Polyeten - Polyethylene

Den här artikeln handlar om plasten. För Radiohead -låten, se Paranoid Android .
"Polythene" omdirigerar här. För feeder -album, se Polythene (album) .

Skelettformel för en ris -monomer
Rymdfyllningsmodell av polyeten
Prov av granulerad polyeten
Namn
IUPAC -namn
Polyeten eller poly (eten)
Andra namn
polyeten
polyeten
Identifierare
Förkortningar PE
ChemSpider
ECHA InfoCard 100.121.698 Redigera detta på Wikidata
KEGG
Maska Polyeten
Egenskaper
(C 2 H 4 ) n
Densitet 0,88-0,96 g / cm 3
Smältpunkt 115–135 ° C (239–275 ° F; 388–408 K)
logg P 1.02620
−9,67 × 10 −6 ( HDPE , SI, 22 ° C)
Om inte annat anges, ges data för material i deras standardtillstånd (vid 25 ° C [77 ° F], 100 kPa).
Infobox -referenser
Den upprepande enheten i polyeten i den mest stabila förskjutna konformationen
Del av en serie om
Fiber
Kapokfrön I IMG 8004.jpg
Naturliga fibrer
Djur
Växt
Mineral
Konstgjorda fibrer
Regenererade fibrer
Halvsyntetiska fibrer
Syntetiska fibrer

Polyeten eller polyeten (förkortat PE , IUPAC namn polyeten eller poly (metylen) ) är den vanligaste plasten som används idag. Det är en polymer, som främst används för förpackning ( plastpåsar , plastfilmer , geomembraner och behållare inklusive flaskor , etc.). Från och med 2017 produceras över 100 miljoner ton polyetenhartser årligen, vilket står för 34% av den totala plastmarknaden.

Många typer av polyeten är kända, med de flesta som har den kemiska formeln (C 2 H 4 ) n . PE är vanligtvis en blandning av liknande polymerer av eten , med olika värden på n . Det kan vara lågdensitet eller högdensitet : lågdensitetspolyeten extruderas med högt tryck (1000–5000  atm ) och hög temperatur (520  kelvin ), medan högdensitetspolyeten extruderas med lågt tryck (6–7 atm) och låg temperatur (333–343 K). Polyeten är vanligtvis termoplast , men det kan modifieras för att bli värmehärdande istället, till exempel i tvärbunden polyeten .

Historia

Polyeten syntetiserades först av den tyska kemisten Hans von Pechmann , som framställde den av misstag 1898 medan han undersökte diazometan . När hans kollegor Eugen Bamberger och Friedrich Tschirner präglade den vita, vaxartade substansen som han hade skapat, insåg de att den innehöll långa -CH 2 -kedjor och kallade den polymetylen .

En pillerlåda som presenterades för en tekniker vid ICI 1936 gjord av den första kilon polyeten

Den första industriellt praktiska polyetylensyntesen (diazometan är en notoriskt instabil substans som vanligtvis undviks i industriell tillämpning) upptäcktes igen av misstag 1933 av Eric Fawcett och Reginald Gibson vid Imperial Chemical Industries (ICI) verk i Northwich , England. Vid applicering av extremt högt tryck (flera hundra atmosfärer ) på en blandning av eten och bensaldehyd producerade de igen ett vitt, vaxartat material. Eftersom reaktionen hade initierats av spårsyrekontaminering i deras anordning, var experimentet svåra att reproducera i början. Det var inte förrän 1935 som en annan ICI-kemist, Michael Perrin , utvecklade denna olycka till en reproducerbar högtryckssyntes för polyeten som blev grunden för industriell lågdensitetspolyeten ( LDPE ) produktion från 1939. Eftersom polyeten visade sig ha mycket lågförlustegenskaper vid mycket högfrekventa radiovågor, kommersiell distribution i Storbritannien avbröts vid andra världskrigets utbrott, sekretess infördes och den nya processen användes för att producera isolering för UHF- och SHF- koaxialkablar av radarsatser . Under andra världskriget gjordes ytterligare forskning om ICI-processen och 1944 började Du Pont vid Sabine River, Texas och Bakelite Corporation i Charleston, West Virginia, storskalig kommersiell produktion under licens från ICI.

