Πολυαιθυλένιο

Πολυαιθυλένιο (συντόμευση στα αγγλικά PE) ή πολυαιθένιο (όνομα κατά IUPAC πολυαιθένιο ή πολυ(μεθυλένιο)) είναι το πιο κοινό πλαστικό. Η ετήσια παγκόσμια παραγωγή είναι περίπου 80 εκατομμύρια τόνοι.. Η βασική του χρήση είναι στη συσκευασία (πλαστικές σακούλες, πλαστικές μεμβράνες, γεωμεμβράνες, σε περιέκτες όπως φιάλες, κλπ.). Πολλά είδη πολυαιθυλενίου είναι γνωστά, με τα περισσότερα να έχουν τον χημικό τύπο (C2H4)nH2. Συνεπώς το PE είναι συνήθως ένα μείγμα παρόμοιων  οργανικών ενώσεων που διαφέρουν στην τιμή του n.

Ιδιότητες

Φυσικές ιδιότητες
Το πολυαιθυλένιο είναι ένα θερμοπλαστικό πολυμερές που αποτελείται από μεγάλες αλυσίδες υδρογονανθράκων. Ανάλογα με την κρυσταλλική δομή και τη σχετική μοριακή μάζα, μπορεί να παρατηρείται ή όχι σημείο τήξης και υαλώδης μετάπτωση. Η θερμοκρασία στην οποία συμβαίνουν αυτά ποικίλει πολύ, ανάλογα με τον τύπο του πολυαιθυλενίου. Για τις συνηθισμένες εμπορικές ποιότητες του μεσαίας και υψηλής πυκνότητας πολυαιθυλενίου το σημείο τήξης είναι τυπικά στην περιοχή 120 έως 180°C. Το σημείο τήξης για μέσο, εμπορικό, χαμηλής πυκνότητας πολυαιθυλένιο είναι τυπικά 105 έως 115°C. Είναι διαφανές.

Χημικές ιδιότητες
Οι περισσότερες ποιότητες LDPE, MDPE και HDPE έχουν εξαιρετική χημική αντίσταση, που σημαίνει ότι δεν προσβάλλονται από ισχυρά οξέα ή ισχυρές βάσεις. Αντιστέκονται επίσης σε ήπια οξειδωτικά και αναγωγικά. Το πολυαιθυλένιο καίγεται αργά με μια γαλάζια φλόγα που έχει μια κίτρινη κορυφή και δίνει μια οσμή παραφίνης. Το υλικό εξακολουθεί να καίγεται αν αφαιρεθεί η πηγή της φλόγας και παράγει σταγόνες. Κρυσταλλικά δείγματα δεν διαλύονται σε θερμοκρασία δωματίου. Το πολυαιθυλένιο (πέρα από το διασταυρωμένο πολυαιθυλένιο) μπορεί συνήθως να διαλυθεί σε αυξημένες θερμοκρασίες σε αρωματικούς υδρογονάνθρακες όπως τολουόλιο ή ξυλένιο, ή σε χλωριωμένους διαλύτες όπως το 1,1,1-τριχλωροαιθάνιο ή τριχλωροβενζένιο.Kenneth S. Whiteley, T. Geoffrey Heggs, Hartmut Koch, Ralph L. Mawer, Wolfgang Immel, "Polyolefins" in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry 2005, Wiley-VCH, Weinheim. 

Διεργασία

Μονομερές

Το μονομερές είναι το αιθυλένιο (όνομα IUPAC αιθένιο), ένας αέριος υδρογονάνθρακας με μοριακό τύπο C2H4, που μπορεί να θεωρηθεί ως ένα ζεύγος από μεθυλενομάδες (=) συνδεμένες μεταξύ τους. Επειδή η ένωση αντιδρά έντονα, το αιθυλένιο πρέπει να είναι υψηλής καθαρότητας. Τυπικές προδιαγραφές είναι <5 ppm για νερό, οξυγόνο και άλλα αλκένια. Αποδεκτοί ρυπαντές περιλαμβάνουν το N2, αιθάνιο (συνηθισμένη πρόδρομη ουσία για το αιθυλένιο) και μεθάνιο. Το αιθένιο παράγεται συνήθως από πετροχημικές πηγές, αλλά παράγεται επίσης από αφυδάτωση της αιθανόλης.

