Polyeteeni

Polyeteeni (lyhenne PE) eli polyetyleeni on joukko polymeerejä ja niistä valmistettavia vahamaisen läpikuultavia kestomuoveja. Rakenteeltaan polyeteeni on yksinkertainen polymeeri.
Polyeteeni on halpaa, ja se on käytetyin muovin polymeerinen raaka-aine maailmassa. Polyeteenejä käytetään moneen tarkoitukseen kalvopakkauksista kuituihin ja paksuihin putkiin. Se soveltuu myös ihmisruumiin implantiksi, sillä yksinkertaisena hiilivetynä se ei juurikaan reagoi muihin aineisiin.
Polyeteenin CAS-numero on 9002-88-4.
Historia.
Polyeteenin kehittivät Eugen Bamberger ja Friedrich Tschirner 1900-luvun alussa. Ensi kertaa tuotetta käytettiin kemianjätti ICI:n laboratoriossa vuonna 1936, ja tehdasmainen PE-LD-tuotanto aloitettiin vuonna 1939.
Jaottelu.
Polyeteenit jaetaan niiden tiheyden mukaan kolmeen päätyyppiin alatyyppeineen:
Ominaisuudet.
Polyeteenin ominaisuuksiin vaikuttavat muun muassa sen tiheys, moolimassa ja moolimassajakauma. Ominaisuuksia voi jonkin verran muuttaa seosaineiden ja jälkikäsittelyn avulla.
Polyeteeneillä on joitain yhteisiä tyypillisiä ominaisuuksia, vaikka niihin kuuluukin laaja joukko muoveja. Polyeteenit ovat keveitä, ja niiden tiheys on alle 1 kilogramma kuutiodesimetriä kohti. Ne ovat sitkeitä, eivätkä kovin jäykkiä. Polyeteeneillä on hyvä kemikaalinkesto, lukuun ottamatta voimakkaita happoja. Niillä on myös hyvä sähköneristävyys, hyvä kuumasaumautuvuus ja hyvä ekstruusiotyöstettävyys. Polyeteenit eivät kestä korkeita lämpötiloja ja ne kellastuvat ultraviolettisäteilyssä. Polyeteenit soveltuvat hyvin elintarvikepakkauksiin.
Polyeteenin liimaaminen on hankalaa, sillä sen pinta on liukas ja hylkivä. Pinnoitus ja painatus vaativat pinnan esikäsittelyn. Joissain sovelluksissa polyeteenien liukkaus on etu.
Valmistus.
Polyeteeniä valmistetaan polymeroimalla eteeniä eli etyleeniä (CH2:CH2). Eteenin polymerisaatioreaktiossa monomeerin kaksoissidokset hajoavat ja muodostuu uusia yksinkertaisia kovalenttisia sidoksia hiiliatomien välille, jolloin syntyy makromolekyyli. Polyeteenimolekyyli sisältää ainoastaan hiili- ja vetyatomeja, ja sitä voitaisiin pitää myös pitkäketjuisena alkaanisarjan hiilivetynä.
Reaktion reaktioyhtälö.
Reaktion reaktioyhtälö on: 
n (CH2:CH2 (g)) → [−CH2−CH2−]n (s) 
Polyeteenin polymeroitumisreaktiossa käytetään usein katalyyttia, joka helpottaa monomeerien sitoutumista toisiinsa. Yleisimmin käytettyjä katalyyttejä ovat yhdisteitä, kuten titaani- ja kromiyhdisteet.
Polyeteenin polymeroitumisreaktio on eksoterminen eli lämpöä vapauttava reaktio. Polyeteenin valmistus jaetaan usein kahteen pääprosessiin: korkea- ja matalapaineiseen prosessiin.
Korkeapaineisessa prosessissa valmistetaan LDPE:tä (low density polyethylene) eli pienitiheyspolyeteeniä. Tässä prosessissa eteenikaasu polymeroituu valkoiseksi muoviksi sitä kuumennettaessa (80–300 °C) erittäin korkeassa paineessa (1000–3000 bar). Reaktiossa syntyvien molekyylien koot vaihtelevat ja ne ovat usein voimakkaasti haaroittuneita.
Matalapaineprosessissa valmistetaan suuritiheyspolyeteeniä eli HDPE:tä (high density polyethylene) ja LLDPE:tä (linear low density polyethylene) eli lineaarista pienitiheyspolyeteeniä. Tässä prosessissa eteenikaasua lämmitetään 70–300 °C:n lämpötilassa, mutta huomattavasti alhaisemmassa paineessa (10–80 bar).
LDPE:n ja LLDPE:n eroavaisuudet liittyvät molekyylirakenteeseen: LLDPE:n runko on suorempi kuin LDPE:n. Lisäksi LLDPE:llä vetolujuus on suurempi kuin LDPE:n. Prosessin lopputuotteena saatava polyeteeni on jäykempää ja tiheämpää kuin LDPE.
Käyttökohteet.
LDPE on pehmeää ja sitkeää muovia, jota käytetään usein muovipusseissa sekä erilaisissa kalvoissa. Sitä hyödynnetään myös erilaisissa kiriste- sekä kutistepakkauksissa.