Landmärkegenombrottet i den kommersiella produktionen av polyeten började med utvecklingen av katalysatorer som främjade polymerisationen vid milda temperaturer och tryck. Den första av dessa var en katalysator baserad på kromtrioxid som upptäcktes 1951 av Robert Banks och J. Paul Hogan på Phillips Petroleum . I 1953 den tyska kemisten Karl Ziegler utvecklat ett katalytiskt system baserat på titan -halogenider och aluminiumorganiska föreningar som arbetade vid ännu mildare betingelser än den Phillips-katalysator. Phillips -katalysatorn är dock billigare och lättare att arbeta med, och båda metoderna används hårt industriellt. I slutet av 1950- talet användes både Phillips- och Ziegler- katalysatorer för produktion av högdensitetspolyeten (HDPE). På 1970 -talet förbättrades Zieglersystemet genom införlivande av magnesiumklorid . Katalytiska system baserade på lösliga katalysatorer, metallocenerna , rapporterades 1976 av Walter Kaminsky och Hansjörg Sinn . Ziegler- och metallocenbaserade katalysatorfamiljer har visat sig vara mycket flexibla vid sampolymerisering av eten med andra olefiner och har blivit grunden för det stora utbudet av polyetenhartser som finns tillgängliga idag, inklusive polyeten med mycket låg densitet och linjär lågdensitetspolyeten . Sådana hartser, i form av UHMWPE-fibrer , har (från 2005) börjat ersätta aramider i många höghållfasta applikationer.

Egenskaper

Polyetenens egenskaper kan delas in i mekaniska, kemiska, elektriska, optiska och termiska egenskaper.

Mekanisk

Polyeten har låg hållfasthet, hårdhet och styvhet, men har hög seghet och slaghållfasthet samt låg friktion. Det visar starkt kryp under ihållande kraft, vilket kan reduceras genom tillsats av korta fibrer. Det känns vaxigt vid beröring.

Termisk

Den kommersiella användbarheten av polyeten begränsas av dess låga smältpunkt jämfört med andra termoplaster. För vanliga kommersiella kvaliteter av polyeten med medelhög och hög densitet ligger smältpunkten typiskt i intervallet 120 till 130 ° C (248 till 266 ° F). Smältpunkten för genomsnittlig kommersiell lågdensitetspolyeten är typiskt 105 till 115 ° C (221 till 239 ° F). Dessa temperaturer varierar starkt med typen av polyeten, men den teoretiska övre gränsen för smältning av polyeten rapporteras vara 144 till 146 ° C (291 till 295 ° F).

Kemisk

Polyeten består av opolära, mättade kolväten med hög molekylvikt. Därför liknar dess kemiska beteende paraffin . De enskilda makromolekylerna är inte kovalent kopplade. På grund av sin symmetriska molekylstruktur tenderar de att kristallisera; totalt sett är polyeten delvis kristallint . Högre kristallinitet ökar densiteten och mekanisk och kemisk stabilitet.

Standardmetoden för att testa plastdensitet är ISO 1183 del 2 (gradientkolumner), alternativt ISO 1183 del 1 ( MVS2PRO densitetsanalysator ).

De flesta LDPE- , MDPE- och HDPE -kvaliteter har utmärkt kemisk beständighet, vilket innebär att de inte attackeras av starka syror eller starka baser och är resistenta mot skonsamma oxidanter och reducerande medel. Kristallina prover löses inte upp vid rumstemperatur. Polyeten (annan än tvärbunden polyeten) kan vanligtvis lösas vid förhöjda temperaturer i aromatiska kolväten, såsom toluen eller xylen , eller i klorerade lösningsmedel såsom trikloretan eller triklorbensen .

Polyeten absorberar nästan inget vatten . Gas- och vattenångpermeabiliteten (endast polära gaser) är lägre än för de flesta plaster; syre , koldioxid och smakämnen kan däremot enkelt passera det.

PE kan bli sprött när det utsätts för solljus, kolsvart används vanligtvis som en UV -stabilisator.

Polyeten brinner långsamt med en blå låga som har en gul spets och avger en lukt av paraffin (liknande ljusflamma ). Materialet fortsätter att brinna när flamkällan avlägsnas och ger dropp.

Polyeten kan inte präglas eller bindas med lim utan förbehandling. Höghållfasta skarvar uppnås lätt med plastsvetsning .

Elektrisk

Polyeten är en bra elektrisk isolator . Det erbjuder bra elektrisk trädmotstånd ; det blir dock lätt elektrostatiskt laddat (vilket kan reduceras genom tillsatser av grafit , kimrök eller antistatiska medel ).

Optisk

Beroende på termisk historia och filmtjocklek kan PE variera mellan nästan klart ( transparent ), mjölkigt ogenomskinligt ( genomskinligt ) och ogenomskinligt . LDPE har störst, LLDPE något mindre och HDPE minst transparens. Genomskinlighet reduceras med kristalliter om de är större än våglängden för synligt ljus.

