polietilen - Polyethylene

Bir ris monomerinin iskelet formülü
Polietilenin boşluk doldurma modeli
Granül polietilen örneği
İsimler
IUPAC adı
Polietilen veya poli(etilen)
Diğer isimler
Polieten
Polietilen
tanımlayıcılar
Kısaltmalar PE
Kimyasal Örümcek
ECHA Bilgi Kartı 100.121.698 Bunu Vikiveri'de düzenleyin
fıçı
polietilen
Özellikler
(Cı- 2 , H 4 ) n,
Yoğunluk 0,88-0,96 g / cc 3.
Erime noktası 115–135 °C (239–275 °F; 388–408 K)
günlük P 1.02620
-9,67×10 -6 ( HDPE , SI, 22 °C)
Aksi belirtilmedikçe, veriler standart durumdaki malzemeler için verilmiştir (25 °C [77 °F], 100 kPa'da).
Bilgi kutusu referansları
En kararlı kademeli konformasyonda polietilen içinde tekrar eden birim

Polietilen veya polietilen (kısaltılmış PE ; IUPAC adı polietilen veya poli(metilen) ), günümüzde kullanılan en yaygın plastiktir . Öncelikle paketleme ( plastik poşetler , plastik filmler , geomembranlar ve şişeler dahil kaplar vb.) için kullanılan bir polimerdir . 2017 itibariyle , toplam plastik pazarının %34'ünü oluşturan yıllık 100 milyon tonun üzerinde polietilen reçine üretiliyor.

Çoğu kimyasal formül (C 2 H 4 ) n olan birçok polietilen türü bilinmektedir . PE genellikle benzer bir karışımıdır polimerler arasında etilen çeşitli değerlerle, n . Bu olabilir , düşük yoğunluklu ya da yüksek yoğunluklu : düşük yoğunluklu polietilen, yüksek basınç (1000-5000 kullanılarak ekstrüde edilir  atm ) ve yüksek sıcaklık (520  Kelvin ), yüksek yoğunluklu polietilen (atm 6-7), düşük basınç ile çekildiği bir süre ve düşük sıcaklık (333-343 K). Polietilen genellikle termoplastiktir , ancak örneğin çapraz bağlı polietilende bunun yerine ısıyla sertleşecek şekilde değiştirilebilir .

Tarih

Polietilen ilk olarak 1898 yılında diazometanı araştırırken tesadüfen hazırlayan Alman kimyager Hans von Pechmann tarafından sentezlendi . Meslektaşları Eugen Bamberger ve Friedrich Tschirner, yarattığı beyaz, mumsu maddeyi tanımladıklarında, uzun -CH 2 - zincirleri içerdiğini fark ettiler ve buna polimetilen adını verdiler .

1936'da ICI'de bir teknisyene sunulan, birinci pound polietilenden yapılmış bir hap kutusu

İlk endüstriyel olarak pratik polietilen sentezi (diazometan, endüstriyel uygulamada genellikle kaçınılan, kötü şöhretli kararsız bir maddedir) yine 1933'te Eric Fawcett ve Reginald Gibson tarafından İngiltere'nin Northwich kentindeki Imperial Chemical Industries (ICI) fabrikasında tesadüfen keşfedildi . Etilen ve benzaldehit karışımına aşırı yüksek basınç (birkaç yüz atmosfer ) uyguladıktan sonra , yine beyaz, mumsu bir malzeme ürettiler. Reaksiyon , cihazlarında eser miktarda oksijen kontaminasyonu ile başlatıldığından , ilk başta deneyin yeniden üretilmesi zordu. Bir başka ICI kimyager olan Michael Perrin'in , bu kazayı , 1939'da başlayan endüstriyel düşük yoğunluklu polietilen ( LDPE ) üretiminin temeli haline gelen polietilen için tekrarlanabilir bir yüksek basınçlı sentez haline getirmesi 1935'e kadar değildi . çok yüksek frekanslı radyo dalgaları ile düşük kayıp özellikleri, İngiltere'deki ticari dağıtım Dünya Savaşı patlak askıya alındı, gizlilik dayatılan ve yeni süreç UHF ve SHF için üretim yalıtım için kullanılan koaksiyel kablolar arasında radar setleri. II. Dünya Savaşı sırasında, ICI süreci hakkında daha fazla araştırma yapıldı ve 1944'te Teksas, Sabine River'da Du Pont ve Charleston, Batı Virginia'da Bakelite Corporation, ICI'nin lisansı altında büyük ölçekli ticari üretime başladı.

