowane w trzech wymiarach. Sieciowanie poprawia odporność termiczną materiału. Ponadto wzrasta udarność i odporność na pękanie naprężeniowe. Sieciowanie następuje podczas lub po przetwarzaniu. Usieciowany polietylen jest określany jako PE-X. Istnieją cztery różne metody tworzenia siatki:

• Sieciowanie nadtlenkowe (PE-Xa)
• Sieciowanie silanem (PE-Xb)
• Sieciowanie promieniste (PE-Xc)
• Sieciowanie azowe (PE-Xd)

Obszary zastosowania

• PE-LD i PE-LLD:materiał wykorzystywany jest głównie do produkcji folii. Typowymi produktami są worki na śmieci, folie termokurczliwe i folie rolnicze. W mniejszym stopniu PE-LD i PE-LLD są również wykorzystywane do produkcji osłon kabli, jako dielektryk w kablach koncentrycznych oraz do rur i pustych korpusów.

• PE-HD:Najważniejszym obszarem zastosowania są wydrążone korpusy wytwarzane metodą rozdmuchu, np. butelki na domowe środki czystości, ale także pojemniki wielkopojemnościowe o pojemności do 1000 l (tzw. o nazwie IBC). Ponadto PE-HD przetwarzany jest na elementy formowane wtryskowo (głównie opakowania), a włókna, folie i rury z polietylenu produkowane są w procesach ekstruzji i próżni. Z PE-HD wykonujemy również folie do hydrotechniki i budowy składowisk, a także geosiatki i geowłókniny do budowy składowisk lub budowy dróg i nasypów. Innym ważnym obszarem zastosowania jest zaopatrzenie w gaz i wodę pitną. Często stosuje się tu rury typu PE-80 lub PE-100. Jest łatwy do spawania, ale jeśli jest układany w ziemi, przewód musi być zatopiony w piasku.

• PE-UHMW:jest stosowany na przykład do części pomp, kół zębatych, tulei ślizgowych, implantów i powierzchni endoprotez, gdzie ważna jest szczególnie płynna praca z możliwie najmniejszym ścieraniem. Pod względem masy włókna wykonane z PE-UHMW należą do najsilniejszych znanych włókien sztucznych (Dyneema®, DSM). Stosowane są jako szwy chirurgiczne. Są to prawdopodobnie jedyne znane dotychczas włókna, które są omawiane jako materiał na windę kosmiczną.

• PE-X:jest używany między innymi do rur ciepłej wody oraz jako materiał izolacyjny do kabli średniego i wysokiego napięcia. PE-X jest również bardzo często stosowany w zaopatrzeniu w gaz i wodę pitną. Ze względu na wysoką odporność na zarysowania (głębokość zarysowania maks. 20% grubości ściany) szczególnie nadaje się do bezwykopowych metod układania, takich jak wiercenie błotne lub układanie w gruncie za pomocą pługu. PE-X ma bardzo słabe właściwości spawalnicze, które pozwalają na zgrzewanie wyłącznie metodą zgrzewania elektrooporowego.

• Rakiety hybrydowe z paliwem PE. (Kliknij w menu "Rakiety" Wszystkie My_Rocket... działają z PE jako paliwem