polyeten

polyeten (Förkortning PE , föråldrad polyeten , ibland även polyeten kallas) är en genom polymerisation av eten [C H ₂ =C H ₂ ] tillverkad termoplast med den förenklade kedjestrukturformeln

.

Polyeten tillhör gruppen polyolefiner.
Välkända handelsnamn är:Alathon, Dyneema, Hostalen, Lupolen, Spectra, Trolen, Vestolen .

Historisk information

Polyeten upptäcktes 1898 av kemisten Hans von Pechmann och tillverkades först industriellt den 27 mars 1933 av Reginald Gibson och Eric Fawcett i ICI-laboratorierna i England under ett tryck på ca 1400 bar och en temperatur på 170 °C, där den bildades som en vit, vaxartad beläggning på autoklavens innervägg. Det var inte förrän 1940 som en ekonomiskt lönsam tillverkningsprocess kunde utvecklas. 1953 utvecklade tysken Karl Ziegler och italienaren Giulio Natta Ziegler-Natta-katalysatorn, som gjorde det möjligt att polymerisera eten även vid normalt tryck. Forskarna fick Nobelpriset i kemi för detta 1963. Metallocenkatalysatorer är ett modernt alternativ till Ziegler-Natta-katalysatorer. Dessa var kända redan 1950, men genombrottet kom inte förrän 1973, då Reichert och Meyer tillsatte små mängder vatten till ett system av titanocen och alkylaluminiumklorid. Metallocenkatalysatorerna producerar polyeten med snävare molekylviktsfördelningar och mer enhetlig sammonomerinkorporering än Ziegler-Natta-katalysatorerna.

Kommersiellt har polyeten använts i stora mängder sedan 1957, främst i rörsystem för gas- och vattenförsörjning, för kabelisolering och i förpackningsmaterial såsom krympplastförpackningar.

Inom flyg- och rymdindustrin är polyeten lämplig för skydd mot partikelstrålning på grund av sin höga specifika strålningsabsorptionsförmåga. NASA har använt denna plast sedan de första skytteluppdragen.

PE-typer

Man skiljer på:

• PE-HD (HDPE):svagt grenade polymerkedjor, därför hög densitet mellan 0,94 g/cm och 0,97 g/cm ("HD" står för "hög densitet").
• PE-LD (LDPE):mycket grenade polymerkedjor, därför låg densitet mellan 0,915 g/cm och 0,935 g/cm ("LD" står för "låg densitet").
• LLDPE (LLDPE):linjär lågdensitetspolyeten vars polymermolekyl bara har korta grenar. Dessa grenar produceras genom sampolymerisation av eten och högre α-olefiner (typiskt buten, hexen eller okten) ("LLD" står för "linjär låg densitet")
• PE-HMW:polyeten med hög molekylvikt. Polymerkedjorna är längre än i PE-HD, PE-LD eller PE-LLD, den genomsnittliga molmassan är 500-1000 kg/mol.
• PE-UHMW:Polyeten med ultrahög molekylvikt med en genomsnittlig molmassa på upp till 6000 kg/mol och en densitet på 0,93–0,94 g/cm.

Egenskaper

Ofärgad polyeten är mjölkaktig och matt. Det känns vaxartat och kan repas. Det brinner med en droppande, ljus låga och fortsätter att brinna efter att lågan tagits bort. Kemiskt består den av väte och kol, i form av högmolekylära alkaner. Dess egenskaper kan specifikt modifieras genom lämplig sampolymerisation. Polyeten har hög motståndskraft mot syror, alkalier och andra kemikalier.

Polyeten är halvkristallint. Högre kristallinitet ökar densiteten såväl som mekanisk och kemisk stabilitet.

Polyeten absorberar knappt vatten, den flyter på vatten. Permeabiliteten för gas och vattenånga är lägre än de flesta plaster; Å andra sidan låter det syre, koldioxid och aromatiska ämnen passera lätt.

Användbarheten begränsas av att den mjuknar vid temperaturer över 80 °C. Polyeten utan lämplig förbehandling kan inte tryckas eller limmas, eller bara med svårighet. PE kan bli skört när det utsätts för solljus, så kimrök används vanligtvis som UV-stabilisator.

Översikt över egenskaper

• låg densitet (0,87-0,965 g/cm³)
• hög seghet och töjning vid brott
• bra glidbeteende, lågt slitage (särskilt PE-UHMW)
• Temperaturbeständighet från –85 °C till +90 °C (beror på kristallinitet, ju lägre desto mindre motståndskraftig mot höga temperaturer. För typer med en kristallinitet på cirka 20 % är den övre gränsen för temperaturbeständighet vid 30-50 °C)
• optisk, mjölkvit (ogenomskinlig), ju lägre kristallinitet (och därmed densitet), desto mer transparent. Under en densitet på 0,9 g/cm³ är PE transparent.
• mycket bra elektriskt och dielektriskt beteende (specifik volymresistans ca 10 Ohm/cm)
• mycket låg vattenabsorption
• mycket bra för bearbetning och icke-skärning
• Brinner bra; restfri:CO₂ + H₂ O som förbränningsprodukter
• PE är resistent mot nästan alla polära lösningsmedel (T <60 °C), syror, alkalier, vatten, alkohol, olja, HDPE och bensin
• Olösligt vid rumstemperatur, lösligt endast i ett fåtal lösningsmedel vid förhöjd temperatur, t ex i 1,2,4-triklorbensen, i xylen eller i hexan

Sammanfogning av delar från PE

Eftersom de flesta plastlim "löser upp" plasten med hjälp av lösningsmedel (t.ex. aceton) fungerar de oftast inte med polyeten. Dessutom förhindrar den opolära, hydrofoba ytan detta, vilket också gör det mycket svårt att skriva ut på PE. Men efter behandling med laser, plasma (högtrycksplasma ("corona") eller lågtrycksplasma) eller starka syror (t.ex. krom svavelsyra), kan PE limmas och tryckas på.