Polietilenin ticari üretiminde dönüm noktası niteliğindeki atılım , hafif sıcaklık ve basınçlarda polimerizasyonu destekleyen katalizörlerin geliştirilmesiyle başladı . Bunlardan ilki 1951 yılında Robert Banks ve J. Paul Hogan tarafından Phillips Petroleum'da keşfedilen krom trioksite dayalı bir katalizördü . 1953'te Alman kimyager Karl Ziegler , Phillips katalizöründen daha hafif koşullarda çalışan titanyum halojenürler ve organoalüminyum bileşiklerine dayanan bir katalitik sistem geliştirdi . Bununla birlikte, Phillips katalizörü daha ucuzdur ve çalışması daha kolaydır ve her iki yöntem de endüstriyel olarak yoğun bir şekilde kullanılmaktadır. 1950'lerin sonunda, yüksek yoğunluklu polietilen (HDPE) üretimi için hem Phillips hem de Ziegler tipi katalizörler kullanılıyordu. 1970'lerde, Ziegler sistemi magnezyum klorürün eklenmesiyle geliştirildi . Çözünür katalizörlere dayalı katalitik sistemler, metalosenler , 1976'da Walter Kaminsky ve Hansjörg Sinn tarafından rapor edildi . Ziegler ve metalosen bazlı katalizör ailelerinin, etilenin diğer olefinlerle kopolimerleştirilmesinde çok esnek olduğu kanıtlanmıştır ve çok düşük yoğunluklu polietilen ve doğrusal düşük yoğunluklu polietilen dahil olmak üzere bugün mevcut olan çok çeşitli polietilen reçinelerinin temeli haline gelmiştir . UHMWPE lifleri formundaki bu reçineler (2005'ten itibaren) birçok yüksek mukavemetli uygulamada aramitlerin yerini almaya başlamıştır .

Özellikler

Polietilenin özellikleri mekanik, kimyasal, elektriksel, optik ve termal özelliklere ayrılabilir.

Mekanik

Polietilen düşük mukavemete, sertliğe ve sertliğe sahiptir, ancak düşük sürtünmenin yanı sıra yüksek süneklik ve darbe mukavemetine sahiptir . Kısa liflerin eklenmesiyle azaltılabilen kalıcı kuvvet altında güçlü sürünme gösterir . Dokunulduğunda balmumu hissi verir.

termal

Polietilenin ticari uygulanabilirliği, diğer termoplastiklere kıyasla düşük erime noktası ile sınırlıdır. Orta ve yüksek yoğunluklu polietilenin yaygın ticari sınıfları için erime noktası tipik olarak 120 ila 130 °C (248 ila 266 °F) aralığındadır. Ortalama ticari düşük yoğunluklu polietilen için erime noktası tipik olarak 105 ila 115 °C'dir (221 ila 239 °F). Bu sıcaklıklar polietilen tipine göre büyük ölçüde değişir, ancak polietilenin teorik erime üst sınırının 144 ila 146 °C (291 ila 295 °F) olduğu bildirilmektedir.

Kimyasal

Polietilen, polar olmayan, doymuş, yüksek moleküler ağırlıklı hidrokarbonlardan oluşur. Bu nedenle kimyasal davranışı parafine benzer . Bireysel makromoleküller kovalent olarak bağlı değildir . Simetrik moleküler yapıları nedeniyle kristalleşme eğilimi gösterirler; genel polietilen kısmen kristallidir . Daha yüksek kristallik, yoğunluğu ve mekanik ve kimyasal kararlılığı artırır .

Plastik yoğunluğunu test etmek için standart yöntem, ISO 1183 kısım 2 (gradyan sütunları), alternatif olarak ISO 1183 kısım 1'dir ( MVS2PRO yoğunluk analizörü ).

Çoğu LDPE , MDPE ve HDPE sınıfı mükemmel kimyasal dirence sahiptir, yani güçlü asitler veya güçlü bazlar tarafından saldırıya uğramazlar ve hafif oksitleyicilere ve indirgeyici maddelere karşı dirençlidirler. Kristalin numuneler oda sıcaklığında çözünmezler. Polietilen (çapraz bağlı polietilen dışında) genellikle toluen veya ksilen gibi aromatik hidrokarbonlarda veya trikloroetan veya triklorobenzen gibi klorlu çözücülerde yüksek sıcaklıklarda çözülebilir .

Polietilen neredeyse hiç su emmez . Gaz ve su buharı geçirgenliği (sadece polar gazlar) çoğu plastikten daha düşüktür; oksijen , karbondioksit ve tatlandırıcılar ise kolayca geçebilir.

PE, güneş ışığına maruz kaldığında kırılgan hale gelebilir, karbon siyahı genellikle bir UV dengeleyici olarak kullanılır.

Polietilen, ucu sarı olan mavi bir alevle yavaşça yanar ve bir parafin kokusu ( mum alevine benzer ) yayar . Alev kaynağının uzaklaştırılmasıyla malzeme yanmaya devam eder ve bir damlama meydana getirir.

Polietilen, ön işleme tabi tutulmadan yapıştırılamaz veya yapıştırılamaz. Yüksek mukavemetli bağlantılar, plastik kaynakla kolayca elde edilir .

Elektriksel

Polietilen iyi bir elektrik yalıtkanıdır . İyi elektriksel ağaçlandırma direnci sunar; bununla birlikte, kolayca elektrostatik olarak yüklenir (bu, grafit , karbon siyahı veya antistatik ajanların eklenmesiyle azaltılabilir ).

Optik

Termal geçmişe ve film kalınlığına bağlı olarak, PE neredeyse şeffaf ( şeffaf ), sütlü-opak ( yarı saydam ) ve opak arasında değişebilir . LDPE en büyük, LLDPE biraz daha az ve HDPE en az şeffaflığa sahiptir. Şeffaflık, görünür ışığın dalga boyundan daha büyükse kristalitler tarafından azalır .