HDPE on puolestaan jäykempää ja rapisevampaa muovia. HDPE:stä voidaan valmistaa myös muovipusseja, mutta sitä käytetään yleisesti kanistereiden ja pullojen valmistukseen.
Kierrätys.
Muovien kierrättäminen säästää ympäristöä ja edistää kiertotaloutta. Kierrätyksen ansiosta muovin raaka-aineita saadaan uusiokäyttöön, mikä vähentää neitseellisen öljyn käyttöä. Kierrätykseen menevän muovin tulee olla puhdasta.
Sekä LDPE että HDPE kuuluvat muovinkeräykseen. Suuremmat HDPE-muovista valmistetut esineet tulisi kuitenkin toimittaa jäteasemalle lajiteltavaksi. Muovien kierrätysmenetelmiä on kolme: mekaaninen, kemiallinen ja energiankierrätys. Polyeteenien yleisin kierrätysmenetelmä on mekaaninen kierrätys.
Polyeteenin mekaaniseen kierrätykseen kuuluu useita vaiheita: keräys, lajittelu, puhdistus, murskaus, sulatus ja uudelleenkäyttö. Ensimmäisessä vaiheessa polyeteeni kerätään kotitalouksilta, yrityksiltä sekä muilta toimijoilta. Lajittelussa muovit erotellaan ominaisuuksiensa perusteella joko manuaalisesti tai koneellisesti. Ennen varsinaista käsittelyä muovit puhdistetaan huolellisesti. Tämän jälkeen muovit murskataan pienemmiksi paloiksi. Joissain tapauksissa näitä paloja voidaan käyttää lisäaineina esimerkiksi asfaltin valmistuksessa. Lopuksi polyeteeni sulatetaan ja muotoillaan rakeiksi, joita voidaan hyödyntää uusien tuotteiden valmistuksessa.
LDPE:n ja HDPE:n kierrätys poikkeavat toisistaan materiaalin ominaisuuksien vuoksi. LDPE on pehmeämpää kuin HDPE. LDPE:n kierrätyksessä muovin pehmeys ja takertuvuus voivat tuottaa haasteita. Pehmeä LDPE voi takertua kierrätyskoneistoon tai muihin muoveihin, mikä vaikeuttaa muovien erittelyä. Kierrätyskeskuksessa pehmeä ja kovempi HDPE-muovi pyritäänkin erottamaan toisistaan ja kierrättämään erillään.
Ympäristövaikutukset.
Polyeteenin tuotannon merkittävimmät ympäristövaikutukset liittyvät sen valmistuksessa käytettyyn veteen ja fossiilisiin polttoaineisiin. Yhden polyeteenikilon tuottaminen kuluttaa noin 3 litraa vettä ja 1,5 kg fossiilista polttoainetta.
Polyeteeni on halpaa valmistaa ja siksi polymeroituna käytetyin muovin raaka-aine. Etenkin LDPE:stä valmistetut tuotteet ovat usein kertakäyttöisiä pakkausmuoveja, kuten kuplamuovi. Tämä aiheuttaa merkittävän ympäristövaikutuksen, koska niiden kierrätysaste jää alhaiseksi.
Suomessa syntyvästä pakkausmuovijätteestä suurin osa menee polttoon ja hyödynnetään energiajätteenä. Kierrätykseen menevä osuus on noin 20 %. Pääkaupunkiseudulla erilliskeräyksellä talteen saadaan noin 30 % pakkausmuoveista, ja lopulta noin 20 % kierrätetään. Teollisesti lajitellusta muovijätteestä ei saada mekaanisella kierrätyksellä riittävän laadukkaita kierrätysmuoveja vaativimpiin sovelluksiin, kuten elintarvikkeiden pakkaamiseen.
Kierrätysmuovin osuus muovipakkauksissa yhdessä biopohjaisten muovien kanssa on vain noin 2 %.
Koska polyeteenistä valmistetut pakkausmuovit ovat edullisia tuottaa ja globaalisti käytössä, ovat ne myös suurimpia mikromuovin lähteitä. Mikromuovilla tarkoitetaan yleisesti muovijätteen jakeita yhdestä mikrometristä viiteen millimetriin väliltä. Primaaria mikromuovia syntyy synteettisten vaatteiden käytöstä ja pesusta, autonrenkaiden kulumisesta ja jonkin verran hygieniatuotteista. Sekundaareja mikromuoveja syntyy suurempien muovituotteiden, kuten muovipussien, muovipullojen ja kalastusverkkojen hajotessa pienempiin osiin. Meriin kertyneestä mikromuovista sekundaarisen osuus on noin 68–81 % ja primaarin 15–31 %.
Mikromuovin haitallisuus aiheutuu sen kulkeutumisesta kaikkialle tuulen ja vesien mukana. Mikromuoville altistuu myös hengittäessään ulkoilmaa. Mikromuovi kertyy ravintoketjussa ylöspäin. Tutkimusten mukaan mikromuovia on erityisen paljon simpukoissa, niin makean veden kuin suolaisen veden lajeissa. Ihmiseen kertyvän mikromuovin terveysvaikutuksista tiedetään toistaiseksi hyvin vähän.
Työstäminen.
Polyeteeniä voidaan työstää kappaleiksi esimerkiksi seuraavilla muovintyöstötekniikoilla: