Polyäthylen (hat PE abgekürzt), oder Polyäthylen (nennen IUPAC polyethene oder poly (Methylen)), sind der allgemeinste Plastik. Die jährliche Produktion ist etwa 80 Millionen Metertonnen. Sein primärer Gebrauch ist innerhalb des Verpackens (Plastikbeutel, Plastikfilme, geomembranes, usw.). Viele Arten von Polyäthylen sind bekannt, aber sie haben fast immer die chemische Formel (CH) H. So ist PE gewöhnlich eine Mischung der ähnlichen organischen Zusammensetzung, die sich in Bezug auf den Wert von n unterscheiden.

Eigenschaften

Physikalische Eigenschaften

Polyäthylen ist ein thermoplastisches Polymer, das aus langen Kohlenwasserstoff-Ketten besteht. Abhängig vom crystallinity und Molekulargewicht können ein Schmelzpunkt und Glasübergang oder können nicht erkennbar sein. Die Temperatur, bei der diese vorkommen, ändert sich stark mit dem Typ von Polyäthylen. Für allgemeine Handelssorten des Mediums - und dichtes Polyäthylen ist der Schmelzpunkt normalerweise in der Reihe. Der Schmelzpunkt für den durchschnittlichen, das kommerzielle, Polyäthylen der niedrigen Dichte ist normalerweise.

Chemische Eigenschaften

Der grösste Teil von LDPE, MDPE und HDPE Ränge haben ausgezeichneten chemischen Widerstand, bedeutend, dass es durch starke Säuren oder starke Basen nicht angegriffen wird. Es ist auch gegen sanften oxidants und abnehmende Agenten widerstandsfähig. Polyäthylen brennt langsam mit einer blauen Flamme, die einen gelben Tipp hat, und gibt einen Geruch von Paraffin ab. Das Material setzt fort, auf der Eliminierung der Flamme-Quelle zu brennen, und erzeugt ein Tropfrohr. Kristallene Proben lösen sich bei der Raumtemperatur nicht auf. Polyäthylen (anders als vernetztes Polyäthylen) kann gewöhnlich bei Hochtemperaturen in aromatischen Kohlenwasserstoffen wie Toluol oder xylene, oder in chlorierten Lösungsmitteln wie trichloroethane oder trichlorobenzene aufgelöst werden.

Prozess

Monomer

Die Zutat oder monomer sind Äthylen (IUPAC nennen ethene). Es hat die Formel CH, aus einem Paar von CH Gruppen bestehend, die durch eine Doppelbindung so verbunden sind:

Weil die Katalysatoren hoch reaktiv sind, muss das Äthylen von der hohen Reinheit sein. Typische Spezifizierungen, sind Äthan (allgemeiner Vorgänger zu Äthylen), und Methan. Äthylen wird gewöhnlich von petrochemischen Quellen erzeugt, sondern auch wird durch Wasserentzug von Vinylalkohol erzeugt.

Polymerisation

Äthylen ist ein ziemlich stabiles Molekül dass polymerizes nur auf den Kontakt mit Katalysatoren. Die Konvertierung ist hoch exothermic, der die Prozess-Ausgabe-viel Hitze ist. Koordination polymerization ist die durchdringendste Technologie, was bedeutet, dass Metallchloride oder Metalloxyde verwendet werden. Die allgemeinsten Katalysatoren bestehen aus dem Titan (III) Chlorid, die so genannten Ziegler-Natta Katalysatoren. Ein anderer allgemeiner Katalysator ist der Katalysator von Phillips, der durch das Niederlegen von Chrom (VI) Oxyd auf der Kieselerde bereit ist. Äthylen kann durch radikalen polymerization erzeugt werden, aber dieser Weg ist nur beschränktes Dienstprogramm und verlangt normalerweise Apparat des Hochdrucks.