Trasiga delar av polyeten kan däremot svetsas bättre med en justerbar varmluftspistol.

Vid gasförsörjning ansluts rör av PE-80, PE-100 och PE-X endast med elektrosvetsning, eller PE-80 och PE-100 med större diametrar (> DN 200) även med stumsvetsning (spindelsvetsning). En anslutning med stickpropp är också utbredd i dricksvattenförsörjningen.

Tillverkning

Polyeten tillverkas genom att polymerisera etengas. I högtrycksprocessen mjuk polyeten (PE-LD) tillverkas i en lågtrycksprocess den hårda polyetenen (PE-HD) tillverkas. I båda tillverkningsprocesserna förekommer det initialt som en trögflytande vätska. Om understödda (heterogena) katalysatorer används i lågtrycksprocessen, uppstår polyetenen i form av fasta korn. Understödda katalysatorer (gasfas och slurryprocesser) används nästan uteslutande industriellt. Upplösta katalysatorer används mest för experimentella ändamål i kemiska laboratorier, där produkten erhålls som en viskös lösning.

• PE-LD framställs av monomeren eten vid tryck på 100 till 300 bar och temperaturer på 100 °C till 300 °C med hjälp av initiatorer (fria radikaler) (syre eller peroxider).

• HDPE och LLDPE tillverkas industriellt med Ziegler-Natta-processen. Utmärkande för denna process är det låga trycket (1 till 50 bar) och den låga temperaturen (20 °C till 150 °C). Titanestrar, titanhalogenider och aluminiumalkyler används som katalysatorer. Alternativt kan HDPE också erhållas med Phillips-processen med kromoxidkatalysatorer vid temperaturer på 85–180 °C och tryck på 30–45 bar.

• PE-UHMW kan tillverkas med modifierade Ziegler-katalysatorer.

Single-site katalysatorer (även kallade metallocenkatalysatorer) har också använts i ett antal år.Jämfört med Ziegler-Natta-katalysatorer har de fördelen av bättre kontroll av reaktionen och mindre behov av rening efter syntesen.

Med en andel på cirka 29 procent är polyeten den mest producerade plasten i världen. År 2001 tillverkades 52 miljoner ton.

Nätverk

PE-makromolekyler kan tvärbindas i tre dimensioner. Tvärbindning förbättrar materialets temperaturbeständighet. Dessutom ökar slaghållfastheten och motståndskraften mot spänningssprickor. Tvärbindning sker under eller efter bearbetning. Tvärbunden polyeten kallas PE-X. Det finns fyra olika mesh-metoder:

• Peroxidtvärbindning (PE-Xa)
• Silantvärbindning (PE-Xb)
• Strålande tvärbindning (PE-Xc)
• Azo-tvärbindning (PE-Xd)

Användningsområden

• PE-LD och PE-LLD:materialet används huvudsakligen i filmproduktion. Typiska produkter är soppåsar, krympfilmer och jordbruksfilmer. I mindre utsträckning används PE-LD och PE-LLD även för att tillverka kabelmantlar, som dielektrikum i koaxialkablar och för rör och ihåliga kroppar.

• PE-HD:Det viktigaste användningsområdet är ihåliga kroppar tillverkade med hjälp av formblåsningsprocessen, till exempel flaskor för hushållsrengöringsmedel, men även stora behållare med en kapacitet på upp till 1000 l (så- kallas IBC). Dessutom bearbetas PE-HD till formsprutade delar (främst förpackningar), och fibrer, folier och rör av polyeten tillverkas genom extrudering och vakuumprocesser. Filmer för vattenteknik och deponikonstruktion görs också av PE-HD, samt geonät och geofleeces för deponikonstruktion eller väg- och banbyggnad. Ett annat stort användningsområde är gas- och dricksvattenförsörjning. Här används ofta rör av typen PE-80 eller PE-100. Det är lätt att svetsa, men om det läggs i marken måste linan bäddas in i sand.

• PE-UHMW:används till exempel för pumpdelar, kugghjul, glidbussningar, implantat och ytor på endoproteser där det är viktigt med särskilt jämn gång med lägsta möjliga nötning. Baserat på sin vikt är fibrer gjorda av PE-UHMW bland de starkaste kända konstfibrerna (Dyneema®, DSM). De används som kirurgiska suturer. De är förmodligen de enda kända fibrerna hittills som diskuteras som material för en rymdhiss.

• PE-X:används bland annat för varmvattenledningar och som isoleringsmaterial för mellan- och högspänningskablar. PE-X används också mycket frekvent inom gas- och dricksvattenförsörjning. På grund av sin höga reptålighet (repdjup max. 20 % av väggtjockleken) är den särskilt lämplig för dikesfria installationsmetoder, såsom slamborrningsmetoden eller installation i mark med plog. PE-X har mycket dåliga svetsegenskaper, vilket endast tillåter svetsning med elektrosvetsning.

• Hybridraketer med PE som bränsle. (Klicka på menyn "Rockets" Alla My_Rocket... drivs med PE som bränsle