Üretim süreci

monomer

etilen iskeleti
etilen 3D modeli
etilen (eten)

Madde ya da bir monomer olan etilen ( IUPAC adı eten), bir gaz hidrokarbon formülü ile 2 H 4 , bir çift olarak görülebilir, metilen grubu (- CH
2
-) birbirine bağlı. PE saflığı için tipik özellikler su, oksijen ve diğer alken içerikleri için <5 ppm'dir . Kabul edilebilir kirletici N, 2 , etan (etilen ortak ön-madde) ve metan. Etilen genellikle petrokimyasal kaynaklardan üretilir, ancak etanolün dehidrasyonu ile de üretilir.

polimerizasyon

Etilenin polietilene polimerizasyonu aşağıdaki kimyasal denklemle tanımlanır :

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

Etilen, yalnızca katalizörlerle temas ettiğinde polimerize olan kararlı bir moleküldür. Dönüşüm oldukça ekzotermiktir . Koordinasyon polimerizasyonu en yaygın teknolojidir, yani metal klorürler veya metal oksitler kullanılır. En yaygın katalizörler, Ziegler-Natta katalizörleri olarak adlandırılan titanyum(III) klorürden oluşur . Diğer bir yaygın katalizör, krom(VI) oksitin silika üzerine bırakılmasıyla hazırlanan Phillips katalizörüdür . Polietilen, radikal polimerizasyon yoluyla üretilebilir , ancak bu yol sadece sınırlı bir kullanıma sahiptir ve tipik olarak yüksek basınçlı aparat gerektirir.

birleştirme

Polietilen parçaları birleştirmek için yaygın olarak kullanılan yöntemler şunları içerir:

Yapıştırıcılar ve solventler nadiren kullanılır çünkü polietilen polar değildir ve solventlere karşı yüksek bir dirence sahiptir. Basınca duyarlı yapıştırıcılar (PSA), yüzey kimyası veya yükü plazma aktivasyonu , alev işlemi veya korona işlemi ile değiştirilirse uygulanabilir .

sınıflandırma

Polietilen yoğunluğuna ve dallanmasına göre sınıflandırılır . Mekanik özellikleri, dallanmanın kapsamı ve türü, kristal yapısı ve moleküler ağırlık gibi değişkenlere önemli ölçüde bağlıdır . Birkaç çeşit polietilen vardır:

Satılan miktarlara göre en önemli polietilen kaliteleri HDPE, LLDPE ve LDPE'dir.

Ultra yüksek moleküler ağırlıklı (UHMWPE)

Paslanmaz çelik ve ultra yüksek moleküler ağırlıklı polietilen kalça protezi

UHMWPE, moleküler ağırlığı milyonlarla, genellikle 3.5 ile 7.5 milyon amu arasında olan polietilendir . Yüksek molekül ağırlıklı çok yapan sert bir malzemedir, ama içine zincirleri daha az etkili ambalaj sonuçlanır kristal yapı , yüksek yoğunluklu polietilenden daha az yoğunluklar ile kanıtlandığı gibi (örneğin, 0,930-0,935 g / cm 3 ). UHMWPE, herhangi bir katalizör teknolojisiyle yapılabilir, ancak Ziegler katalizörleri en yaygın olanıdır. Olağanüstü tokluğu ve kesilme, aşınma ve mükemmel kimyasal direnci nedeniyle UHMWPE çok çeşitli uygulamalarda kullanılır. Bunlara teneke kutu ve şişe işleme makinesi parçaları, dokuma makinelerinde hareketli parçalar, yataklar, dişliler, yapay bağlantılar, buz pistlerinde kenar koruma, gemilerde çelik kablo değiştirme ve kasap kesme tahtaları dahildir. Kalça ve diz protezlerinde kullanılan implantların eklem bölümlerinin yapımında yaygın olarak kullanılır . Olarak lif , bu ile rekabet aramid olarak kurşun geçirmez yelekler .

Yüksek yoğunluklu (HDPE)

Batı Avustralya'da kurulum sırasında sahada HDPE boru. Beyaz dış katman, Acu-Therm olarak bilinen termal ısınmanın azalmasını sağlamak için birlikte ekstrüde edilir.

HDPE daha büyük bir yoğunluğa ile tanımlanan ya da 0.941 g / cm 'eşit olan 3 . HDPE'nin dallanma derecesi düşüktür. Çoğunlukla lineer moleküller iyi bir şekilde bir araya gelirler, bu nedenle moleküller arası kuvvetler çok dallı polimerlerden daha güçlüdür. HDPE, krom /silika katalizörleri, Ziegler-Natta katalizörleri veya metalosen katalizörleri ile üretilebilir ; katalizörler ve reaksiyon koşulları seçilerek, meydana gelen küçük miktarda dallanma kontrol edilebilir. Bu katalizörler , büyüyen polietilen moleküllerinin uçlarında serbest radikal oluşumunu tercih ederler . Yeni etilen monomerlerinin moleküllerin ortasından ziyade uçlarına eklenmesine neden olarak doğrusal bir zincirin büyümesine neden olurlar.

HDPE yüksek çekme mukavemetine sahiptir. Süt sürahileri, deterjan şişeleri, tereyağı kapları, çöp kutuları, su boruları gibi ürün ve ambalajlarda kullanılır . Tüm oyuncakların üçte biri HDPE'den üretilmiştir. 2007 yılında küresel YYPE tüketimi 30 milyon tonun üzerinde bir hacme ulaştı.