Klassifikation von PE

Polyäthylen wird in mehrere verschiedene Kategorien gestützt größtenteils auf seiner Dichte und dem Ausbreiten eingeteilt. Die mechanischen Eigenschaften von PE hängen bedeutsam von Variablen wie das Ausmaß und der Typ des Ausbreitens, der Kristallstruktur und des Molekulargewichtes ab. Hinsichtlich verkaufter Volumina sind die wichtigsten Polyäthylen-Ränge HDPE, LLDPE und LDPE.

• Extremes hohes Molekulargewicht-Polyäthylen (UHMWPE)
• Extremes niedriges Molekulargewicht-Polyäthylen (ULMWPE oder PE-WACHS)
• Polyäthylen des hohen Molekulargewichtes (HMWPE)
• Dichtes Polyäthylen (HDPE)
• Dichtes vernetztes Polyäthylen (HDXLPE)
• Vernetztes Polyäthylen (PEX oder XLPE)
• Polyäthylen der mittleren Dichte (MDPE)
• Geradliniges Polyäthylen der niedrigen Dichte (LLDPE)
• Polyäthylen der niedrigen Dichte (LDPE)
• Polyäthylen "Sehr niedrige Dichte" (VLDPE)

UHMWPE ist Polyäthylen mit einem Molekulargewicht, das in den Millionen, gewöhnlich zwischen 3.1 und 5.67 Millionen numeriert. Das hohe Molekulargewicht macht es ein sehr zähes Material, aber läuft auf weniger effiziente Verpackung der Ketten in die Kristallstruktur, wie gezeigt, durch Dichten weniger hinaus als Polyäthylen der hohen Speicherdichte (zum Beispiel, 0.930-0.935 g/cm). UHMWPE kann durch jede Katalysator-Technologie gemacht werden, obwohl Katalysatoren von Ziegler am üblichsten sind. Wegen seiner hervorragenden Schwierigkeit und seiner Kürzung, Tragens und ausgezeichneten chemischen Widerstands, wird UHMWPE in einer verschiedenen Reihe von Anwendungen verwendet. Diese schließen ein kann und Flasche, die Maschinenteile, bewegende Teile auf Webmaschinen, Lagern, Getrieben, künstlichen Gelenken, Rand-Schutz auf Schlittschuhbahnen und den strammen Ausschüssen von Metzgern behandelt. Es bewirbt sich mit aramid in kugelsicheren Westen, unter tradenames Spectra und Dyneema, und wird für den Aufbau von Gelenkteilen von für den Hüfte- und Knie-Ersatz verwendetem implants allgemein verwendet.

HDPE wird durch eine Dichte von größeren oder gleichen 0.941 g/cm definiert. HDPE hat einen niedrigen Grad des Ausbreitens und so der stärkeren zwischenmolekularen Kräfte und der Zugbelastung. HDPE kann durch Katalysatoren des Chroms/Kieselerde, Ziegler-Natta Katalysatoren oder metallocene Katalysatoren erzeugt werden. Der Mangel am Ausbreiten wird durch eine passende Wahl von Katalysator (zum Beispiel, Chrom-Katalysatoren oder Ziegler-Natta Katalysatoren) und Reaktionsbedingungen gesichert. HDPE wird in Produkten und dem Verpacken wie Milchkännchen, reinigende Flaschen, Margarine-Kähne, Müll-Behälter und Huken verwendet. Ein Drittel aller Spielsachen wird von HDPE verfertigt. 2007 hat der globale HDPE Verbrauch ein Volumen von mehr als 30 Millionen Tonnen erreicht.

PEX ist ein Medium - zu dichtem Polyäthylen, das in die Polymer-Struktur eingeführte Quer-Verbindungsobligationen enthält, den thermoplast in einen elastomer ändernd. Die Hoch-Temperatureigenschaften des Polymers werden verbessert, sein Fluss wird reduziert, und sein chemischer Widerstand wird erhöht. PEX wird in einigen Sondieren-Systemen des trinkbaren Wassers verwendet, weil aus dem Material gemachte Tuben ausgebreitet werden können, um über einen Metallnippel zu passen, und es zu seiner ursprünglichen Gestalt langsam zurückkehren wird, einen dauerhaften, wasserdichtes, Verbindung bildend.