Tillverkningsprocess

Monomer

etylenskelett
etylen 3D -modell
Etylen (eten)

Ingrediensen eller monomeren är eten ( lUPAC namn eten), ett gasformigt kolväte med formeln C 2 H 4 , som kan ses som ett par av metylengrupper (- CH
2-) anslutna till varandra. Typiska specifikationer för PE -renhet är <5 ppm för vatten, syre och andra alkenhalter . Godtagbara föroreningar inkluderar N 2 , etan (vanlig föregångare till eten) och metan. Etylen produceras vanligtvis från petrokemiska källor, men genereras också genom uttorkning av etanol.

Polymerisation

Polymerisering av eten till polyeten beskrivs av följande kemiska ekvation :

n CH
2= CH
2(gas) → [−CH
2−CH
2- ]
n(fast) Δ H / n  = −25,71 ± 0,59 kcal/mol (−107,6 ± 2,5 kJ/mol) 

Etylen är en stabil molekyl som endast polymeriseras vid kontakt med katalysatorer. Omvandlingen är mycket exoterm . Koordineringspolymerisation är den mest genomträngande tekniken, vilket innebär att metallklorider eller metalloxider används. De vanligaste katalysatorerna består av titan (III) klorid , de så kallade Ziegler – Natta katalysatorerna . En annan vanlig katalysator är Phillips -katalysatorn , framställd genom avsättning av krom (VI) oxid på kiseldioxid. Polyeten kan framställas genom radikal polymerisation , men denna väg har endast begränsad användbarhet och kräver vanligtvis högtrycksapparat.

Sammanfogning

Vanligt använda metoder för sammanfogning av polyetendelar inkluderar:

Lim och lösningsmedel används sällan eftersom polyeten är opolär och har en hög beständighet mot lösningsmedel. Tryckkänsliga lim (PSA) är möjliga om ytkemin eller laddningen modifieras med plasmaaktivering , flambehandling eller koronabehandling .

Klassificering

Polyeten klassificeras efter dess densitet och förgrening . Dess mekaniska egenskaper beror avsevärt på variabler som förgreningens omfattning och typ, kristallstrukturen och molekylvikten . Det finns flera typer av polyeten:

När det gäller sålda volymer är de viktigaste polyetenkvaliteterna HDPE, LLDPE och LDPE.

Ultrahög molekylvikt (UHMWPE)

Huvudartikel: Ultrahögmolekylär polyeten
Rostfritt stål och ultrahög molekylvikt i höften av polyeten

UHMWPE är polyeten med en molekylvikt i miljoner, vanligtvis mellan 3,5 och 7,5 miljoner amu . Med hög molekylvikt gör det till ett mycket segt material, men resulterar i mindre effektiv packning av kedjorna in i kristallstrukturen , vilket framgår av densiteter av mindre än högdensitetspolyeten (till exempel, 0,930 till 0,935 g / cm 3 ). UHMWPE kan tillverkas med vilken katalysatorteknik som helst, även om Ziegler -katalysatorer är vanligast. På grund av sin enastående seghet och skärning, slitage och utmärkta kemiska motstånd används UHMWPE i en mängd olika applikationer. Dessa inkluderar kan- och flaska -handling maskindelar, rörliga delar på vävmaskiner, lager, kugghjul, artificiella leder, kantskyddet på ishallar, stål kabelersättningar på fartyg, och slaktare hackbräda. Det används vanligtvis för konstruktion av artikulära delar av implantat som används för höft- och knäbyte . Som fiber tävlar den med aramid i skottsäkra västar .

Hög densitet (HDPE)

Huvudartikel: Högdensitetspolyeten
HDPE -rör på plats under installation i outback Western Australia. Det vita yttre skiktet extruderas för att ge en minskning av termisk uppvärmning, känd som Acu-Therm.

HDPE är definierad av en densitet som är större eller lika med 0,941 g / cm 3 . HDPE har en låg förgreningsgrad. De mest linjära molekylerna packar ihop bra, så intermolekylära krafter är starkare än i mycket grenade polymerer. HDPE kan produceras av krom- /kiseldioxidkatalysatorer, Ziegler -Natta -katalysatorer eller metallocenkatalysatorer ; genom att välja katalysatorer och reaktionsbetingelser kan den lilla förgrening som förekommer kontrolleras. Dessa katalysatorer föredrar bildandet av fria radikaler vid ändarna av de växande polyetenmolekylerna. De får nya etylenmonomerer att lägga till molekylernas ändar, snarare än längs mitten, vilket orsakar tillväxt av en linjär kedja.

HDPE har hög draghållfasthet. Det används i produkter och förpackningar som mjölkkannor, tvättmedelsflaskor, smörkar, sopbehållare och vattenrör . En tredjedel av alla leksaker är tillverkade av HDPE. År 2007 nådde den globala HDPE -förbrukningen en volym på mer än 30 miljoner ton.

