Полиетилен
Полиетилен (съкр. PE) е термопластичен полимер на етилена и е най-често срещаната пластмаса. Към 2017 г. над 100 милиона тона полиетилен се произвежда годишно, което представлява 34% от световния пазар на пластмаса.[1][2] Основната му употреба е за опаковки (торбички, слоеве, съдове за съхранение, бутилки, геомембрани). Известни са множество видове полиетилен, като повечето от тях имат химична формула (C2H4)n. PE обикновено е смес от сходни полимери на етилен с различни стойности за n.
| Полиетилен | |
 | |
| Имена | |
|---|---|
| Други | Полиетен, PE |
| Свойства | |
| Формула | (C2H4)n |
| Плътност | 0,88 – 0,96 g/cm3 |
| Точка на топене | 115 – 135 °C |
| Магнитна възприемчивост | −9,67×10−6 |
| Идентификатори | |
| CAS номер | 9002-88-4 |
| PubChem | 6325 |
| KEGG | C19503 |
| MeSH | Polyethylene |
| ChEBI | 53227 |
| UNII | J245LN42AI |
| Данните са при стандартно състояние на материалите (25 °C, 100 kPa), освен ако не е указано друго. | |
| Полиетилен в Общомедия | |
История
редактиране
Полиетиленът за пръв път е синтезиран от германския химик Ханс фон Пехман, който го приготвя неволно през 1898 г., докато проучва диазометан.[3] Когато колегите му Ойген Бамбергер и Фридрих Тширнер характеризират бялото вещество, те откриват, че то съдържа дълги –CH2– вериги и го наричат полиметилен.[4]
Първият промишлено значим синтез на полиетилен (диазометанът е изключително нестабилно вещество, което обикновено се избягва в промишлеността) е открит през 1933 г. от Ерик Фосет и Реджиналд Гибсън, отново по случайност, в Imperial Chemical Industries (ICI) в Нортуич, Великобритания.[5] След като прилагат изключително голямо налягане (няколкостотин атмосфери) към смес от етилен и бензалдехид, те отново получава бяло вещество. Тъй като реакцията е започната от кислородни примеси в апаратурата им, експериментът отначало е труден за възпроизвеждане. Едва през 1935 г. други химик в ICI, Майкъл Перин, разработва този случаен експеримент в повтаряем синтез под високо налягане за полиетилен, който става основа за промишленото производство на полимера след 1939 г. Тъй като е открито, че полиетиленът има много малко загуби при радиовълни с много висока честота, комерсиалното му разпространение във Великобритания е отложено при избухването на Втората световна война, а новият процес се използва за производство на изолатори за коаксиални кабели и радарни инсталации, работещи със свръхвисоки честоти. По време на войната се провеждат още изследвания върху процеса и през 1944 г. започва широкомащабно комерсиално производство в Тексас и Западна Вирджиния, САЩ, под лиценз на ICI.[6]
Пробивът в комерсиалното производство на полиетилена започва с разработването на катализатор, който подпомага полимеризацията при умерени температура и налягане. Първият такъв катализатор е хромовият триоксид, открит през 1951 г. от Робърт Банкс и Джон Хоган във Phillips Petroleum.[7] През 1953 г. германският химик Карл Цайглер разработва катализаторна система, базирана на титаниеви халиди и органоалуминиеви съединения, която работи при дори по-умерени условия. Катализаторът на Phillips се оказва по-евтин и по-лесен за работа, но и двата метода се използват в промишлеността. През 1970-те години системата на Цайглер е подобрена чрез включването на магнезиев дихлорид. Катализаторни системи с разтворими катализатори, металоцени, са изобретени през 1976 г. Катализаторите металоцени и тези на Цайглер се оказват много гъвкави при кополимеризацията на етилен и други алкени и стават основата на широк набор от полиетиленови смоли, налични днес.
Свойства
редактиранеСвойствата на полиетилена могат да се разделят на механични, химични, електрически, оптични и термични.[8]
Механични свойства
редактиранеПолиетиленът има ниска твърдост и издръжливост, но има висока деформируемост и удароустойчивост. Проявява силно пълзене под постоянна сила, което може да се намали чрез добавянето на къси влакна. На допир е подобен на восък.
Термални свойства
редактиранеКомерсиалната приложимост на полиетилена е ограничена от относително ниската му точка на топене. За обикновени комерсиални полиетилени със средна и висока плътност точката на топене обикновено е в граници между 120 и 180 °C. Точката на топене за полиетилен с ниска плътност обикновено е 105 – 115 °C. Тези температури варират в широки граници в зависимост от вида полиетилен.
Химични свойства
редактиранеПолиетиленът е съставен от неполярни, наситени, високомолекулни въглеводороди. Следователно, неговото химично поведение е сходно с това на парафина. Индивидуалните макромолекули не са ковалентно свързани. Поради симетричната си молекулна структура, те са склонни към кристализация. Като цяло полиетиленът е частично кристален. Високата кристалност повишава плътността и механичната и химичната стабилност.