MDPE wird durch eine Dichte-Reihe von 0.926-0.940 g/cm definiert. MDPE kann durch Katalysatoren des Chroms/Kieselerde, Ziegler-Natta Katalysatoren oder metallocene Katalysatoren erzeugt werden. MDPE hat guten Stoß und Fall-Widerstand-Eigenschaften. Es ist auch weniger Kerbe, die empfindlich ist als HDPE, Betonungsknacken-Widerstand ist besser als HDPE. MDPE wird normalerweise in Gaspfeifen verwendet, und Ausstattungen, Säcke, lassen Film, Verpackungsfilm, Tragetaschen und Schraube-Verschlüsse zusammenschrumpfen.

LLDPE wird durch eine Dichte-Reihe von 0.915-0.925 g/cm definiert. LLDPE ist ein wesentlich geradliniges Polymer mit bedeutenden Anzahlen von kurzen Zweigen, die allgemein durch copolymerization von Äthylen mit dem Alpha-olefins der kurzen Kette (zum Beispiel gemacht sind, 1-butene, 1-hexene und 1-octene). LLDPE hat höhere Zugbelastung als LDPE, es stellt höheren Einfluss und Einstich-Widerstand aus als LDPE. Niedrigere Dicke (Maß) können Filme im Vergleich zu LDPE mit dem besseren Umweltbelastungsknacken-Widerstand geblasen werden, aber sind nicht als leicht in einer Prozession zu gehen. LLDPE wird im Verpacken, besonders Film für Taschen und Platten verwendet. Niedrigere Dicke kann im Vergleich zu LDPE verwendet werden. Kabelbedeckung, Spielsachen, Deckel, Eimer, Behälter und Pfeife. Während andere Anwendungen verfügbar sind, wird LLDPE vorherrschend in Filmanwendungen wegen seiner Schwierigkeit, Flexibilität und Verhältnisdurchsichtigkeit verwendet. Produktbeispiele erstrecken sich aus landwirtschaftlichen Filmen, saran Hülle und Luftblase-Hülle, zur Mehrschicht und den zerlegbaren Filmen. 2009 hat der LLDPE Weltmarkt ein Volumen von fast US$ 24 Milliarden (€ 17 Milliarden) erreicht.

LDPE wird durch eine Dichte-Reihe von 0.910-0.940 g/cm definiert. LDPE hat einen hohen Grad des kurzen und langen Kettenausbreitens, was bedeutet, dass sich die Ketten in die Kristallstruktur ebenso nicht verpacken lassen. Es, hat deshalb, weniger starke zwischenmolekulare Kräfte, wie die Anziehungskraft des veranlassten Dipols des sofortigen Dipols weniger ist. Das läuft auf eine niedrigere Zugbelastung und vergrößerte Dehnbarkeit hinaus. LDPE wird durch freien radikalen polymerization geschaffen. Der hohe Grad des Ausbreitens mit langen Ketten gibt geschmolzene LDPE einzigartige und wünschenswerte Fluss-Eigenschaften. LDPE wird sowohl für starre Behälter als auch für Plastikfilmanwendungen wie Plastikbeutel und Filmhülle verwendet. 2009 hatte der globale LDPE Markt ein Volumen um US$ 22.2 Milliarden (€ 15.9 Milliarden).

VLDPE wird durch eine Dichte-Reihe von 0.880-0.915 g/cm definiert. VLDPE ist ein wesentlich geradliniges Polymer mit hohen Niveaus von Zweigen der kurzen Kette, die allgemein durch copolymerization von Äthylen mit dem Alpha-olefins der kurzen Kette (zum Beispiel gemacht sind, 1-butene, 1-hexene und 1-octene). VLDPE wird meistens mit metallocene Katalysatoren wegen der größeren co-monomer durch diese Katalysatoren ausgestellten Integration erzeugt. VLDPEs werden für Schlauch und Röhren, eingefrorene und Eisnahrungsmitteltaschen, das Nahrungsmittelverpacken und die Strecken-Hülle sowie die Einfluss-Modifikatoren, wenn vermischt, mit anderen Polymern verwendet.