Tvärbunden (PEX eller XLPE)

Huvudartikel: Tvärbunden polyeten

PEX är en mellan- till högdensitetspolyeten innehållande tvärbindningsbindningar som införs i polymerstrukturen och förändrar termoplasten till en härdplast . Polymerens högtemperaturegenskaper förbättras, dess flöde reduceras och dess kemiska motstånd förbättras. PEX används i vissa dricksvatten-VVS-system eftersom rör av materialet kan expanderas för att passa över en metallnippel och det kommer långsamt att återgå till sin ursprungliga form och bilda en permanent, vattentät anslutning.

Medeltäthet (MDPE)

Huvudartikel: Medeltäthet polyeten

MDPE definieras av ett densitetsområde av från 0,926 till 0,940 g / cm 3 . MDPE kan produceras av krom-/kiseldioxidkatalysatorer, Ziegler -Natta -katalysatorer eller metallocenkatalysatorer. MDPE har goda stötdämpningsegenskaper. Det är också mindre hackkänsligt än HDPE; motståndskraft mot sprickbildning är bättre än HDPE. MDPE används vanligtvis i gasrör och kopplingar, säckar, krympfilm, förpackningsfilm, bärpåsar och skruvförslutningar.

Linjär lågdensitet (LLDPE)

Huvudartikel: Linjär lågdensitetspolyeten

LLDPE är definierad av ett densitetsområde av från 0,915 till 0,925 g / cm 3 . LLDPE är en väsentligen linjär polymer med betydande antal korta grenar, vanligen framställd genom sampolymerisation av eten med kortkedjiga alfa-olefiner (till exempel 1-buten , 1-hexen och 1-okten ). LLDPE har högre draghållfasthet än LDPE, och den uppvisar högre slag- och punkteringsresistens än LDPE. Filmer med lägre tjocklek (gauge) kan blåses, jämfört med LDPE, med bättre motståndskraft mot sprickbildning , men de är inte lika lätta att bearbeta. LLDPE används i förpackningar, särskilt film för påsar och lakan. Lägre tjocklek kan användas jämfört med LDPE. Den används för kabelbeklädnader, leksaker, lock, skopor, behållare och rör. Medan andra applikationer är tillgängliga, används LLDPE främst i filmapplikationer på grund av dess seghet, flexibilitet och relativa transparens. Produktexempel sträcker sig från jordbruksfilmer, Saran -wrap och bubbelplast till flerlagers- och kompositfilmer. År 2013 nådde världens LLDPE -marknad en volym på 40 miljarder dollar.

Low-density (LDPE)

Huvudartikel: Lågdensitetspolyeten

LDPE är definierad av ett densitetsområde av från 0,910 till 0,940 g / cm 3 . LDPE har en hög grad av kort- och långkedjegrenning, vilket innebär att kedjorna inte också packas in i kristallstrukturen . Den har därför mindre starka intermolekylära krafter eftersom den momentana dipolinducerade dipolattraktionen är mindre. Detta resulterar i en lägre draghållfasthet och ökad formbarhet . LDPE skapas genom fri-radikalpolymerisation . Den höga förgreningsgraden med långa kedjor ger smält LDPE unika och önskvärda flödesegenskaper. LDPE används för både styva behållare och plastfilmapplikationer som plastpåsar och filmfolie. År 2013 hade den globala LDPE -marknaden en volym på nästan 33 miljarder dollar.

Den radikalpolymeriseringsprocess som används för att göra LDPE inkluderar inte en katalysator som "övervakar" de radikala ställena på de växande PE -kedjorna. (Vid HDPE -syntes är de radikala platserna i ändarna av PE -kedjorna, eftersom katalysatorn stabiliserar deras bildning i ändarna.) Sekundära radikaler (i mitten av en kedja) är mer stabila än primära radikaler (i slutet av kedja), och tertiära radikaler (vid en grenpunkt) är mer stabila än. Varje gång en etylenmonomer tillsätts skapar det en primärradikal, men ofta kommer dessa att omarrangeras för att bilda mer stabila sekundära eller tertiära radikaler. Tillsats av etylenmonomerer till de sekundära eller tertiära platserna skapar förgrening.