Πολυμερισμός
Το αιθυλένιο είναι ένα μάλλον σταθερό μόριο που πολυμερίζεται με την επαφή με καταλύτες. Η μετατροπή είναι πολύ εξώθερμη. Στον πολυμερισμό σύμπλεξης χρησιμοποιούνται χλωρίδια ή οξείδια μετάλλων. Οι πιο συνηθισμένοι καταλύτες αποτελούνται από χλωριούχο τιτάνιο(III), τους επονομαζόμενους καταλύτες Ziegler-Natta. Ένας άλλος συνηθισμένος καταλύτης είναι ο καταλύτης Phillips, που προετοιμάζεται με απόθεση τριοξειδίου του χρωμίου σε διοξείδιο του πυριτίου.  Το αιθυλένιο μπορεί να παρασκευαστεί με πολυμερισμό ριζών, αλλά αυτή η αντίδραση έχει περιορισμένη μόνο χρησιμότητα και απαιτεί συσκευή υψηλής πίεσης.

Ταξινόμηση
Το πολυαιθυλένιο ταξινομείται σε πολλές διαφορετικές κατηγορίες με βάση κυρίως την πυκνότητά του και τη διακλάδωσή του. Οι μηχανικές του ιδιότητες εξαρτώνται πολύ από μεταβλητές όπως η έκταση και ο τύπος της διακλάδωσης, η κρυσταλλική δομή και η  σχετική μοριακή μάζα. Με βάση τους καταναλισκόμενους όγκους, τα πιο σημαντικά είδη πολυαιθυλενίου είναι τα HDPE, LLDPE και LDPE.

Υπερυψηλής σχετικής μοριακής μάζας πολυαιθυλένιο (Ultra-high-molecular-weight polyethylene)(UHMWPE)
Υπερχαμηλής σχετικής μοριακής μάζας πολυαιθυλένιο (Ultra-low-molecular-weight polyethylene) (ULMWPE ή PE-WAX)
Υψηλής σχετικής μοριακής μάζας πολυαιθυλένιο (High-molecular-weight polyethylene) (HMWPE)
Πολυαιθυλένιο υψηλής πυκνότητας (High-density polyethylene) (HDPE)
Διασταυρωμένο πολυαιθυλένιο υψηλής πυκνότητας (High-density cross-linked polyethylene) (HDXLPE)
Διασταυρωμένο πολυαιθυλένιο (Cross-linked polyethylene) (PEX or XLPE)
Πολυαιθυλένιο μεσαίας πυκνότητας (Medium-density polyethylene) (MDPE)
Γραμμικό πολυαιθυλένιο χαμηλής πυκνότητας (Linear low-density polyethylene) (LLDPE)
Πολυαιθυλένιο χαμηλής πυκνότητας (Low-density polyethylene) (LDPE)
Πολυαιθυλένιο πολύ χαμηλής πυκνότητας (Very-low-density polyethylene) (VLDPE)
Χλωριωμένο πολυαιθυλένιο (Chlorinated polyethylene) (CPE)

Πολυαιθυλένιο πολύ υψηλής σχετικής μοριακής μάζας (UHMWPE)
Το UHMWPE είναι πολυαιθυλένιο με σχετική μοριακή μάζα της τάξης των εκατομμυρίων, συνήθως μεταξύ 3,1 και 5,67 εκατομμυρίων. Η υψηλή σχετική μοριακή μάζα το κάνει πολύ σκληρό υλικό, αλλά καταλήγει σε λιγότερο αποτελεσματικό πακετάρισμα των αλυσίδων στην κρυσταλλική δομή, όπως αποδεικνύεται με πυκνότητες μικρότερες από το υψηλής πυκνότητας πολυαιθυλένιο (παραδείγματος χάρη, 0,930–0,935 g/cm3). Το UHMWPE μπορεί να παρασκευαστεί με οποιαδήποτε καταλυτική τεχνολογία, αν και οι καταλύτες Ziegler είναι οι πιο συνηθισμένοι. Λόγω της εξαιρετικής του σκληρότητας και κοπής καθώς και της εξαιρετικής χημικής αντίστασης στη φθορά, το UHMWPE χρησιμοποιείται σε διαφορετικές περιοχές εφαρμογών. Αυτές συμπεριλαμβάνουν χειρισμό τμημάτων μηχανής δοχείων και φιαλών, κινούμενα τμήματα σε μηχανές υφασμάτων, τριβεία, γρανάζια, τεχνητούς συνδέσμους, προστασία άκρων σε παγοδρόμια και επιφάνειες κοπής κρεοπωλών. Χρησιμοποιείται συνήθως στην κατασκευή των τμημάτων αρθρώσεων των εμφυτευμάτων που χρησιμοποιούνται για αντικαταστάσεις ισχύων και αντικαταστάσεις γονάτων. Ως ίνα, συναγωνίζεται με το αραμίδιο στα αλεξίσφαιρα γιλέκα.

Πολυαιθυλένιο υψηλής πυκνότητας (HDPE)

Το HDPE ορίζεται από μια πυκνότητα μεγαλύτερη ή ίση από 0,941 g/cm3. Το HDPE έχει χαμηλό βαθμό διακλαδώσεων και συνεπώς χαμηλές διαμοριακές δυνάμεις και αντοχή στον εφελκυσμό. Το HDPE μπορεί να παρασκευαστεί με καταλύτες χρωμίου/διοξειδίου του πυριτίου, καταλύτες Ziegler-Natta ή μεταλλοκενικούς (metallocene) καταλύτες. Η έλλειψη διακλαδώσεων εξασφαλίζεται από μια κατάλληλη επιλογή καταλύτη (παραδείγματος χάρη, καταλύτες χρωμίου ή  καταλύτες Ziegler-Natta) και των συνθηκών της αντίδρασης. Το HDPE χρησιμοποιείται σε προϊόντα και συσκευασίες όπως συσκευασίες γάλακτος, φιάλες απορρυπαντικών, πακέτα βουτύρου, περιέκτες απορριμμάτων και σωλήνες νερού. Το ένα τρίτο όλων των παιχνιδιών κατασκευάζονται από HDPE. Το 2007 η παγκόσμια κατανάλωση του HDPE έφτασε σε έναν όγκο μεγαλύτερο από 30 εκατομμύρια τόνους.

Διασταυρωμένο πολυαιθυλένιο (PEX or XLPE)
PEX είναι ένα πολυαιθυλένιο με μεσαία έως υψηλή πυκνότητα που περιέχει διασταυρωμένους (cross-link) δεσμούς που εισάγονται στη δομή του πολυμερούς, αλλάζοντας το θερμοπλαστικό σε θερμοσκληρυνόμενο. Οι ιδιότητες υψηλής θερμοκρασίας του πολυμερούς βελτιώνονται, η ροή του μειώνεται και η χημική του αντίσταση βελτιώνεται. Το PEX χρησιμοποιείται σε μερικά υδραυλικά συστήματα πόσιμου νερού επειδή οι σωλήνες του μπορούν να επεκταθούν για να προσαρμοστούν πάνω σε ένα μεταλλικό σύνδεσμο και επιστρέφουν αργά στο αρχικό τους σχήμα, σχηματίζοντας μια μόνιμη, υδατοστεγή σύνδεση.

Πολυαιθυλένιο μέσης πυκνότητας (MDPE)

Το MDPE καθορίζεται από μια περιοχή πυκνότητας 0,926–0,940 g/cm3. Το MDPE μπορεί να παρασκευαστεί με καταλύτες χρωμίου/διοξειδίου του πυριτίου, καταλύτες Ziegler-Natta ή μεταλλοκενικούς καταλύτες. Το MDPE έχει καλές ιδιότητες αντίστασης στην κρούση και την πτώση. Είναι επίσης λιγότερο ευαίσθητο στις τομές από το HDPE, η αντίσταση ρωγμάτωσης από τάση είναι καλύτερη από το HDPE. Το MDPE χρησιμοποιείται συνήθως σε αέριους σωλήνες και συνδέσμους, σάκους, συρρικνούμενες μεμβράνες, μεμβράνες συσκευασίας, σακούλες μεταφοράς και βιδωτά πώματα.

