Polietylen

Polietylen
Nazewnictwo
	Nomenklatura systematyczna (IUPAC)
	poli(metylen) [nazwa wywodząca się ze struktury] lub polieten [nazwa wywodząca się z substratu]
	Inne nazwy i oznaczenia
	PE
	Ogólne informacje
Monomery	CH2=CH2
Struktura meru	-[CH2CH2]-
	Identyfikacja
Numer CAS	9002-88-4
PubChem	6325
Właściwości
	Rozpuszczalność
	wysokocząsteczkowy jest nierozpuszczalny, niżej cząsteczkowe rozpuszczalne w ksylenie na gorąco.
Temperatura mięknienia	150 °C
Temperatura degradacji	300 °C
Biodegradowalność	niebiodegradowalny
Biokompatybilność	wysoka
Właściwości mechaniczne	półsztywny termoplast
	Jeżeli nie podano inaczej, dane dotyczą; stanu standardowego (25 °C, 1000 hPa)
	Multimedia w Wikimedia Commons
	Hasło w Wikisłowniku

Polietylen – polimer etenu. Symbol przemysłowy: PE.

Właściwości

Polietylen LD jest giętki, woskowaty, przezroczysty, termoplastyczny. Traci elastyczność pod wpływem światła słonecznego i wilgoci^{[potrzebny przypis]}. Synteza polietylenu jest przykładem polimeryzacji rodnikowej w przypadku LDPE i koordynacyjnej w przypadku HDPE i LLDPE^{[potrzebny przypis]}.

Folie z PE charakteryzują się małą przenikalnością dla pary wodnej, łatwo przepuszczają pary substancji organicznych, nie są odporne na węglowodory i ich chloropochodne. Są odporne na działanie roztworów kwasów, zasad i soli oraz niską temperaturę^[2].

Zastosowanie

Używany do wyrobu: folii (worki, torby), rur, pojemników (butelki, kanistry), zbiorników, opakowań, zakrętek do butelek PET, nart, żagli, markerów, zmywaczy do paznokci oraz toników. W wędkarstwie, żeglarstwie oraz wspinaczce często stosowane są żyłki polietylenowe lub liny plecione z włókien polietylenowych^[3].

Systematyka

Właściwości zależą od warunków przeprowadzenia reakcji (ciśnienia, temperatury, katalizatora). Wyróżnia się m.in. ^{[potrzebny przypis]}:

UHMWPE (ultra-high-molecular-weight polyethylene) – polietylen o ultrawysokiej masie cząsteczkowej^[4] 4 M Da. Włókna z tego materiału są stosowane m.in. do produkcji kamizelek kuloodpornych oraz taśm i repów we wspinaczce oraz żeglarstwie. Sprzedawany m.in. pod nazwami handlowymi spectra i dyneema.
HDPE (high density PE, PE-HD) – Polietylen o wysokiej gęstości. Otrzymywany przez polimeryzację niskociśnieniową. Jest twardszy w porównaniu z PE-LD, ma wyższą wytrzymałość mechaniczną, wyższą temperaturę topnienia (125 °C), wyższą barierowość w stosunku do gazów i wyższą odporność chemiczną, wykazuje większą kruchość w niższych temperaturach, jest mniej przezroczysty (mlecznobiały). Najpopularniejsze handlowe odmiany PE-HD to PE 80 i PE 100. Gęstość – 0,94–0,96 g/cm³.
MDPE (medium density PE) – o średniej gęstości. Gęstość – 0,926–0,940 g/cm³.
LDPE (low density PE, PE-LD) – Polietylen niskiej gęstości – Jest przezroczysty, giętki i miękki, zachowuje elastyczność w niskiej temperaturze (nawet do –60 °C), bezwonny, całkowicie obojętny fizjologicznie, przepuszczalny dla gazów (tlenu i dwutlenku węgla) i substancji aromatycznych (zapachów), natomiast mało przepuszczalny dla pary wodnej, podatny na zgrzewanie, mało odporny na wyższe temperatury. Gęstość – 0,915–0,935 g/cm³.
LLDPE (linear low density PE) – niskociśnieniowy liniowy PE o niskiej gęstości (krótkie, nierozgałęzione łańcuchy powstają w wyniku kopolimeryzacji etenu z alkenami o dłuższych łańcuchach). Gęstość – 0,915–0,935 g/cm³.
PEX (cross-linked PE) – polietylen sieciowany, łańcuchy PE połączone poprzecznie, np. przez silany. Stosowany do produkcji rur i izolacji. Nie jest odwracalnie termoplastyczny.