Çapraz bağlı (PEX veya XLPE)

PEX, termoplastiği bir termoset haline getiren, polimer yapısına eklenen çapraz bağ bağları içeren orta ila yüksek yoğunluklu bir polietilendir . Polimerin yüksek sıcaklık özellikleri iyileştirilir, akışı azalır ve kimyasal direnci arttırılır. PEX, bazı içme suyu tesisat sistemlerinde kullanılır, çünkü malzemeden yapılmış borular metal bir nipel üzerine sığacak şekilde genişletilebilir ve yavaşça orijinal şekline dönerek kalıcı, su geçirmez bir bağlantı oluşturur.

Orta yoğunluklu (MDPE)

MDPE 0.926-0.940 g / cm bir yoğunluk aralığı ile tanımlanır 3 . MDPE, krom/silika katalizörleri, Ziegler-Natta katalizörleri veya metalosen katalizörleri ile üretilebilir. MDPE, iyi darbe ve düşme direnci özelliklerine sahiptir. Ayrıca HDPE'den daha az çentik duyarlıdır; stres-çatlama direnci HDPE'den daha iyidir. MDPE tipik olarak gaz boruları ve bağlantı parçaları, çuvallar, shrink film, ambalaj filmi, taşıma torbaları ve vidalı kapaklarda kullanılır.

Doğrusal düşük yoğunluklu (LLDPE)

LLDPE 0.915-0.925 g / cm bir yoğunluk aralığı ile tanımlanır 3 . LLDPE, yaygın olarak etilenin kısa zincirli alfa-olefinler (örneğin, 1-büten , 1-heksen ve 1-okten ) ile kopolimerizasyonuyla yapılan, önemli sayıda kısa dalları olan esasen doğrusal bir polimerdir . LLDPE, LDPE'den daha yüksek çekme mukavemetine sahiptir ve LDPE'den daha yüksek darbe ve delinme direnci sergiler . LDPE ile karşılaştırıldığında daha düşük kalınlıkta (ölçü) filmler daha iyi çevresel stres çatlama direnci ile şişirilebilir , ancak işlenmesi o kadar kolay değildir. LLDPE, paketlemede, özellikle torba ve tabakalar için filmde kullanılır. LDPE'ye kıyasla daha düşük kalınlık kullanılabilir. Kablo kaplamalarında, oyuncaklarda, kapaklarda, kovalarda, kaplarda ve borularda kullanılır. Diğer uygulamalar mevcut olmakla birlikte, LLDPE tokluğu, esnekliği ve göreceli şeffaflığı nedeniyle ağırlıklı olarak film uygulamalarında kullanılır. Ürün örnekleri tarım filmleri, Saran sargı ve balonlu ambalajdan çok katmanlı ve kompozit filmlere kadar uzanmaktadır. 2013 yılında dünya LAYPE pazarı 40 milyar ABD$'lık bir hacme ulaştı.

Düşük yoğunluklu (LDPE)

LDPE 0.910-0.940 g / cm bir yoğunluk aralığı ile tanımlanır 3 . LDPE'nin yüksek derecede kısa ve uzun zincirli dallanmaları vardır, bu da zincirlerin kristal yapıya da paketlenmediği anlamına gelir . Bu nedenle, anlık dipol kaynaklı dipol çekimi daha az olduğu için daha az güçlü moleküller arası kuvvetlere sahiptir . Bu, daha düşük bir çekme mukavemeti ve artan süneklik ile sonuçlanır . LDPE, serbest radikal polimerizasyon ile oluşturulur . Uzun zincirlerle yüksek derecede dallanma, erimiş LDPE'ye benzersiz ve arzu edilen akış özellikleri verir. LDPE, hem sert kaplar hem de plastik torbalar ve film sarma gibi plastik film uygulamaları için kullanılır. 2013 yılında, küresel AYPE pazarının hacmi yaklaşık 33 milyar ABD$'dır.

LDPE yapmak için kullanılan radikal polimerizasyon prosesi, büyüyen PE zincirleri üzerindeki radikal bölgeleri "denetleyen" bir katalizör içermez. (HDPE sentezinde, radikal bölgeler PE zincirlerinin uçlarındadır, çünkü katalizör uçlarda oluşumlarını stabilize eder.) İkincil radikaller (bir zincirin ortasında) birincil radikallerden (zincirin sonunda) daha kararlıdır. zincir) ve üçüncül radikaller (bir dal noktasında) henüz daha kararlıdır. Bir etilen monomeri her eklendiğinde, bir birincil radikal oluşturur, ancak bunlar genellikle daha kararlı ikincil veya üçüncül radikaller oluşturmak üzere yeniden düzenlenir. İkincil veya üçüncül sitelere etilen monomerlerinin eklenmesi dallanma oluşturur.

Çok düşük yoğunluklu (VLDPE)

VLDPE 0.880-0.915 g / cm bir yoğunluk aralığı ile tanımlanır 3 . VLDPE, yaygın olarak etilenin kısa zincirli alfa-olefinler (örneğin, 1-büten, 1-heksen ve 1-okten) ile kopolimerizasyonuyla yapılan, yüksek seviyelerde kısa zincirli dallara sahip esas itibarıyla doğrusal bir polimerdir. VLDPE, bu katalizörler tarafından sergilenen daha büyük ko-monomer katılımı nedeniyle en yaygın olarak metalosen katalizörleri kullanılarak üretilir. VLDPE'ler, diğer polimerlerle karıştırıldığında hortum ve boru, buz ve donmuş gıda torbaları, gıda ambalajı ve streç ambalajın yanı sıra darbe değiştiriciler için kullanılır.