Γραμμικό πολυαιθυλένιο χαμηλής πυκνότητας (LLDPE)

Το LLDPE ορίζεται από μια περιοχή πυκνοτήτων 0,915–0,925 g/cm3. Το LLDPE είναι ουσιαστικά ένα γραμμικό πολυμερές με σημαντικό αριθμό μικρών διακλαδώσεων, που συνήθως γίνονται με συμπολυμερισμό του αιθυλενίου με μικρές αλυσίδες άλφα-αλκενίων (παραδείγματος χάρη, 1-βουτένιο, 1-εξένιο και 1-οκτένιο). Το LLDPE έχει μεγαλύτερη αντοχή στον εφελκυσμό από το LDPE, παρουσιάζει μεγαλύτερη αντοχή θραύσης και αντίστασης διάτρησης από το LDPE. Μεμβράνες με μικρότερο πάχος μπορεί να φουσκωθούν και συγκρινόμενες με το LDPE έχουν καλύτερη περιβαλλοντική αντίσταση στη ρωγμάτωση από τάση, αλλά δεν έχουν τόση εύκολη επεξεργασία. Το LLDPE χρησιμοποιείται στη συσκευασία, σε ειδικές μεμβράνες για σακούλες και φύλλα. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί μικρότερο πάχος συγκρινόμενο με το LDPE. Χρησιμοποιείται επίσης στην κάλυψη καλωδίων, παιχνιδιών, καπακιών, κάδων, πυκνωτών και σωλήνων. Αν και υπάρχουν και άλλες εφαρμογές το LLDPE χρησιμοποιείται κυρίως σε εφαρμογές μεμβράνης λόγω της σκληρότητας του, της ευλυγισίας του και της σχετικής διαφάνειάς του. Η χρήση του εκτείνεται από γεωμεμβράνες, καλύμματα Σάραν και περιτύλιγμα με φυσαλίδες, μέχρι πολυστρωματικές και σύνθετες μεμβράνες. Το 2009 το εμπόριο του LLDPE έφτασε περίπου 24 δισεκατομμύρια US$ (17 δισεκατομμύρια €).

Πολυαιθυλένιο χαμηλής πυκνότητας (LDPE)

Το LDPE καθορίζεται από μια περιοχή πυκνοτήτων 0,910–0,940 g/cm3. Το LDPE έχει έναν υψηλό βαθμό μικρών και μεγάλων αλυσίδων διακλαδώσεων, που σημαίνει ότι οι αλυσίδες δεν συσκευάζονται στην κρυσταλλική δομή επίσης. Έχει, συνεπώς, λιγότερο ισχυρές διαμοριακές δυνάμεις επειδή η έλξη στιγμιαίου-διπόλου επαγομένου-διπόλου είναι μικρότερη. Αυτό καταλήγει σε μια χαμηλότερη αντοχή στον εφελκυσμό και αυξημένη ολκιμότητα. Το LDPE δημιουργείται από πολυμερισμό ελευθέρων ριζών. Ο υψηλός βαθμός διακλαδώσεων με μεγάλες αλυσίδες δίνει στο τετηγμένο LDPE μοναδικές και επιθυμητές ιδιότητες ροής.  Το LDPE χρησιμοποιείται και για δύσκαμπτους περιέκτες και για εφαρμογές πλαστικής μεμβράνης όπως στις πλαστικές σακούλες και στην αναδίπλωση μεμβράνης συσκευασίας. Το 2009 το παγκόσμιο εμπόριο του LDPE είχε έναν κύκλο 22,2 δισεκατομμυρίων US$  (15,9 δισεκατομμύρια €).

Πολυαιθυλένιο πολύ χαμηλής πυκνότητας (VLDPE)

Το VLDPE καθορίζεται από μια περιοχή πυκνοτήτων 0,880–0,915 g/cm3. Το VLDPE είναι ουσιαστικά ένα γραμμικό πολυμερές με υψηλά επίπεδα διακλαδώσεων μικρών αλυσίδων, που παρασκευάζονται συνήθως από συμπολυμερισμό του αιθυλενίου με μικρές αλυσίδες από α-αλκένια (παραδείγματος χάρη, 1-βουτένιο, 1-εξένιο και 1-οκτένιο). Το VLDPE παρασκευάζεται κυρίως με μεταλλοκενικούς καταλύτες λόγω της μεγαλύτερης ενσωμάτωσης συμπολυμερών που εμφανίζεται με αυτούς τους καταλύτες. Τα VLDPEs χρησιμοποιούνται για σωλήνες, σακούλες πάγου και παγωμένων τροφίμων, συσκευασία τροφίμων και εκτατά περιτυλίγματα καθώς και ως τροποποιητές κατά την ανάμειξή του με άλλα πολυμερή.

