Polietilen

Polietilen (Akronim PE) je lagana, vrlo prilagodljiva sintetička smola koja se dobija polimerizacijom etilena. On je najviše korištena plastika na svijetu, od koje se prave različiti proizvodi od prozirnih folija za ambalažu, boca za deterdžente do automobilskih rezervara.

 

 

 

Također se može usitnjavati u sintetička vlakna ili modificirati sve dok ne postane elastičan kao guma.

Jednostavna linearna struktura u izduženim konformacijama omogućuje njegovu laku kristalizaciju, pa se polietilen morfološki sastoji od kristalnih i amorfnih zona, a o njihovom procentu zavise i mehaničke karakteristike. Kako makromolekule polietilena nisu potpuno linearne, već imaju i bočne lance koji doprinose njihovoj granatosti oni smanjuju procent kristalnosti, odnosno gustoću polietilena.

Polietilen je žilav, nalik na vosak, skoro potpuno transparentan i velikoga modula elastičnosti. Na sobnoj temperaturi je generalno nepropusan za vodu i većinu kemikalija i nenetopljiv u otapalima. Sa povećanjem gustoće povećava mu se i modul elastičnosti, otpornost na lomljivost, krutost, tvrdoća i kemijska stabilnost, a smanjuje mu se lomna žilavost i propusnost za plinove.

Proizvodi se visokotlačnim procesom (radikalskom polimerizacijom) na temperaturi oko 200 °C, uz tlak 1500 do 3000 bara i temperaturi do 200 °C, ili niskotlačnim procesom (koordinativnom polimerizacijom), uz tlak do 100 bara i temperaturu od 60 do 180 °C.

Visokotlačnom metodom dobiva se polietilen veće granatosti i zato manje kristalnosti i manje gustoće (PE-LD), a niskotlačnom nastaje polietilen manje granatosti, ali zato veće kristalnosti i veće gustoće (PE-HD).

Polietilen se najviše koristi za izradu folija koje se direktno koriste za ambalažu prehrambenih, farmaceutskih, tekstilnih i drugih proizvoda, od jednostavnih vrećica do folija za vakumiranje. Polietilen služi i za izradu različitih kutija i posuda za domaćinstvo, vreća, velikih industrijskih spremnika, oblaganje enterijera teretnih brodova, vodovodnih i drugih cijevi, za izolaciju električnih kablova, impegraciju tekstilnih vlakana i papira, kao i polietilenskih vlakana.

Etilen (C₂H₄) je plinoviti ugljikovodik koji se najviše proizvodi krekiranjem etana, koji je pak glavni sastojak prirodnog plina, ili se može proizvesti i destiliranjem iz nafte. molekule etilena bazično se sastoje od dvije metilennske jedinice (CH₂) povezane dvostrukom vezom između ugljikovih atoma - strukturom koja se opisuje formulom; CH₂ = CH₂

Pod utjecajem polimerizacijskih katalizatora, dvostruka veza se može prekinuti, a rezultat je jedna dodatna veza koja povezuje atom ugljika sa drugom molekulom etilena. Molekula etilena ima sljedeću kemijsku strukturu. + CH₂-CH₂+

Ta jednostavna struktura, ponovljena hiljadu puta u jednoj molekuli, ključna je karakteristika polietilena. Dugi lanac molekula, u kojima su atomi vodika povezani sa ugljikovim glavnim lancem, mogu se proizvesti linearnim ili Bočnim lancima.

Bočne verzije poznate su kao Polietileni niske gustoće (akronim: PE-LD) ili Linearni polietileni niske gustoće (akronim: PE-LLD), dok su linearne verzije poznate su kao Polietileni velike gustoće (akronim: PE-HD) i Polietileni vrlo visoke molekularne mase (akronim: PE-UHMW).

Osnovni sastav polietilena može se mijenjati dodavanjem drugih elemenata ili kemijskih grupa.

Polietilen niske gustoće prvi je put dobijen 1933. u britanskoj kompaniji - Imperial Chemical Industries Ltd (akronim: ICI), tokom eksperimenata o efektu visokog tlaka na polimerizaciju polietilena. Njegova kemijska formula bila je; _nH₂C=CH₂ → (–H₂C–CH₂–)_n ICI je taj proces patentirao 1937., a sa komercijalnom proizvodnjom započeo je 1939. Prvi put je korišten za Drugog svjetskog rata kao izolator za radarske kabele.

Karlu Ziegler iz Instituta Max Planck za istraživanje ugljena u Mülheim an der Ruhru, je zajedno sa Erhardom Holzkampom - proizveo 1953. - Polietilen visoke gustoće (PE-HD), katalizom niskog tlaka sa organometalicima. Metodu je kasnije poboljšao talijanski kemičar Giulio Natta, tako da je danas taj proces poznat kao Ziegler-Natta. Oni su za to otkriće 1963. dobili Nobelovu nagradu za kemiju.

Od tada su naučnici koristeći različite katalize i metode polimerizacije, proizveli polietilene različitih karakteristika i struktura.

Na bazi molekularne strukture i karakteristika, polietilen se kao konstrukcijski materijal dijeli u nekoliko vrsta, od kojih su najvažnije;

Polietilen niske gustoće

(Akronim PE-LD) gustoća od 0,910 do 0,925 g/cm³ , temperatura tališta od 85 do 87 °C PE-LD se dobija od plinovitog etilena pod vrlo visokim tlakom (do 350 megapaskala) i visokim temperaturama (do 350 °C) uz neki oksidant koji pokreće proces. Najčešće se koristi za ambalažu, igračke, vreće za hranu i smeće i za izolaciju žica i kablova.

Linearni polietilen niske gustoće

(Akronim: PE-LLD) gustoća od 0,926 do 0,940 g/cm³, je strukturom sličan PE-LD-u. Dobija se kopolimerizacijom etilena sa 1-Butenom i manjim količinama; 1-Heksena i 1-Oktena, Ziegler-Nattinom katalizom.

Polietilen visoke gustoće

(Akronim: PE-HD) gustoća od 0,941 do 0,960 g/cm³, talište 127 °C.

Proizvodi se pri niskim temperaturama i tlakovima, pomoću Ziegler-Natta katalize ili aktiviranog kromovog oksida (Phillips kataliza). Zbog manjka bočnih lanaca u svojoj strukturi, njegovi polimerni lanci se lakše međusobno spajaju, što rezultira gustom visoko kristalnim materijom velike čvrstoće i umjerene krutosti. Sa talištem višim za 20 °C od PE-LD -a, može izdržati višestruko izlaganje temperaturama od 120 °C.

Polietilen vrlo visoke molekularne mase

Linearni polietilen može se proizvesti u verzijama sa vrlo visokom molekularnom masom od 3 500 000 do 7 500 000 atomskih jedinica, za razliku od nekih 700 000 atomskih jedinica kod Polietilena visoke gustoće (PE-HD)

Ti se polimeri mogu izliti u vlakna, a zatim izvući ili rastegnuti u visoko kristalno stanje, što rezultira velikom krutošću i vlačnom čvrstoćom nekoliko puta većom od čelika. Od takvih vlakana se tkaju pancirni prsluci.