Polietilen
Polietilen (sintagma od polimer i etilen = poli+etilen[2]) je generičko ime za bilo koju od djelomično kristaličnih lakih termoplastika (C=CH2C=CH2) koje su otporne na kemikalije i vlagu, imaju dobre izolacijske karakteristike i naročito se koriste za izradu ambalaže i izolacije.[2]
| Polietilen | |
|---|---|
 | |
 | |
| Drugi nazivi | Polieten Politen |
| Identifikacija | |
| Abrevijacija | PE |
| CAS registarski broj | 9002-88-4  |
| KEGG[1] | |
| Svojstva | |
| Molekulska formula | (C2H4)n |
| Gustina | 0.88–0.96 g/cm3 |
| Tačka topljenja | 115 °C, 388 K, 239 °F |
Ukoliko nije drugačije napomenuto, podaci se odnose na standardno stanje (25 °C, 100 kPa) materijala | |
| Infobox references | |
Karakteristike
Polietilen (Akronim PE) je lagana, vrlo prilagodljiva sintetička smola koja se dobija polimerizacijom etilena.[3] On je najviše korištena plastika na svijetu, od koje se prave različiti proizvodi od prozirnih folija za ambalažu, boca za deterdžente do automobilskih rezervara.[3]
Također se može usitnjavati u sintetička vlakna ili modificirati sve dok ne postane elastičan kao guma.[3]
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.[4]
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.[4]
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.[4]
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).[4]
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.[4]
Kemijski sastav i molekularna struktura
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.[3] molekule etilena bazično se sastoje od dvije metilennske jedinice (CH2) povezane dvostrukom vezom između ugljikovih atoma - strukturom koja se opisuje formulom; CH2 = CH2[3]
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.[3]+ 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).[3]
Osnovni sastav polietilena može se mijenjati dodavanjem drugih elemenata ili kemijskih grupa.[3]
Historija
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–)nICI 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.[3]
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.[3]
Od tada su naučnici koristeći različite katalize i metode polimerizacije, proizveli polietilene različitih karakteristika i struktura.[3]
Glavne vrste polietilena
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[4]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.[3]
Linearni polietilen niske gustoće
(Akronim: PE-LLD) gustoća od 0,926 do 0,940 g/cm³[4], je strukturom sličan PE-LD-u. Dobija se kopolimerizacijom etilena sa 1-Butenom i manjim količinama; 1-Heksena i 1-Oktena, Ziegler-Nattinom katalizom.[3]
Polietilen visoke gustoće
(Akronim: PE-HD) gustoća od 0,941 do 0,960 g/cm³, talište 127 °C.[4]
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.[3]
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 nekih700 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.[3]