Kürzlich hat sich viel Forschungstätigkeit auf die Natur und den Vertrieb von langen Kettenzweigen in Polyäthylen konzentriert. In HDPE kann eine relativ kleine Zahl von diesen Zweigen, vielleicht 1 in 100 oder 1,000 Zweigen pro Rückgrat-Kohlenstoff, die rheological Eigenschaften des Polymers bedeutsam betreffen.

Copolymerisate

Zusätzlich zu copolymerization mit dem Alpha-olefins kann Äthylen auch copolymerized mit einer breiten Reihe anderen monomers und ionischer Zusammensetzung sein, die ionisierte freie Radikale schafft. Allgemeine Beispiele schließen Vinylazetat ein (das resultierende Produkt ist Azetatcopolymerisat des Äthylen-Vinyls oder EVA, der weit im athletischen Schuh alleiniger Schaum verwendet ist), und eine Vielfalt von acrylates. Anwendungen des Acrylcopolymerisats schließen das Verpacken und die sportlichen Waren und den Superweichmacher ein, der für die Zementproduktion verwendet ist.

Geschichte

Polyäthylen wurde zuerst vom deutschen Chemiker Hans von Pechmann synthetisiert, der es zufällig 1898 vorbereitet hat, während er diazomethane geheizt hat. Als seine Kollegen Eugen Bamberger und Friedrich Tschirner das Weiß charakterisiert haben, wächsern Substanz, die er geschaffen hatte, haben sie anerkannt, dass sie lange-ch-Ketten enthalten hat und es Polymethylen genannt hat.

Die erste industriell praktische Polyäthylen-Synthese wurde (wieder zufällig) 1933 von Eric Fawcett und Reginald Gibson bei den ICI-Arbeiten in Northwich, England entdeckt. Nach der Verwendung des äußerst hohen Drucks (mehrere hundert Atmosphären) zu einer Mischung von Äthylen und benzaldehyde haben sie wieder ein Weiß, wächsern, materiell erzeugt. Weil die Reaktion durch die Spur-Sauerstoff-Verunreinigung in ihrem Apparat begonnen worden war, war das Experiment zuerst, schwierig sich zu vermehren. Erst als 1935, dass ein anderer ICI Chemiker, Michael Perrin, diesen Unfall in eine reproduzierbare Hochdrucksynthese für Polyäthylen entwickelt hat, das die Basis für die LDPE Industrieproduktion geworden ist, die 1939 beginnt. Weil, wie man fand, Polyäthylen sehr Eigenschaften des niedrigen Verlustes bei sehr hohen Frequenzfunkwellen hatte, wurde der kommerzielle Vertrieb in Großbritannien auf dem Ausbruch des Zweiten Weltkriegs aufgehoben, Geheimhaltung auferlegt und der neue Prozess wurde verwendet, um Isolierung für die UHF und SHF koaxialen Kabel von Radarsätzen zu erzeugen. Während des Zweiten Weltkriegs wurde weitere Forschung auf dem ICI-Prozess getan, und 1944 haben Bakelite Corporation an Sabine, Texas und Du Pont am Charleston, West Virginia, in großem Umfang kommerzielle Produktion laut der Lizenz von ICI begonnen.