Πρόσφατα μεγάλη ερευνητική δραστηριότητα έχει εστιαστεί στη φύση και την κατανομή των διακλαδώσεων με μακριές αλυσίδες στο πολυαιθυλένιο. Στο HDPE ένας σχετικά μικρός αριθμός από αυτές τις διακλαδώσεις, ίσως 1 ανά 100 ή 1.000 διακλαδώσεις ανά άνθρακα σκελετού, μπορεί να επηρεάσει σημαντικά τις ρεολογικές ιδιότητες του πολυμερούς.

Συμπολυμερή
Πέρα από τον συμπολυμερισμό με άλφα-ολεφίνες, το αιθένιο μπορεί επίσης να συμπολυμεριστεί με ένα ευρύ φάσμα από άλλα μονομερή και ιονικά συστατικά  που δημιουργεί ιονισμένες ελεύθερες ρίζες. Συνηθισμένα παραδείγματα περιλαμβάνουν τον οξικό βινυλεστέρα (το τελικό προϊόν είναι το συμπολυμερές οξικού αιθυλενοβινυλίου, ή EVA, που χρησιμοποιείται ευρέως σε αφρούς σόλας αθλητικών υποδημάτων) και σε μια ποικιλία ακριλικών. Εφαρμογές του συμπολυμερούς της ακρυλικής ρητίνης συμπεριλαμβάνουν τη συσκευασία και αθλητικά προϊόντα, καθώς και σε υπερπλαστικοποιητές, που χρησιμοποιούνται στην παραγωγή τσιμέντου.

Ιστορικό
Το πολυαιθυλένιο πρωτοπαρασκευάστηκε από τον Γερμανό χημικό Χάνς φον Πέχμαν (Hans von Pechmann) που το παρασκεύασε κατά λάθος το 1898 ενώ μελετούσε το διαζωμεθάνιο.H. von Pechmann (1898) "Ueber Diazomethan und Nitrosoacylamine," Berichte der Deutschen chemischen Gesellschaft zu Berlin, 31 :  2640-2646; see especially page 2643.  From page 2643:  "Erwähnt sei noch, dass aus einer ätherischen Diazomethanlösung sich beim Stehen manchmal minimale Quantitäten eines weissen, flockigen, aus Chloroform krystallisirenden Körpers abscheiden; … "  (It should be mentioned that from an ether solution of diazomethane, upon standing, sometimes small quantities of a white, flakey substance, which can be crystallized from chloroform, precipitate; … )Bamberger claimed that one of his students, Hindermann, had noted the formation of polyethylene in 1897.  Eug. Bamberger & Fred. Tschirner (1900) "Ueber die Einwirkung von Diazomethan auf β-Arylhydroxylamine" (On the effect of diazomethane on β-arylhydroxylamine), Berichte der Deutschen chemischen Gesellschaft zu Berlin, 33 :  955-959.  From footnote 3 on page 956:  "Die Abscheidung weisser Flocken aus Diazomethanlösungen erwähnt auch v. Pechmann (diese Berichte 31, 2643); er hat sie aber wegen Substanzmangel nicht untersucht.  Ich hatte übrigens Hrn. v. Pechmann schon einige Zeit vor Erscheinen seiner Publication mitgetheilt, dass aus Diazomethan ein fester, weisser Körper entstehe, der sich bei der Analyse als (CH2)x erwiesen habe, worauf mir Hr. v. Pechmann schrieb, dass er den weissen Körper ebensfalls beobachtet, aber nicht untersucht habe.  Zuerst erwähnt ist derselbe in der Dissertation meines Schülers Hindermann, Zürich (1897), S. 120."  (Von Pechmann (these Reports, 31, 2643) also mentioned the precipitation of white flakes from diazomethane solutions; however, due to a scarcity of the material, he didn't investigate it.  Incidentally, some time before the appearance of his publication, I had communicated to Mr. von Pechmann that a solid, white substance arose from diazomethane, which on analysis proved to be (CH2)x, whereupon Mr. von Pechmann wrote me that he had likewise observed the white substance, but not investigated it.  It is first mentioned in the dissertation of my student Hindermann, Zürich (1897), p. 120.) Όταν οι συνάδελφοι του Eugen Bamberger και Friedrich Tschirner περιέγραψαν τη λευκή, κηρώδη ουσία που είχε δημιουργήσει, αναγνώρισαν ότι περιείχε μεγάλες αλυσίδες -CH2- και το ονόμασαν πολυμεθυλένιο.Eug. Bamberger & Fred. Tschirner (1900) "Ueber die Einwirkung von Diazomethan auf β-Arylhydroxylamine" (On the effect of diazomethane on β-arylhydroxylamine), Berichte der Deutschen chemischen Gesellschaft zu Berlin, 33 :  955-959.  From page 956:  "Eine theilweise — übrigens immer nur minimale — Umwandlung des Diazomethans in Stickstoff und Polymethylen vollzieht sich auch bei ganz andersartigen Reactionen; … " (A partial — incidentally, always only minimal — conversion of diazomethane into nitrogen and polymethylene takes place also during quite different reactions; … )