Mycket låg densitet (VLDPE)

VLDPE är definierad av ett densitetsområde av 0,880 till 0,915 g / cm 3 . VLDPE är en väsentligen linjär polymer med höga halter av kortkedjiga grenar, vanligen framställda genom sampolymerisation av eten med kortkedjiga alfa-olefiner (till exempel 1-buten, 1-hexen och 1-okten). VLDPE produceras oftast med användning av metallocenkatalysatorer på grund av den större sammonomerinkorporeringen som uppvisas av dessa katalysatorer. VLDPE används för slangar och slangar, is- och frysta livsmedelspåsar, livsmedelsförpackningar och stretchfolier samt slagmodifierare när de blandas med andra polymerer.

Nyligen har mycket forskningsaktivitet fokuserat på arten och distributionen av långkedjiga grenar i polyeten. I HDPE kan ett relativt litet antal av dessa grenar, kanske en av 100 eller 1000 grenar per ryggradskol, avsevärt påverka polymerens reologiska egenskaper.

Sampolymerer

Förutom sampolymerisering med alfa-olefiner kan eten sampolymeriseras med ett brett spektrum av andra monomerer och jonkomposition som skapar joniserade fria radikaler. Vanliga exempel är vinylacetat (den resulterande produkten är eten-vinylacetat- sampolymer , eller EVA, ofta används i idrotts-skosula skum) och en mängd olika akrylater . Tillämpningar av akryl -sampolymer innefattar förpackning och sportartiklar, och superplasticerare , som används i cementtillverkning.

Typer av polyetener

De särskilda materialegenskaperna hos "polyeten" beror på dess molekylära struktur. Molekylvikt och kristallinitet är de viktigaste faktorerna; kristallinitet beror i sin tur på molekylvikt och förgreningsgrad. Ju mindre polymerkedjorna förgrenas och ju lägre molekylvikten desto högre kristallinitet för polyeten. Kristallinitet varierar från 35% (PE-LD/PE-LLD) till 80% (PE-HD). Polyeten har en densitet av 1,0 g / cm 3 i kristallina regioner och 0,86 g / cm 3 i amorfa regioner. Ett nästan linjärt samband finns mellan densitet och kristallinitet.

Graden av förgrening av de olika typerna av polyeten kan schematiskt representeras enligt följande:

PE-HD Schematisk framställning av PE-HD (högdensitetspolyeten)
PE-LLD

Schematisk framställning av PE-LLD (linjär lågdensitetspolyeten)

PE-LD Schematisk framställning av PE-LD (lågdensitetspolyeten)

Figuren visar ryggraden i polyeten, kortkedjiga grenar och sidokedjegrenar. Polymerkedjorna representeras linjärt.

Kedjegrenar

Polyetenens egenskaper är mycket beroende av typ och antal kedjegrenar. Kedjegrenarna beror i sin tur på den process som används: antingen högtrycksprocessen (endast PE-LD) eller lågtrycksprocessen (alla andra PE-kvaliteter). Lågdensitetspolyeten produceras genom högtrycksprocessen genom radikal polymerisation, varigenom många kortkedjiga grenar såväl som långkedjegrenar bildas. Kortkedjegrenar bildas av intramolekylära kedjeöverföringsreaktioner , de är alltid butyl- eller etylkedjegrenar eftersom reaktionen fortsätter efter följande mekanism:

Mekanism för framväxten av sidokedjor under syntes av polyeten (PE-LD).

Miljöfrågor

En återvinningsbar påse tillverkad av polyeten.
Säg nej till polyeten. Skylt. Nako, Himachal Pradesh , Indien.
Se även: Plastföroreningar

Polyeten produceras av eten, och även om eten kan produceras från förnybara resurser , kommer den huvudsakligen från petroleum eller naturgas .

Dessutom innebär den utbredda användningen av polyeten svårigheter för avfallshantering om den inte återvinns. Polyeten, liksom andra syntetiska plaster, är inte lätt biologiskt nedbrytbart och ackumuleras på deponier . Återvinningen blir enklare om den är märkt med en återvinningskod . Detta kan läsa "PE" eller "02" ("plastnummer 2") för PE-HD och "04" ("plastnummer 4") för PE-LD.

I Japan var att bli av med plast på ett miljövänligt sätt det stora problemet som diskuterades tills kärnkatastrofen i Fukushima 2011 blev en större fråga. Det listades som en marknad för lösningar på 90 miljarder dollar. Sedan 2008 har Japan snabbt ökat återvinningen av plast, men har fortfarande en stor mängd plastförpackningar som går till spillo.

År 2010 släppte en japansk forskare, Akinori Ito, prototypen på en maskin som skapar olja av polyeten med hjälp av en liten, fristående ångdestillationsprocess.

Bionedbrytbarhet

Polyeten, liksom andra syntetiska plaster, är inte lätt biologiskt nedbrytbart och ackumuleras på deponier. Det finns dock ett antal arter av bakterier och djur som kan bryta ned polyeten.