Повечето етиленови видове имат отлична химична устойчивост, което ще рече, че те не се повлияват от силни киселини или силни основи и са устойчиви на леки окислители и редуциращи агенти. Кристалните образци не се разтварят на стайна температура. Полиетиленът обикновено може да се разтвори при по-високи температури в арени като толуен или ксилен или в хлорирани разтворители като трихлороетан или трихлоробензен.[9]
Полиетиленът почти не абсорбира вода. Пропускливостта му на газове и пари е по-ниска в сравнение с повечето пластмаси. От друга страна, кислород, въглероден диоксид и ароматизанти лесно преминават през него. PE може да стане чуплив, когато се изложи на слънчева светлина, поради което често се използва технически въглерод в ролята на UV стабилизатор.
Полиетиленът гори бавно със син пламък с жълт връх и изпуска парафинова миризма. Материалът продължава да гори и при премахване на източника на пламък и образува капки.[10] PE не може да бъде отпечатан или свързан с лепила без предварителна обработка. Висококачествените съединения се постигат лесно с пластмасово заваряване.
Електрически свойства
редактиранеПолиетиленът е добър електрически изолатор. Предоставя добра устойчивост към разклоняване на електричеството, но се зарежда лесно електростатично (което може да се намали чрез добавяне на графит или технически въглерод).
Оптични свойства
редактиранеВ зависимост от термалната история и дебелината на слоя, PE може да варира между почти напълно прозрачен до млечно непрозрачен. PE с по-малка плътност е най-прозрачен, докато този с по-висока плътност е по-непрозрачен. Прозрачността се намалява от кристалните зрънца, ако са по-големи от дължината на вълната на светлината.[11]
Производство
редактиране
Мономер
редактиранеСъставката (или мономерът) е етилен – газообразен въглеводород с формула C2H4, който може да се разглежда като двойка метиленови групи (–CH
2–), свързани помежду си. Етиленът обикновено се произвежда от петролни суровини, но може да се създаде и чрез дехидратация на етанол.[9]
Полимеризация
редактиранеЕтиленът е стабилна молекула, която се полимеризира само при контакт с катализатор. Преобразуването е силно екзотермично. Координационната полимеризация е най-разпространената технология, което означава, че се използва метални хлориди или оксиди. Най-широко използваните катализатори са съставени от титаниев(III) хлорид, така наречените Цайглер-Ната катализатори. Друг разпространен катализатор се приготвя чрез отлагането на хромов триоксид върху силициев диоксид.[9] Полиетиленът може да се получи и чрез радикална полимеризация, но този начин е с ограничена полза и обикновено изисква апаратура под високо налягане.
Приложение
редактиранеПолиетиленът се използва при изработването на ленти и слоеве (опаковъчни или тиксо), съдове за съхранение (бутилки, буркани, кутии), полимерни тръби (канализация, дренаж, газоснабдяване), електроизолационни и топлоизолационни материали, бронепанели, корпуси на лодки и други.
Екология
редактиранеПолиетиленът се произвежда от етилен, който, макар да може да се набавя от възобновяеми ресурси, се добива основно от петрол и природен газ.
Широкомащабната употреба на полиетилен създава трудности за управлението на отпадъците, ако не се рециклира. Полиетиленът не е лесно биоразградим и следователно се натрупва в сметищата. Изгарянето му може да доведе до отделянето на вредни газови емисии. Все пак, съществуват няколко вида бактерии и животни, които са способни да разграждат полиетилен.
Изделията от полиетилен са годни за преработване и последващо използване.
Популярно название
редактиранеВ България под найлон, особено за покривно фолио се подразбира полиетилен което е навлязло масово и е устойчиво название.
Източници
редактиране- ↑ Geyer, Roland и др. Production, use, and fate of all plastics ever made // Science Advances 3 (7). 1 юли 2017. DOI:10.1126/sciadv.1700782. с. e1700782.
- ↑ Plastics: The Facts // Plastics Europe. Архивиран от оригинала на 2018-02-04. Посетен на 29 август 2018.
- ↑ von Pechmann, H. Ueber Diazomethan und Nitrosoacylamine // Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft zu Berlin 31. 1898. с. 2640 – 2646.
- ↑ Eug. Bamberger & Fred. Tschirner (1900) "Ueber die Einwirkung von Diazomethan auf β-Arylhydroxylamine"
- ↑ Winnington history in the making // This is Cheshire. 23 август 2006. Посетен на 20 февруари 2014.
- ↑ Poly – The All Star Plastic // Popular Mechanics. юли 1949. с. 125 – 129. Посетен на 20 февруари 2014.
- ↑ Chapter 10. Review of Phillips Chromium Catalyst for Ethylene Polymerization // Handbook of Transition Metal Polymerization Catalysts. John Wiley & Sons, 2010. ISBN 978-0-470-13798-7. DOI:10.1002/9780470504437.ch10.
- ↑ Kaiser, Wolfgang. Kunststoffchemie für Ingenieure von der Synthese bis zur Anwendung. 3. München, Hanser, 2011. ISBN 978-3-446-43047-1.
- ↑ а б в Whiteley, Kenneth S.; Heggs, T. Geoffrey; Koch, Hartmut; Mawer, Ralph L. and Immel, Wolfgang (2005) „Polyolefins“ in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. Wiley-VCH, Weinheim. DOI 10.1002/14356007.a21_487
- ↑ How to Identify Plastic Materials Using The Burn Test // Boedeker Plastics. Посетен на 8 май 2012.
- ↑ Chung, C. I. (2010) Extrusion of Polymers: Theory and Practice. 2nd ed.. Hanser: Munich.