Η πρώτη βιομηχανική πρακτική σύνθεση του πολυαιθυλενίου (το διαζωμεθάνιο είναι μια έντονα ασταθής ουσία που γενικά αποφεύγεται σε βιομηχανικές εφαρμογές) ανακαλύφθηκε το 1933 από τους Έρικ Φόσετ (Eric Fawcett) και Ρέγκιναλντ Γκίμπσον (Reginald Gibson), πάλι κατά λάθος, στο Imperial Chemical Industries (ICI) στο Νορθγουίτς (Northwich), στην Αγγλία. Εφαρμόζοντας πολύ υψηλή πίεση (αρκετές εκατοντάδες ατμόσφαιρες) σε ένα μείγμα αιθυλενίου και βενζαλδεΰδης παρασκεύασαν πάλι ένα λευκό, κηρώδες υλικό. Επειδή η αντίδραση είχε ξεκινήσει από επιμόλυνση με ίχνη οξυγόνου στη συσκευή τους, το πείραμα ήταν αρχικά δύσκολο να αναπαραχθεί. Το 1935 ένας άλλος χημικός της ICI, ο Μίκαελ Πέριν (Michael Perrin), ανέπτυξε αυτό το ατύχημα σε μια αναπαραγώγιμη σύνθεση υψηλής πίεσης του πολυαιθενίου που έγινε η βάση για τη βιομηχανική παραγωγή του LDPE που ξεκίνησε το 1939. Επειδή βρέθηκε ότι το πολυαιθένιο έχει ιδιότητες πολύ χαμηλών απωλειών σε πολύ υψηλή συχνότητα ραδιοκυμάτων, η εμπορική διανομή στην Βρετανία ανεστάλη  με την έναρξη του δεύτερου παγκοσμίου πολέμου, για λόγους μυστικότητας και η νέα διεργασία χρησιμοποιήθηκε για την παραγωγή μόνωσης για τα UHF και SHF ομοαξονικά καλώδια των ραντάρ. Κατά τη διάρκεια του δευτέρου παγκοσμίου πολέμου, παραπέρα έρευνα έγινε σε αυτήν τη διεργασία και το 1944 η Bakelite Corporation στο Sabine του Τέξας και η Du Pont στο Charleston της Δυτικής Βιρτζίνιας ξεκίνησαν μια μεγάλης κλίμακας εμπορική παραγωγή με άδεια από την ICI.

Η ανακάλυψη ορόσημο στην εμπορική παραγωγή του πολυαιθυλενίου ξεκίνησε με την ανάπτυξη του καταλύτη που προήγαγε τον πολυμερισμό σε μέτριες θερμοκρασίες και πιέσεις. Ο πρώτος καταλύτης που ανακαλύφθηκε ήταν με βάση το τριοξείδιο του χρωμίου το 1951 από τους Ρόμπερτ Μπάνκς (Robert Banks)  και J Πολ Χόγκαν (J. Paul Hogan) στο Phillips Petroleum. Το 1953 ο Γερμανός χημικός Καρλ Τζίγκλερ (Karl Ziegler) ανέπτυξε ένα καταλυτικό σύστημα με βάση αλογονίδια του τιτανίου και οργανοαργιλικές ενώσεις που δούλεψε σε ακόμα πιο ήπιες συνθήκες από τον καταλύτη της Phillips. Ο καταλύτης της Phillips ήταν λιγότερο ακριβός και πιο εύκολα επεξεργάσιμος, όμως. Και οι δύο μέθοδοι χρησιμοποιούνται εκτεταμένα στη βιομηχανία. Στο τέλος της δεκαετίας του 1950 και οι δύο καταλύτες της Phillips και των Ziegler-Natta εχρησιμοποιούντο στην παραγωγή του HDPE. Την δεκαετία του 1970, ο καταλύτης Τζίγκλερ βελτιώθηκε με την ενσωμάτωση χλωριούχου μαγνησίου. Καταλυτικά συστήματα με βάση διαλυτούς καταλύτες, τα μεταλλοκένια, αναφέρθηκαν το 1976 από τους Γουόλτερ Καμίνσκι (Walter Kaminsky) και Χάνσγιεργκ Ζιν (Hansjörg Sinn). Οι οικογένειες καταλυτών με βάση τους Ziegler και μεταλλοκενίων έχουν αποδειχθεί να είναι πολύ ευέλικτοι στον συμπολυμερισμό του αιθυλενίου με άλλα αλκένια και έχουν γίνει η βάση για το μεγάλο εύρος των ρητινών πολυαιθυλενίου που είναι διαθέσιμες σήμερα, συμπεριλαμβανομένου του πολυαιθυλενίου πολύ χαμηλής πυκνότητας και του γραμμικού πολυαιθυλενίου χαμηλής πυκνότητας. Τέτοιες ρητίνες, με τη μορφή ινών του πολυαιθυλενίου υπερυψηλής σχετικής μοριακής μάζας, έχουν ξεκινήσει (από το 2005) να αντικαθιστούν τα αραμίδια σε πολλές εφαρμογές με υψηλή αντοχή.