I maj 2008 vann Daniel Burd, en 16-årig kanadensare, Canada-Wide Science Fair i Ottawa efter att ha upptäckt att Pseudomonas fluorescens , med hjälp av Sphingomonas , kan bryta ner över 40% av vikten av plastpåsar inom sex veckor . Han gissade senare att det skulle vara borta efter sex veckor till.

Den termofila bakterien Brevibacillus borstelensis (stam 707) isolerades från ett jordprov och visade sig använda lågdensitetspolyeten som enda kolkälla när den inkuberades tillsammans vid 50 ° C. Bionedbrytningen ökade med tiden som utsattes för ultraviolett strålning.

Acinetobacter sp. 351 kan bryta ned PE-oligomerer med lägre molekylvikt. När PE utsätts för termo- och fotooxidation frigörs produkter inklusive alkaner, alkener, ketoner, aldehyder, alkoholer, karboxylsyra, ketosyror, dikarboxylsyror, laktoner och estrar.

År 2014 upptäckte en kinesisk forskare att indiska målmotlarver kunde metabolisera polyeten från att observera att plastpåsar hemma hade små hål i dem. Av slutsatsen att de hungriga larverna på något sätt måste ha smält plasten analyserade han och hans team sina tarmbakterier och hittade några som kunde använda plast som sin enda kolkälla. Inte bara kunde bakterierna från tarmen hos Plodia interpunctella moth larver metabolisera polyeten, de degraderade det avsevärt, tappade dess draghållfasthet med 50%, dess massa med 10%och molekylvikterna i dess polymerkedjor med 13%.

År 2017 rapporterade forskare att larven från Galleria mellonella äter plastsopor som polyeten.

Klimatförändring

Vid exponering för omgivande solstrålning producerar plasten två växthusgaser , metan och eten . Av särskild oro är plasttypen som avger gaser med högsta hastighet: lågdensitetspolyeten (eller LDPE ). På grund av dess egenskaper med låg densitet bryts den lättare över tiden, vilket leder till högre ytor. Produktionen av dessa spårgaser från jungfrulig LDPE ökar med ytarea/tid, med hastigheter i slutet av en 212-dagars inkubation av 5,8 nmol g-1 d-1 metan, 14,5 nmol g-1 d-1 av eten, 3,9 nmol g-1 d-1 etan och 9,7 nmol g-1 d-1 propylen. Vid inkubering i luft avger LDPE gaser med hastigheter ~ 2 gånger och ~ 76 gånger högre jämfört med vatten för metan respektive eten.

Kemiskt modifierad polyeten

Polyeten kan antingen modifieras vid polymerisationen med polära eller opolära sammonomerer eller efter polymerisation genom polymeranaloga reaktioner. Vanliga polymeranaloga reaktioner är vid polyeten- tvärbindning , klorering och sulfoklorering .

Opolära etensampolymerer

a-olefiner

I lågtrycksprocessen kan a-olefiner (t.ex. 1-buten eller 1-hexen ) tillsättas, vilka införlivas i polymerkedjan under polymerisation. Dessa sampolymerer introducerar korta sidokedjor, så kristallinitet och densitet reduceras. Som förklarats ovan ändras mekaniska och termiska egenskaper därigenom. I synnerhet produceras PE-LLD på detta sätt.

Metallocenpolyeten (PE-MC)

Metallocenpolyeten (PE-M) framställs med hjälp av metallocenkatalysatorer , vanligtvis inkluderande sampolymerer (z. B. eten / hexen). Metallocenpolyeten har en relativt smal molekylviktsfördelning , exceptionellt hög seghet, utmärkta optiska egenskaper och en enhetlig sammonomerhalt. På grund av den smala molekylviktsfördelningen uppträder den mindre pseudoplastisk (särskilt vid större skjuvhastigheter). Metallocenpolyeten har en låg andel lågmolekylära (extraherbara) komponenter och en låg svets- och tätningstemperatur. Således är den särskilt lämplig för livsmedelsindustrin.

Polyeten med multimodal molekylviktsfördelning

Polyeten med multimodal molekylviktsfördelning består av flera polymerfraktioner som blandas homogent. Sådana polyetentyper erbjuder extremt hög styvhet, seghet, hållfasthet, spänningssprickmotstånd och ökad sprickbildningsresistens. De består av lika stora andelar högre och lägre molekylära polymerfraktioner. De lägre molekylviktenheter kristalliseras lättare och slappnar av snabbare. Fraktionerna med högre molekylvikt bildar länkande molekyler mellan kristalliter och ökar därmed segheten och spänningsresistansen. Polyeten med multimodal molekylviktsfördelning kan framställas antingen i tvåstegsreaktorer, genom katalysatorer med två aktiva centra på en bärare eller genom att blanda in extruder.