Son zamanlarda, birçok araştırma faaliyeti, polietilendeki uzun zincirli dalların doğası ve dağılımına odaklanmıştır. HDPE'de, bu dalların nispeten az sayıda, belki de omurga karbonu başına 100 veya 1.000 daldan biri, polimerin reolojik özelliklerini önemli ölçüde etkileyebilir .

kopolimerler

Alfa-olefinlerle kopolimerizasyona ek olarak , etilen, iyonize serbest radikaller oluşturan çok çeşitli diğer monomerler ve iyonik bileşim ile kopolimerize edilebilir. Yaygın örnekler arasında vinil asetat (sonuçtaki ürün, atletik ayakkabı tabanı köpüklerinde yaygın olarak kullanılan etilen-vinil asetat kopolimeri veya EVA'dır) ve çeşitli akrilatlar bulunur . Akrilik kopolimerin uygulamaları, ambalaj ve spor malzemeleri ile çimento üretiminde kullanılan süper akışkanlaştırıcıyı içerir .

polietilen türleri

"Polietilenin" belirli malzeme özellikleri moleküler yapısına bağlıdır. Molekül ağırlığı ve kristallik en önemli faktörlerdir; kristallik ise moleküler ağırlığa ve dallanma derecesine bağlıdır. Polimer zincirleri ne kadar az dallanırsa ve moleküler ağırlık ne kadar düşükse, polietilenin kristalliği o kadar yüksek olur. Kristallik %35 (PE-LD/PE-LLD) ila %80 (PE-HD) arasında değişir. Polietilen 1.0 g / cc arasında bir yoğunluğa sahiptir 3 kristal bölgeleri ve 0.86 g / cc 3 amorf bölgelerde. Yoğunluk ve kristallik arasında neredeyse doğrusal bir ilişki vardır.

Farklı polietilen türlerinin dallanma derecesi şematik olarak aşağıdaki gibi gösterilebilir:

PE-HD PE-HD'nin (yüksek yoğunluklu polietilen) şematik gösterimi
PE-LLD

PE-LLD'nin şematik gösterimi (doğrusal düşük yoğunluklu polietilen)

PE-LD PE-LD'nin şematik gösterimi (düşük yoğunluklu polietilen)

Şekil polietilen omurgaları, kısa zincirli dalları ve yan zincirli dalları göstermektedir. Polimer zincirleri doğrusal olarak temsil edilir.

Zincir dalları

Polietilenin özellikleri büyük ölçüde zincir dallarının tipine ve sayısına bağlıdır. Zincir dalları da kullanılan prosese bağlıdır: ya yüksek basınçlı proses (sadece PE-LD) ya da düşük basınçlı proses (tüm diğer PE kaliteleri). Düşük yoğunluklu polietilen, radikal polimerizasyon ile yüksek basınçlı işlemle üretilir, böylece çok sayıda kısa zincirli dalların yanı sıra uzun zincirli dallar oluşur. Kısa zincirli dallar, molekül içi zincir transfer reaksiyonları ile oluşur, bunlar her zaman butil veya etil zincir dallarıdır çünkü reaksiyon aşağıdaki mekanizmadan sonra ilerler:

Polietilen (PE-LD) sentezi sırasında yan zincirlerin ortaya çıkması için mekanizma.

Çevre sorunları

Polietilenden üretilmiş geri dönüştürülebilir bir çanta.
Polietilene hayır deyin. İmza. Nako, Himachal Pradesh , Hindistan.

Polietilen, etilenden üretilir ve etilen yenilenebilir kaynaklardan üretilebilmesine rağmen, esas olarak petrol veya doğal gazdan elde edilir .

Ayrıca polietilenin yaygın olarak kullanılması, geri dönüştürülmediği takdirde atık yönetimi açısından zorluklar ortaya çıkarmaktadır. Polietilen, diğer sentetik plastikler gibi biyolojik olarak kolayca parçalanamaz ve bu nedenle çöplüklerde birikir . Geri dönüşüm kodu ile işaretlendiğinde geri dönüşüm daha kolay yapılır . Bu, PE-HD için "PE" veya "02" ("plastik numarası 2") ve PE-LD için "04" ("plastik numarası 4") olarak okunabilir.

Japonya'da, plastiklerden çevre dostu bir şekilde kurtulmak, 2011'deki Fukushima nükleer felaketi daha büyük bir sorun haline gelene kadar tartışılan en önemli sorundu. Çözümler için 90 milyar dolarlık bir pazar olarak listelendi. 2008'den bu yana Japonya, plastiklerin geri dönüşümünü hızla artırdı, ancak hala büyük miktarda çöpe giden plastik ambalajlara sahip.

2010 yılında, bir Japon araştırmacı olan Akinori Ito, küçük, kendi kendine yeten bir buhar damıtma işlemi kullanarak polietilenden yağ üreten bir makinenin prototipini piyasaya sürdü.

biyolojik olarak parçalanabilirlik

Polietilen, diğer sentetik plastikler gibi biyolojik olarak kolayca parçalanamaz ve bu nedenle çöplüklerde birikir. Bununla birlikte, polietileni parçalayabilen bir dizi bakteri ve hayvan türü vardır.

Mayıs 2008'de 16 yaşındaki Kanadalı Daniel Burd, Pseudomonas fluorescens'in Sphingomonas'ın yardımıyla altı hafta içinde plastik poşetlerin ağırlığının %40'ından fazlasını bozabileceğini keşfettikten sonra Ottawa'daki Kanada Geneli Bilim Fuarı'nı kazandı. . Daha sonra altı hafta sonra geçeceğini tahmin etti.