Der Durchbruch-Grenzstein in der kommerziellen Produktion von Polyäthylen hat mit der Entwicklung von Katalysator begonnen, die den polymerization bei milden Temperaturen und Druck fördern. Der erste von diesen war ein Chrom Trioxid-basierter Katalysator entdeckt 1951 von Robert Banks und J. Paul Hogan an Erdöl von Phillips. 1953 hat der deutsche Chemiker Karl Ziegler ein katalytisches System entwickelt, das auf Titan-Halogeniden und Organoaluminium-Zusammensetzungen gestützt ist, die an noch milderen Bedingungen gearbeitet haben als der Katalysator von Phillips. Der Katalysator von Phillips ist weniger teuer und leichter, mit jedoch zu arbeiten, und beide Methoden werden industriell schwer verwendet. Am Ende der 1950er Jahre sowohl der Phillips wurden - als auch die Ziegler-Typ-Katalysatoren für die HDPE Produktion verwendet. In den 1970er Jahren wurde das System von Ziegler durch die Integration des Magnesium-Chlorids verbessert. Katalytische Systeme, die auf auflösbaren Katalysatoren, dem metallocenes gestützt sind, wurden 1976 von Walter Kaminsky und Hansjörg Sinn aufgesucht. Der Ziegler- und die mit Sitz in metallocene Katalysator-Familien haben sich erwiesen, an copolymerizing Äthylen mit anderem olefins sehr flexibel zu sein, und sind die Basis für die breite Reihe von Polyäthylen-Harzen verfügbar heute, einschließlich sehr niedrigen Dichte-Polyäthylens und geradlinigen Polyäthylens der niedrigen Dichte geworden. Solche Harze, in der Form von Fasern wie Dyneema, haben (bezüglich 2005) begonnen, um aramids in vielen Anwendungen der hohen Kraft zu ersetzen.

Anwendungen

Polyäthylen ist in Verbrauchsgütern allgegenwärtig. In seiner Schaum-Form wird Polyäthylen im Verpacken, der Vibrieren-Dämpfung und der Isolierung, als eine Barriere oder Ausgelassenheitsbestandteil, oder als Material für das Polstern verwendet. Polyäthylen-Schaum wird am häufigsten als ein Verpackungsmaterial gesehen. Polyäthylen-Schaum ist schwimmend, es populär für den Seefahrtsgebrauch machend. Viele Typen von Polyäthylen-Schaum werden für den Gebrauch in der Nahrungsmittelindustrie genehmigt. Gefunden in allen Typen des Verpackens wird Polyäthylen-Schaum verwendet, um Möbel, Computerbestandteile, Elektronik, sportliche Waren, Werke, eingefrorene Nahrungsmittel, Kleidung zu wickeln, Bälle, Zeichen, Metallprodukte, und mehr rollend. Polyethelyne, besonders HDPE wird häufig in Druck-Pfeife-Systemen wegen seiner Trägheit, Kraft und Bequemlichkeit des Zusammenbaues verwendet.

Umweltprobleme

Obwohl Äthylen von renewables erzeugt werden kann, wird Polyäthylen von Erdöl- oder Erdgas hauptsächlich gemacht.

Plastik von Biodegrading

Eines der Hauptprobleme von polyethelyne ist, dass ohne spezielle Behandlung es nicht biologisch abbaubar ist, und so anwächst. In Japan, das von Plastik auf eine umweltfreundliche Weise loswird, war das Hauptproblem besprochen bis zur Katastrophe von Fukushima 2011. Es wurde als ein Markt von $ 90 Milliarden für Lösungen verzeichnet. Seit 2008 hat Japan die Wiederverwertung von Plastik schnell vergrößert, aber hat noch eine große Rate der Plastikverpackung, die zur Verschwendung geht.

Während der 1980er Jahre und der 1990er Jahre wurde es gezeigt, dass viele gefährdete Seearten einschließlich Vögel, die in der Seeumgebung leben, an der Extragefahr, mit Tausenden von Fällen der Erstickung davon sind, Plastikbeutel oder Plastikinhalt zu schlucken.

Im Mai 2008 hat Daniel Burd, ein 16-jähriger Kanadier, die weite Kanada Wissenschaftsmesse in Ottawa nach dem Entdecken gewonnen, dass Pseudomonas fluorescens, mit der Hilfe von Sphingomonas, mehr als 40 % des Gewichts von Plastikbeuteln in weniger als drei Monaten erniedrigen kann.

2009 wurde es von einem Einwohner der Hawaiiinseln nach dem Zurückbringen von einer Schiff-Rasse entdeckt, die sich abgebaut ist, ist Plastik ein Hauptgrund zu Seelebenszerstörung, in mit dem Plankton gemischt werden, das in der Größe und dem Gewicht, aber in viel größeren Zahlen vergleichbar ist.