Cykliska olefinsampolymerer (COC)

Cykliska olefinsampolymerer framställs genom sampolymerisation av eten och cykloolefiner (vanligtvis norbornen ) framställda med användning av metallocenkatalysatorer. De resulterande polymererna är amorfa polymerer och särskilt transparenta och värmebeständiga.

Polära etensampolymerer

De grundläggande föreningarna som används som polära sammonomerer är vinylalkohol ( etenol , en omättad alkohol), akrylsyra ( propensyra , en omättad syra) och estrar som innehåller en av de två föreningarna.

Etensampolymerer med omättade alkoholer

Etylen/vinylalkoholsampolymer (EVOH) är (formellt) en sampolymer av PE och vinylalkohol (ethenol), som framställs genom (partiell) hydrolys av eten-vinylacetatsampolymer (eftersom vinylalkohol i sig inte är stabil). EVOH har emellertid vanligtvis en högre sammonomerhalt än den vanliga VAC.

EVOH används i flerskiktsfilmer för förpackning som ett barriärskikt (barriärplast). Eftersom EVOH är hygroskopiskt (vattenattraktivt) absorberar det vatten från miljön, varigenom det tappar sin barriäreffekt. Därför måste den användas som ett kärnskikt omgiven av annan plast (som LDPE, PP, PA eller PET). EVOH används också som ett beläggningsmedel mot korrosion vid gatubelysning, trafikljusstolpar och bullerskyddande väggar.

Etylen/akrylsyra -sampolymerer (EAA)

Sampolymer av eten och omättade karboxylsyror (såsom akrylsyra) kännetecknas av god vidhäftning till olika material, motståndskraft mot spänningssprickor och hög flexibilitet. De är dock mer känsliga för värme och oxidation än etenhomopolymerer. Etylen/akrylsyra -sampolymerer används som vidhäftningsfrämjare .

Om salter av en omättad karboxylsyra finns i polymeren bildas termo-reversibla jonätverk, de kallas jonomerer . Ionomerer är mycket transparenta termoplaster som kännetecknas av hög vidhäftning till metaller, hög nötningsbeständighet och hög vattenabsorption.

Etensampolymerer med omättade estrar

Om omättade estrar sampolymeriseras med eten kan antingen alkoholdelen vara i polymerskelettet (som det är fallet med eten-vinylacetatsampolymer) eller syradelen (t.ex. i eten-etylakrylatsampolymer). Etylen-vinylacetatsampolymerer framställs på samma sätt som LD-PE genom högtryckspolymerisation. Andelen sammonomer har ett avgörande inflytande på polymerens beteende.

Densiteten minskar upp till en sammonomerandel på 10% på grund av den störda kristallbildningen. Med högre andelar den närmar till en av polyvinylacetat (1,17 g / cm 3 ). På grund av minskande kristallinitet blir etylenvinylacetat sampolymerer mjukare med ökande sammonomerhalt. Polarsidegrupperna förändrar de kemiska egenskaperna avsevärt (jämfört med polyeten): väderbeständighet, vidhäftning och svetsbarhet ökar med sammonomerinnehåll, medan den kemiska resistansen minskar. Även mekaniska egenskaper ändras: motstånd mot sprickbildning och seghet i kallt stigande, medan avkastningsspänning och värmebeständighet minskar. Med en mycket hög andel komonomerer (cirka 50%) produceras gummiartade termoplaster ( termoplastiska elastomerer ).

Etylen-etylakrylatsampolymerer beter sig på samma sätt som eten-vinylacetatsampolymerer.

Tvärlänkning

Huvudartikel: Tvärbunden polyeten

En grundläggande åtskillnad görs mellan peroxidtvärbindning (PE-Xa), silantvärbindning (PE-Xb), elektronstråltvärbindning (PE-Xc) och azo-tvärbindning (PE-Xd).

Peroxiden, silanen och bestrålningstvärbindningen visas

Peroxiden, silanen och bestrålningstvärbindningen visas. I varje metod genereras en radikal i polyetenkedjan (övre mitten), antingen genom strålning (h · ν) eller genom peroxider (ROOR). Sedan kan två radikala kedjor antingen direkt tvärbinda (längst ner till vänster) eller indirekt med silanföreningar (längst ner till höger).

