Polietylen

Polietylen

Polietylen lub polieten - polimer etenu. Symbol przemysłowy: (PE).

Polietylen jest giętki, woskowaty, przezroczysty, termoplastyczny. Traci elastyczność pod wpływem światła słonecznego i wilgoci. Synteza polietylenu jest przykładem polimeryzacji addycyjnej. Folie z PE charakteryzują się małą przenikalnością dla pary wodnej, łatwo przepuszczają pary substancji organicznych, nie są odporne na węglowodory i jego chloropochodne. Są odporne na działanie roztworów kwasów, zasad i soli oraz niską temperaturę.
Systematyka
Właściwości zależą od warunków przeprowadzenia reakcji (ciśnienia, temperatury, katalizatora) wyróżniamy 4 rodzaje polietylenu:
• HDPE (high density PE) - o dużej gęstości (nierozgałęzione łańcuchy zapewniają wysoką gęstość i duże siły oddziaływania międzycząsteczkowego)
• MDPE (medium density PE) - o średniej gęstości
• LDPE (low density PE) - o niskiej gęstości (rozgałęzione łańcuchy polietylenu "nie pasują" do siebie, co powoduje mniejszą gęstość)
• LLDPE (linear low density PE) - liniowy o niskiej gęstości (krótkie, nierozgałęzione łańcuchy powstają w wyniku kopolimeryzacji etenu z alkenami o dłuższych łańcuchach.)
Historia
Polietylen po raz pierwszy zsyntetyzował niemiecki chemik Hans von Pechman, który wytworzył go w 1898 podczas ogrzewania diazometanu. Gdy jego współpracownicy Eugen Bamberger i Friedrich Tschimer zbadali białą, woskowatą substancję którą wyprodukował, odkryli że składa się ona z wielu grup -CH2- i nazwali ją polietylen.
Pierwsza możliwa do przeprowadzenia na dużą skalę synteza polietylenu została odkryta (znów przez przypadek) 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 do 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.
Kamieniami milowymi późniejszej syntezie polietylenu stały się katalizatory, które pozwalają na polimeryzację etenu 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, umożliwiały syntezę w temperaturze 150oC przy ciśnieniu 30 atm. Dziś ten katalizator osadza się na tlenku glinu (III). 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(C2H5)3. Pozwalał on na syntezę w jeszcze łagodniejszych(60oC, 1 atom) warunkach niż proces Phillipsa. Proces Phillipsa jest jednak tańszy i łatwiejszy w produkcji i obie metody pozostają praktyce przemysłowej do dziś.
Przed końcem lat pięćdziesiątych XX wieku obu syntez - Phillipsa i Zieglera używano do produkcji HDPE. Początkowo Phillips miał problemy z produkowaniem HDPE stałej jakości i magazyny wypełniały się wybrakowanym polietylenem. Niespodziewanie 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
Trzeci typ procesu katalitycznego, oparty na metalocenach (związkach sandwiczowych lub kanapkowych, jak ferrocen) został odkryty w 1976 w Niemczech przez Waltera Kaminsy'ego i Hansjrga 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.
Do niedawna metaloceny były najbardziej aktywnymi katalizatorami polimeryzacji etylenu. Dużo wysiłku wkłada się w tzw. katalizatory post-metalocenowe, 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.