Termofilik bakteri Brevibacillus borstelensis (707) bir toprak numunesinden izole edildi ve 50 °C'de birlikte inkübe edildiğinde tek karbon kaynağı olarak düşük yoğunluklu polietileni kullandığı bulundu. Ultraviyole radyasyona maruz kalan zamanla biyolojik bozunma arttı .

Acinetobacter sp. 351, düşük moleküler ağırlıklı PE oligomerlerini bozabilir. PE termo ve foto oksidasyona maruz kaldığında alkanlar, alkenler, ketonlar, aldehitler, alkoller, karboksilik asit, keto asitler, dikarboksilik asitler, laktonlar ve esterler dahil ürünler açığa çıkar.

2014'te Çinli bir araştırmacı, Hint yemek güvesi larvalarının, evindeki plastik poşetlerin içlerinde küçük delikler olduğunu gözlemleyerek polietileni metabolize edebildiğini keşfetti . Aç larvaların plastiği bir şekilde sindirmiş olması gerektiği sonucuna varan o ve ekibi, bağırsak bakterilerini analiz ettiler ve plastiği tek karbon kaynağı olarak kullanabilecek birkaç tane buldular. Plodia interpunctella güvesi larvalarının bağırsaklarındaki bakteriler polietileni metabolize etmekle kalmamış , aynı zamanda polietileni önemli ölçüde bozmuş , gerilme mukavemetini %50, kütlesini %10 ve polimerik zincirlerinin moleküler ağırlıklarını %13 oranında düşürmüştür.

2017 yılında araştırmacılar, Galleria mellonella tırtılının polietilen gibi plastik çöpleri yediğini bildirdi .

İklim değişikliği

Ortamdaki güneş radyasyonuna maruz kaldığında plastik iki sera gazı , metan ve etilen üretir . Özellikle endişe verici olan, en yüksek oranda gaz salan plastik türüdür: düşük yoğunluklu polietilen (veya LDPE ). Düşük yoğunluk özelliklerinden dolayı zamanla daha kolay parçalanır ve daha yüksek yüzey alanlarına yol açar. İşlenmemiş LDPE'den bu eser gazların üretimi, 212 günlük 5.8 nmol g-1 d-1 metan, 14.5 nmol g-1 d-1 etilen inkübasyonunun sonundaki oranlarla, yüzey alanı/zaman ile artar, 3.9 nmol g-1 d-1 etan ve 9.7 nmol g-1 d-1 propilen. Havada inkübe edildiğinde, LDPE, sırasıyla metan ve etilen için suya kıyasla ~2 kat ve ~76 kat daha yüksek oranlarda gazlar yayar.

Kimyasal olarak modifiye edilmiş polietilen

Polietilen, ya polar ya da polar olmayan komonomerler tarafından polimerizasyonda ya da polimer-analog reaksiyonlar yoluyla polimerizasyondan sonra modifiye edilebilir . Yaygın polimer-analog reaksiyonlar, polietilen çapraz bağlama , klorlama ve sülfoklorlama durumundadır .

Polar olmayan etilen kopolimerleri

a-olefinler

Düşük basınçlı proseste , polimerizasyon sırasında polimer zincirine dahil edilen a-olefinler (örneğin 1-büten veya 1-heksen ) eklenebilir. Bu kopolimerler kısa yan zincirler oluşturur, böylece kristallik ve yoğunluk azalır. Yukarıda açıklandığı gibi, mekanik ve termal özellikler bu şekilde değiştirilir. Özellikle PE-LLD bu şekilde üretilmektedir.

Metalosen polietilen (PE-MC)

Metalosen polietilen (PE-M) , genellikle kopolimerler (z.B. eten / heksen) içeren metalosen katalizörleri vasıtasıyla hazırlanır . Metalosen polietilen, nispeten dar bir moleküler ağırlık dağılımına , olağanüstü yüksek tokluğa, mükemmel optik özelliklere ve düzgün bir komonomer içeriğine sahiptir. Dar moleküler ağırlık dağılımı nedeniyle daha az psödoplastik davranır (özellikle daha büyük kesme hızları altında). Metalosen polietilen düşük oranda düşük moleküler ağırlıklı (çıkarılabilir) bileşenlere ve düşük kaynak ve sızdırmazlık sıcaklığına sahiptir. Bu nedenle özellikle gıda endüstrisi için uygundur.

Çok modlu moleküler ağırlık dağılımına sahip polietilen

Çok modlu moleküler ağırlık dağılımına sahip polietilen, homojen olarak karıştırılmış birkaç polimer fraksiyonundan oluşur. Bu tür polietilen türleri, son derece yüksek sertlik, tokluk, mukavemet, gerilme çatlağı direnci ve artan bir çatlak yayılma direnci sunar. Eşit oranlarda daha yüksek ve daha düşük moleküler polimer fraksiyonlarından oluşurlar. Düşük moleküler ağırlıklı birimler daha kolay kristalleşir ve daha hızlı gevşer. Daha yüksek moleküler ağırlıklı fraksiyonlar, kristalitler arasında bağlantı molekülleri oluşturur, böylece tokluğu ve stres çatlağı direncini arttırır. Çok modlu moleküler ağırlık dağılımına sahip polietilen, iki aşamalı reaktörlerde, bir taşıyıcı üzerinde iki aktif merkeze sahip katalizörler veya ekstrüderlerde harmanlama yoluyla hazırlanabilir.