  • Peroxidtvärbindning (PE-Xa) : Tvärbindningen av polyeten med användning av peroxider (t.ex. dikumyl- eller di-tert-butylperoxid ) är fortfarande av stor betydelse. I den så kallade Engel-processen blandas först en blandning av HDPE och 2% peroxid vid låga temperaturer i en extruder och tvärbinds sedan vid höga temperaturer (mellan 200 och 250 ° C). Peroxiden sönderdelas till peroxidradikaler (RO •), som absorberar (avlägsnar) väteatomer från polymerkedjan, vilket leder till radikaler . När dessa kombineras bildas ett tvärbundet nätverk. Det resulterande polymernätverket är enhetligt, har låg spänning och hög flexibilitet, varigenom det är mjukare och tuffare än (det bestrålade) PE-Xc.
  • Silantvärbindning (PE-Xb) : I närvaro av silaner (t.ex. trimetoxyvinylsilan ) kan polyeten initialt Si- funktionaliseras genom bestrålning eller med en liten mängd peroxid. Senare kan Si-OH-grupper bildas i ett vattenbad genom hydrolys , som sedan kondenserar och tvärbinder PE genom bildandet av Si-O-Si-broar. [16] Katalysatorer som dibutyltindilaurat kan påskynda reaktionen.
  • Bestrålningstvärbindning (PE-Xc) : Tvärbindningen av polyeten är också möjlig med en nedströms strålningskälla (vanligtvis en elektronaccelerator , ibland en isotopisk radiator ). PE produkter är tvärbundna under den kristallina smältpunkten genom avspjälkning väteatomer. β-strålning har ett penetrationsdjup på 10 mm , ɣ-strålning 100 mm. Därigenom kan interiören eller specifika områden uteslutas från tvärbindningen. På grund av högt kapital och driftskostnader spelar strålningstvärbindning emellertid endast en mindre roll jämfört med peroxidtvärbindningen. Till skillnad från peroxidtvärbindning utförs processen i fast tillstånd . Därigenom sker tvärbindningen främst i de amorfa regionerna, medan kristalliniteten förblir i stort sett intakt.
  • Azo-tvärbindning (PE-Xd) : I den så kallade Lubonyl-processen tvärbinds förförda azoföreningar efter extrudering i ett varmt saltbad.

Klorering och sulfoklorering

Klorerad polyeten (PE-C) är ett billigt material med en klorhalt från 34 till 44%. Den används i blandningar med PVC eftersom den mjuka, gummiaktiga kloropolyetenet är inbäddad i PVC -matrisen, vilket ökar slaghållfastheten . Det ökar också väderbeständigheten. Dessutom används den för mjukning av PVC -folier, utan att riskera att mjukgörare flyttas. Klorerad polyeten kan tvärbindas peroxidiskt för att bilda en elastomer som används inom kabel- och gummiindustrin. När klorerad polyeten tillsätts till andra polyolefiner minskar det brandfarligheten.

Klorsulfonerad PE (CSM) används som utgångsmaterial för ozonresistent syntetiskt gummi .

Biobaserad polyeten

Huvudartiklar: Bioplast och förnybar polyeten

Braskem och Toyota Tsusho Corporation inledde gemensamma marknadsföringsaktiviteter för att tillverka polyeten från sockerrör . Braskem kommer att bygga en ny anläggning vid sin befintliga industrienhet i Triunfo, Rio Grande do Sul, Brasilien med en årlig produktionskapacitet på 200 000 short ton (180 000 000 kg), och kommer att producera polyeten med hög densitet och låg densitet från bioetanol från sockerrör .

Polyeten kan också tillverkas av andra råvaror, inklusive vetekorn och sockerbetor . Denna utveckling använder förnybara resurser snarare än fossila bränslen, även om frågan om plastkälla för närvarande är försumbar i kölvattnet av plastavfall och i synnerhet polyetenavfall enligt ovan.

Nomenklatur och allmän beskrivning av processen

Namnet polyeten kommer från ingrediensen och inte den resulterande kemiska föreningen, som inte innehåller några dubbelbindningar. Det vetenskapliga namnet polyeten härleds systematiskt från det vetenskapliga namnet på monomeren. Alkenmonomeren omvandlas till en lång, ibland mycket lång, alkan i polymerisationsprocessen. Under vissa omständigheter är det användbart att använda en strukturbaserad nomenklatur; I sådana fall rekommenderar IUPAC poly (metylen) (poly (metandiyl) är ett icke-föredraget alternativ). Skillnaden i namnen mellan de två systemen beror på öppnandet av monomeren s dubbelbindningen vid polymerisation. Namnet förkortas till PE . På liknande sätt förkortas polypropen och polystyren till PP respektive PS. I Storbritannien och Indien kallas polymeren vanligen polyeten , från ICI -handelsnamnet , även om detta inte erkänns vetenskapligt.

Fotnoter

Referenser

Bibliografi

externa länkar