Περιβαλλοντικά θέματα
Αν και το αιθένιο μπορεί να παρασκευαστεί από ανανεώσιμες πηγές, παρασκευάζεται κυρίως από πετρέλαιο ή φυσικό αέριο.

Βιοδιασπώμενα πλαστικά
Ένα από τα κύρια προβλήματα του πολυαιθενίου είναι ότι χωρίς ειδική επεξεργασία δεν είναι εύκολα βιοδιασπάσιμο και συνεπώς συσσωρεύεται. Στην Ιαπωνία η απαλλαγή από τα πλαστικά με έναν φιλικό προς το περιβάλλον τρόπο ήταν το μεγαλύτερο πρόβλημα μέχρι την καταστροφή στη Φουκοσίμα το 2011. Από το 2008  η Ιαπωνία έχει αυξήσει γρήγορα την ανακύκλωση των πλαστικών, αλλά εξακολουθούν να υπάρχουν μεγάλες ποσότητες πλαστικών που καταλήγουν στα απόβλητα.

Τον Μάιο του 2008, ο Daniel Burd, ένας 16χρόνος Καναδός, κέρδισε σχετικό διαγωνισμό στο Canada-Wide Science Fair, στην Οτάβα αφού ανακάλυψε ότι η φθορίζουσα ψευδομονάδα, με τη βοήθεια των σφιγγομονάδων, μπορούν να διασπάσουν πάνω από το 40% του βάρους των πλαστικών συσκευασιών σε λιγότερο από τρεις μήνες.

Τα θερμόφιλο βακτήριο Brevibacillus borstelensis (στέλεχος 707) απομονώθηκε από ένα δείγμα εδάφους και βρέθηκε ότι χρησιμοποιεί το πολυαιθυλένιο χαμηλής πυκνότητας ως μοναδική πηγή άνθρακα, όταν επωάζεται μαζί στους 50 βαθμούς Κελσίου. Η βιοαποικοδόμηση αυξάνεται με τον χρόνο κατά την έκθεση σε υπεριώδη ακτινοβολία.

Το 2010 ο Ιάπωνας ερευνητής Akinori Ito δημοσίευσε το πρωτότυπο μιας μηχανής που δημιουργεί έλαιο από πολυαιθυλένιο χρησιμοποιώντας μια μικρή αυτοπεριεχόμενη διεργασία απόσταξης ατμών.

Το Acinetobacter sp. 351 μπορεί να αποικοδομήσει ολιγομερή PE με χαμηλότερη σχετική μοριακή μάζα. Όταν το πολυαιθυλένιο υποβληθεί σε θερμοοξείδωση και φωτοοξείδωση, τα προϊόντα περιλαμβάνουν αλκάνια, αλκένια, κετόνες, αλδεΰδες, αλκοόλες, καρβοξυλικά οξέα, κετονοξέα, δικαρβοξυλικά οξέα, λακτόνες και εστέρες.