Döngüsel olefin kopolimerleri (COC)

Siklik olefin kopolimerleri , metalosen katalizörleri kullanılarak üretilen eten ve sikloolefinlerin (genellikle norbornen ) kopolimerizasyonuyla hazırlanır . Elde edilen polimerler amorf polimerlerdir ve özellikle şeffaf ve ısıya dayanıklıdır.

Polar etilen kopolimerleri

Polar komonomerler olarak kullanılan temel bileşikler, vinil alkol ( Etenol , doymamış bir alkol), akrilik asit ( propenoik asit , doymamış bir asit) ve iki bileşikten birini içeren esterlerdir .

Doymamış alkoller içeren etilen kopolimerleri

Etilen/vinil alkol kopolimeri (EVOH), (resmi olarak) etilen-vinil asetat kopolimerinin (kısmi) hidrolizi ile hazırlanan (vinil alkolün kendisi stabil olmadığı için) PE ve vinil alkolün (etenol) bir kopolimeridir. Bununla birlikte, tipik olarak EVOH, yaygın olarak kullanılan VAC'den daha yüksek bir komonomer içeriğine sahiptir.

EVOH, çok katmanlı filmlerde bir bariyer tabakası (bariyer plastik) olarak paketleme için kullanılır. EVOH higroskopik (su çeken) olduğu için ortamdaki suyu emer ve böylece bariyer etkisini kaybeder. Bu nedenle, diğer plastiklerle (LDPE, PP, PA veya PET gibi) çevrili bir çekirdek katman olarak kullanılmalıdır. EVOH ayrıca sokak lambaları, trafik ışık direkleri ve gürültü önleyici duvarlarda korozyona karşı kaplama maddesi olarak kullanılır.

Etilen/akrilik asit kopolimerleri (EAA)

Etilen ve doymamış karboksilik asitlerin (akrilik asit gibi) kopolimeri, çeşitli malzemelere iyi yapışma, stres çatlamasına karşı direnç ve yüksek esneklik ile karakterize edilir. Bununla birlikte, etilen homopolimerlerine göre ısıya ve oksidasyona daha duyarlıdırlar. Yapışma arttırıcı olarak etilen/akrilik asit kopolimerleri kullanılır .

Polimerde doymamış bir karboksilik asidin tuzları varsa, termo-tersinir iyon ağları oluşur, bunlara iyonomerler denir . İyonomerler, metallere yüksek yapışma, yüksek aşınma direnci ve yüksek su emme ile karakterize edilen oldukça şeffaf termoplastiklerdir.

Doymamış esterli etilen kopolimerleri

Doymamış esterler etilen ile kopolimerize edilirse, alkol kısmı polimer omurgasında (etilen-vinil asetat kopolimerinde olduğu gibi) veya asit kısmında (örneğin etilen-etil akrilat kopolimerinde) olabilir. Etilen-vinil asetat kopolimerleri, yüksek basınçlı polimerizasyon ile LD-PE'ye benzer şekilde hazırlanır. Komonomer oranı, polimerin davranışı üzerinde belirleyici bir etkiye sahiptir.

Bozulmuş kristal oluşumu nedeniyle yoğunluk %10'luk bir komonomer payına kadar düşer. Daha yüksek oranlarda sayesinde birine yaklaşır polivinil asetat (1.17 g / cm ' 3 ). Azalan kristallik nedeniyle etilen vinil asetat kopolimerleri artan komonomer içeriği ile daha yumuşak hale gelmektedir. Polar yan gruplar kimyasal özellikleri önemli ölçüde değiştirir (polietilene kıyasla): komonomer içeriği ile hava direnci, yapışkanlık ve kaynaklanabilirlik artarken kimyasal direnç azalır. Ayrıca mekanik özellikler değişir: soğuk yükselmede gerilme çatlama direnci ve tokluk, akma gerilimi ve ısı direnci azalır. Çok yüksek oranda komonomer (yaklaşık %50) ile kauçuksu termoplastikler üretilir ( termoplastik elastomerler ).

Etilen-etil akrilat kopolimerleri, etilen-vinil asetat kopolimerlerine benzer şekilde davranır.

çapraz bağlama

Peroksit çapraz bağlama (PE-Xa), silan çapraz bağlama (PE-Xb), elektron ışını çapraz bağlama (PE-Xc) ve azo çapraz bağlama (PE-Xd) arasında temel bir ayrım yapılır.

Gösterilen peroksit, silan ve ışınlama çapraz bağlama

Gösterilenler peroksit, silan ve ışınlama çapraz bağlamadır. Her yöntemde, polietilen zincirinde (üst merkez), radyasyon (h·ν) veya peroksitler (ROOR) tarafından bir radikal üretilir. Daha sonra, iki radikal zincir ya doğrudan çapraz bağlanabilir (sol altta) veya dolaylı olarak silan bileşikleri (sağ altta) ile.