Recykling

Do celów związanych z recyklingiem stosuje się osobne oznaczania dla HDPE (nr 2) i LDPE (nr 4)^[5]:

Symbole recylingu polietylenu

Historia

Polietylen po raz pierwszy zsyntetyzował niemiecki chemik Hans von Pechmann, który uzyskał go przypadkowo w 1898 z diazometanu^[6]. Gdy jego współpracownicy, Eugen Bamberger i Friedrich Tschimer, zbadali białą, woskowatą substancję którą otrzymał, odkryli że składa się ona z wielu grup −CH
2− i nazwali ją polimetylen^{[potrzebny przypis]}.

Pierwsza możliwa do przeprowadzenia na dużą skalę synteza polietylenu została odkryta przez Erica Fawcetta i Reginalda Gibsona w ICI Chemicals w 1933. Podczas działania skrajnie wysokim (kilkaset atmosfer) ciśnieniem na mieszaninę etenu i benzaldehydu otrzymali białą, woskowatą substancję. Ponieważ reakcja była inicjowana przez ślady tlenu w aparaturze, była trudna do powtórzenia. Udało się to w 1935, kiedy kolejny chemik z ICI, Michaela Perrin odkrył ten przypadkowy wpływ. Wysokociśnieniowa metoda syntezy polietylenu stała się podstawą przemysłowej produkcji LDPE rozpoczętej w 1939^{[potrzebny przypis]}.

Kamieniami milowymi w późniejszej syntezie polietylenu stały się katalizatory, które pozwalają na polimeryzację etylenu w łagodniejszych przedziałach temperatury i ciśnienia. Pierwszym z nich był tlenek chromu(VI), którego właściwości odkryli w 1951 Robert Banks i John Hogan w Phillips Petroleum. Katalizator ten umożliwiał syntezę w temperaturze 150 °C przy ciśnieniu 30 atm^{[potrzebny przypis]}.

W 1953 niemiecki chemik Karl Ziegler rozwinął proces oparty na chlorkach tytanu, zwłaszcza chlorku tytanu(IV) TiCl₄ i metaloorganicznych związkach glinu, takich jak trietyloglin (Al(C
2H
5)
3). Pozwalał on na syntezę w jeszcze łagodniejszych (60 °C, 1 atm) warunkach niż proces Phillipsa. Proces Phillipsa jest jednak tańszy i łatwiejszy do opanowania, dlatego obie metody pozostają w praktyce przemysłowej do dziś^{[potrzebny przypis]}.

Przed końcem lat 50. obu metod – Phillipsa i Zieglera używano do produkcji HDPE. Początkowo Phillips miał problemy z otrzymywaniem HDPE stałej jakości i magazyny wypełniały się wybrakowanym polietylenem. Katastrofa finansowa została powstrzymana w 1957, gdy hula-hoop, zabawka składająca się z kolistej, polietylenowej rurki, stała się modna wśród nastolatków w całych Stanach Zjednoczonych^{[potrzebny przypis]}.

Trzeci typ procesu katalitycznego, oparty na metalocenach (związkach sandwiczowych lub kanapkowych, jak ferrocen) został odkryty w 1976 w Niemczech przez Waltera Kaminsy’ego i Hansjörga Sinna. Dowiedziono, że procesy Zieglera i metalocenowy są bardzo elastyczne przy kopolimeryzacji etylenu z innymi alkenami. Stały się one bazą dla żywic etylenowych różnego rodzaju, w tym VLDPE, LLDPE i MDPE^{[potrzebny przypis]}.

Do niedawna metaloceny były najbardziej aktywnymi katalizatorami polimeryzacji etylenu. Dużo wysiłku wkłada się w tzw. katalizatory postmetalocenowe, które mogą pozwolić na większą ingerencję w strukturę polietylenu niż metaloceny. Ostatnio prace korporacji Fujita i Mitsui pokazały, że iminofenolowe kompleksy metali grupy 4 wykazują wyższą aktywność niż metaloceny^{[potrzebny przypis]}.