2010 hat ein japanischer Forscher Akinori Ito den Prototyp einer Maschine veröffentlicht, die Öl von Polyäthylen mit einem kleinen, geschlossenen Dampf-Destillationsprozess schafft.

Lebensabgeleitetes Polyäthylen

Braskem and Toyota Tsusho Corporation hat Gemeinsame Markttätigkeiten angefangen, um Polyäthylen vom Zuckerrohr zu erzeugen. Braskem wird eine neue Möglichkeit an ihrer vorhandenen Industrieeinheit in Triunfo, RS, Brasilien mit einer jährlichen Produktionskapazität dessen bauen, und wird dichtes Polyäthylen (HDPE) erzeugen, und Polyäthylen der niedrigen Dichte (LDPE) von bioethanol ist auf Zuckerrohr zurückzuführen gewesen.

Polyäthylen kann auch von anderem feedstocks, einschließlich des Weizen-Kornes und der Rübe gemacht werden.

Diese Entwicklungen verwenden erneuerbare Mittel aber nicht fossilen Brennstoff, obwohl das Problem der Plastikquelle im Gefolge der Plastikverschwendung und in der besonderen Polyäthylen-Verschwendung, wie gezeigt, oben zurzeit unwesentlich ist.

Das Verbinden

Allgemein verwendete Methoden, um sich Polyäthylen-Teilen anzuschließen, schließen zusammen ein:

• Heißes Benzin, das sich schweißen lässt
• Befestigung
• Infrarotschweißen
• Laser, der sich schweißen lässt
• Überschallschweißen
• Hitze, die auf Robbenjagd geht
• Kolben-Hitzefusion

Bindemittel und Lösungsmittel werden selten verwendet, weil Polyäthylen nichtpolar ist und einen hohen Widerstand gegen Lösungsmittel hat. Druck empfindliche Bindemittel (PSA) ist ausführbar, wenn die Oberfläche behandelte Flamme ist oder Korona behandelt hat.

Allgemein verwendete Bindemittel schließen ein:

• Streuung des lösenden Typs PSAs
• Polyurethan-Kontakt-Bindemittel
• Zweiteiliges Polyurethan oder Epoxydharz-Bindemittel
• Heißer Vinylazetatcopolymerisat schmilzt Bindemittel

Nomenklatur und allgemeine Beschreibung des Prozesses

Das Namenpolyäthylen kommt aus der Zutat und nicht der resultierenden chemischen Zusammensetzung, die keine Doppelbindungen enthält. Der wissenschaftliche Name polyethene wird aus dem wissenschaftlichen Namen des monomer systematisch abgeleitet. Der alkene monomer wandelt sich zu einem langen, manchmal sehr lange, alkane im Polymerization-Prozess um. In bestimmten Fällen ist es nützlich, eine Struktur-basierte Nomenklatur zu verwenden; in solchen Fällen empfiehlt IUPAC poly (Methylen) In bestimmten Fällen es ist nützlich, eine Struktur-basierte Nomenklatur zu verwenden; in solchen Fällen empfiehlt IUPAC poly (Methylen) (poly (methanediyl) ist eine nichtbevorzugte Alternative. IUPAC Provisorische Empfehlungen auf der Nomenklatur der Organischen Chemie durch H. A. Favre und W. H. Powell, um 2005. </ref> Der Name wird zu PE abgekürzt. In einem ähnlichen Weise-Polypropylen und Polystyrol werden zu SEITEN und PS beziehungsweise verkürzt. Im Vereinigten Königreich wird das Polymer Polyäthylen allgemein genannt, obwohl das wissenschaftlich nicht anerkannt wird.

Bibliografie

Links

• Die Geschichte von Polyäthylen: Die zufällige Geburt von Plastikbeuteln
• Polyäthylen technische Eigenschaften & Anwendungen
• Artikel, der die Entdeckung von Sphingomonas als ein biodegrader von Plastikbeuteln Kawawada, Karen, Die Aufzeichnung (am 22. Mai 2008) beschreibt.