  • Peroksit çapraz bağlama (PE-Xa) : Peroksitler (örneğin dikumil veya di-tert-bütil peroksit ) kullanılarak polietilenin çapraz bağlanması hala büyük önem taşımaktadır. Engel işlemi olarak adlandırılan işlemde , bir HDPE ve %2 peroksit karışımı önce bir ekstrüderde düşük sıcaklıklarda karıştırılır ve daha sonra yüksek sıcaklıklarda (200 ve 250 °C arasında) çapraz bağlanır. Peroksit , polimer zincirinden hidrojen atomlarını soyutlayan (kaldıran) ve radikallere yol açan peroksit radikallerine (RO•) ayrışır . Bunlar birleştiğinde çapraz bağlı bir ağ oluşur. Ortaya çıkan polimer ağı tekdüze, düşük gerilimli ve yüksek esnekliğe sahiptir, bu sayede (ışınlanmış) PE-Xc'den daha yumuşak ve daha sağlamdır.
  • Silan çapraz bağlama (PE-Xb) : Silanların (örneğin trimetoksivinilsilan ) mevcudiyetinde polietilen başlangıçta ışınlama veya az miktarda bir peroksit ile Si- fonksiyonelleştirilebilir . Daha sonra Si-OH grupları, bir oluşturulabilir su banyosu ile hidroliz Si-O-Si köprüleri oluşması ile PE çapraz bağlanması daha sonra kondanse ve. [16] Dibütiltin dilaurat gibi katalizörler reaksiyonu hızlandırabilir.
  • Işınlama çapraz bağlama (PE-Xc) : Polietilenin çapraz bağlanması aynı zamanda bir akış aşağı radyasyon kaynağı (genellikle bir elektron hızlandırıcı , bazen bir izotopik yayıcı ) ile de mümkündür. PE ürünleri, hidrojen atomlarını ayırarak kristal erime noktasının altında çapraz bağlanır . β-radyasyonu 10 mm , ɣ-radyasyonu 100 mm'lik bir penetrasyon derinliğine sahiptir . Böylece iç kısımlar veya belirli alanlar çapraz bağlamanın dışında tutulabilir. Bununla birlikte, yüksek sermaye ve işletme maliyetleri nedeniyle radyasyon çapraz bağlaması, peroksit çapraz bağlamaya kıyasla yalnızca küçük bir rol oynar. Peroksit çapraz bağlanmasının aksine, işlem katı halde gerçekleştirilir . Böylece, çapraz bağlama esas olarak amorf bölgelerde gerçekleşirken, kristallik büyük ölçüde bozulmadan kalır.
  • Azo çapraz bağlama (PE-Xd) : Sözde Lubonil işleminde polietilen, sıcak tuz banyosunda ekstrüzyondan sonra önceden eklenmiş azo bileşikleri çapraz bağlanır .

Klorlama ve sülfoklorlama

Klorlu Polietilen (PE-C), %34 ila %44 arasında bir klor içeriğine sahip olan ucuz bir malzemedir. Bu karışımlarda kullanılan PVC yumuşak, kauçuğumsu chloropolyethylene böylece artan PVC matris içinde gömülü olduğu bir darbe direnci . Ayrıca hava direncini arttırır. Ayrıca PVC folyoların yumuşatılmasında, plastikleştiricilerin göçünü riske atmadan kullanılır. Klorlu polietilen, kablo ve kauçuk endüstrisinde kullanılan bir elastomer oluşturmak için peroksidik olarak çapraz bağlanabilir. Diğer poliolefinlere klorlu polietilen eklendiğinde yanıcılığı azaltır.

Ozona dayanıklı sentetik kauçuk için başlangıç ​​malzemesi olarak klorosülfonatlı PE (CSM) kullanılır .

Biyo bazlı polietilen

Braskem ve Toyota Tsusho Corporation , şeker kamışından polietilen üretmek için ortak pazarlama faaliyetlerine başladı . Braskem, Triunfo, Rio Grande do Sul, Brezilya'da yıllık 200.000 kısa ton (180.000.000 kg) üretim kapasiteli yeni bir tesis kuracak ve şeker kamışından elde edilen biyoetanolden yüksek yoğunluklu ve düşük yoğunluklu polietilen üretecek. .

Polietilen, buğday tanesi ve şeker pancarı da dahil olmak üzere diğer hammaddelerden de yapılabilir . Bu gelişmeler, fosil yakıt yerine yenilenebilir kaynaklar kullanıyor, ancak plastik kaynak konusu, plastik atıkların ve özellikle yukarıda gösterildiği gibi polietilen atıkların ardından şu anda ihmal edilebilir durumda .

Sürecin isimlendirilmesi ve genel açıklaması

Polietilen adı, çift bağ içermeyen elde edilen kimyasal bileşikten değil, içerikten gelir. Bilimsel adı polietilen sistematik olarak monomerin bilimsel adından türetilmiştir. Alken monomer , polimerizasyon işleminde uzun, bazen çok uzun bir alkana dönüşür . Bazı durumlarda, yapıya dayalı bir terminoloji kullanmak yararlıdır; bu gibi durumlarda IUPAC poli(metilen)'i önerir (poli(metandiil) tercih edilmeyen bir alternatiftir). İki sistem arasındaki isim farkı, polimerizasyon üzerine monomerin çift bağının açılmasından kaynaklanmaktadır . Adı PE olarak kısaltılmıştır . Benzer şekilde polipropilen ve polistiren sırasıyla PP ve PS olarak kısaltılır. Birleşik Krallık ve Hindistan'da polimer, bilimsel olarak tanınmamasına rağmen , ICI ticari adından yaygın olarak polietilen olarak adlandırılır .

Dipnotlar

Referanslar

bibliyografya

Dış bağlantılar