Βιοπαραγόμενο πολυαιθένιο

Οι εταιρείες Braskem και Toyota Tsusho Corporation ξεκίνησαν μαζί εμπορικές δραστηριότητες για παραγωγή πολυαιθυλενίου από σακχαροκάλαμο. Η Braskem θα κατασκευάσει μια νέα εγκατάσταση στην υπάρχουσα βιομηχανική μονάδα στο Triunfo, RS, στη Βραζιλία με ετήσια παραγωγική δυνατότητα 180,000,000 kg και θα παράγει πολυαιθυλένιο υψηλής πυκνότητας (HDPE) και πολυαιθυλένιο χαμηλής πυκνότητας (LDPE) από βιοαιθανόλη που παρασκευάζεται από σακχαροκάλαμο.  

Το πολυαιθένιο μπορεί επίσης να παραχθεί από άλλες πρώτες ύλες, που συμπεριλαμβάνουν σιτάρι και σακχαρότευτλο, ανακτημένο από σακχαροκάλαμο, δηλαδή από ανανεώσιμες πρώτες ύλες βιομάζας φυτών. Η Βραζιλία είναι η πρώτη χώρα που αναπτύσσει με αυτόν τον τρόπο το προϊόν.

Αυτές οι εξελίξεις χρησιμοποιούν ανανεώσιμες πηγές αντί για ορυκτό καύσιμο, αν και το θέμα της πηγής των πλαστικών είναι προς το παρόν αμελητέο στον απόηχο των πλαστικών αποβλήτων και ειδικά στη διάθεση των αποβλήτων από πολυαιθυλένιο όπως φάνηκε παραπάνω.

Συνένωση
Οι συνήθως χρησιμοποιούμενες μέθοδοι συνένωσης τμημάτων πολυαιθενίου περιλαμβάνουν:.

Συγκόλληση με θερμό αέριο
Πρόσδεση
Υπέρυθρη συγκόλληση
Συγκόλληση με λέιζερ
Συγκόλληση με υπερήχους
Θερμική συνένωση
Θερμική συγχώνευση

Κόλλες και διαλύτες χρησιμοποιούνται σπάνια επειδή το πολυαιθυλένιο είναι μη πολικό και έχει υψηλή αντίσταση στους διαλύτες. Κόλλες ευαίσθητες στην πίεση (Pressure-sensitive adhesive) (PSA) μπορούν να χρησιμοποιηθούν αν η επιφάνεια επεξεργαστεί με φλόγα ή κορώνα.
Οι συνήθως χρησιμοποιούμενες κόλλες περιλαμβάνουν:

Διασπορά διαλυτών τύπου PSA
Κόλλες επαφής πολυουρεθάνης
Διμερείς κόλλες πολυουρεθάνης ή εποξικές κόλλες
Θερμικές κόλλες οξικού βινυλίου

Ονοματολογία και γενική περιγραφή της διεργασίας
Το όνομα πολυαιθυλένιο προέρχεται από το συστατικό και όχι από την τελική χημική ένωση, που δεν περιέχει διπλούς δεσμούς. Το επιστημονικό όνομα πολυαιθένιο παράγεται από το συστημικό όνομα του μονομερούς. Το μονομερές του αλκενίου μετατρέπεται σε ένα μεγάλο, κάποιες φορές "πολύ" μεγάλο αλκάνιο στη διεργασία του πολυμερισμού. Σε κάποιες περιπτώσεις είναι χρήσιμη η χρήση ονοματολογίας με βάση τη δομή· σε τέτοιες περιπτώσεις η IUPAC συστήνει την ονοματολογία πολυμεθυλένιο. Η διαφορά στα ονόματα μεταξύ των δύο συστημάτων οφείλεται στο άνοιγμα του διπλού δεσμού του μονομερούς κατά τον πολυμερισμό. Το όνομα συντομεύεται στα αγγλικά σε PE. Παρομοίως το πολυπροπυλένιο και το πολυστυρένιο συντομεύονται σε PP και PS, αντίστοιχα. Στο Ενωμένο Βασίλειο το πολυμερές συνήθως λέγεται πολυθένιο (polythene), από το εμπορικό σήμα της ICI, αν και δεν αναγνωρίζεται επιστημονικά.

Παραπομπές

Βιβλιογραφία

Εξωτερικοί σύνδεσμοι
Polythene's story: The accidental birth of plastic bags
Polythene Technical Properties & Applications
Article describing the discovery of Sphingomonas as a biodegrader of plastic bags  Kawawada, Karen, The Record (May 22, 2008).

Κατηγορία:Πλαστικά
Κατηγορία:Συσκευασίες
Κατηγορία:Διηλεκτρικά