Zobacz też

Przypisy

↑ Richard G.R.G. Jones Richard G.R.G. i inni red., Compendium of Polymer Terminology and Nomenclature. IUPAC Recommendations 2008, RSC Publishing, 2009, s. 260, DOI: 10.1039/9781847586325, ISBN 978-0-85404-491-7 (ang.).
↑ PE, polietylen [online], Plastechopedia [dostęp 2019-10-02] .
↑ PE-HD - Polietylen, Wysokiej Gęstości [PE-HD] - Baza Tworzyw - Wiedzopedia – Tworzywa Sztuczne – Vortal TWORZYWA.PL [online], www.tworzywa.pl [dostęp 2020-08-10] .
↑ J. Łaskowiec, R. Michalik: Zagadnienia teoretyczne i aplikacyjne w implantach. Gliwice: Wyd. Pol. Śl., 2002.
↑ Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 3 września 2014 r. w sprawie wzorów oznakowania opakowań (Dz.U. z 2014 r. poz. 1298).
↑ Hans vonH. Pechmann Hans vonH., Ueber Diazomethan und Nitrosoacylamine, „Berichte der Deutschen chemischen Gesellschaft zu Berlin”, 31, 1898, s. 2640–2646, DOI: 10.1002/cber.18980310314 [dostęp 2019-10-26], Cytat: Erwähnt sei noch, dass aus einer ätherischen Diazomethanlösung sich beim Stehen manchmal minimale Quantitäten eines weissen, flockigen, aus Chloroform krystallisirenden Körpers abscheiden; Gegenwart von Platin, Natrium u. dgl. entsteht mehr davon, aber immer noch so wenig dass die Untersuchung bisher verschoben wurde. („Należy też wspomnieć, że z pozostawionego eterowego roztworu diazometanu wytrącają się czasem minimalne ilości białej, łuszczącej się substancji, którą można wykrystalizować z chloroformu; w obecności platyny, sodu itp. jej ilość jest większa, jednak nadal na tyle mała, że badania zostały odłożone.”; s. 2643) .

[IUPAC-1] Richard G.R.G. Jones Richard G.R.G. i inni red., Compendium of Polymer Terminology and Nomenclature. IUPAC Recommendations 2008, RSC Publishing, 2009, s. 260, DOI: 10.1039/9781847586325, ISBN 978-0-85404-491-7 (ang.).

[plastech-2] PE, polietylen [online], Plastechopedia [dostęp 2019-10-02] .

[3] PE-HD - Polietylen, Wysokiej Gęstości [PE-HD] - Baza Tworzyw - Wiedzopedia – Tworzywa Sztuczne – Vortal TWORZYWA.PL [online], www.tworzywa.pl [dostęp 2020-08-10] .

[4] J. Łaskowiec, R. Michalik: Zagadnienia teoretyczne i aplikacyjne w implantach. Gliwice: Wyd. Pol. Śl., 2002.

[5] Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 3 września 2014 r. w sprawie wzorów oznakowania opakowań (Dz.U. z 2014 r. poz. 1298).

[6] Hans vonH. Pechmann Hans vonH., Ueber Diazomethan und Nitrosoacylamine, „Berichte der Deutschen chemischen Gesellschaft zu Berlin”, 31, 1898, s. 2640–2646, DOI: 10.1002/cber.18980310314 [dostęp 2019-10-26], Cytat: Erwähnt sei noch, dass aus einer ätherischen Diazomethanlösung sich beim Stehen manchmal minimale Quantitäten eines weissen, flockigen, aus Chloroform krystallisirenden Körpers abscheiden; Gegenwart von Platin, Natrium u. dgl. entsteht mehr davon, aber immer noch so wenig dass die Untersuchung bisher verschoben wurde. („Należy też wspomnieć, że z pozostawionego eterowego roztworu diazometanu wytrącają się czasem minimalne ilości białej, łuszczącej się substancji, którą można wykrystalizować z chloroformu; w obecności platyny, sodu itp. jej ilość jest większa, jednak nadal na tyle mała, że badania zostały odłożone.”; s. 2643) .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]