Polietilén

polietilén

A nagy sűrűségű polietilén nemzetközi újrahasznosítási jele
Az alacsony sűrűségű polietilén nemzetközi újrahasznosítási jele
Tábornok
Rövidítések PE, PE
Chem. képlet (C 2 H 4 ) n
Osztályozás
Reg. CAS szám 9002-88-4
Reg. EINECS szám 618-339-3
CHEBI 53227
Az adatok standard körülményeken (25 °C, 100 kPa) alapulnak, hacsak nincs másképp jelezve.
 Médiafájlok a Wikimedia Commons oldalon

A polietilén  az etilén hőre lágyuló polimerje , a poliolefinek osztályába tartozik [1] . Ez egy szerves vegyület, és hosszú molekulái vannak ... -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -..., ahol a "-" a szénatomok közötti kovalens kötéseket jelöli.

Ez egy fehér színű tömeg (a vékony lapok átlátszóak és színtelenek). Kémiailag ellenálló, dielektromos , ütésekre nem érzékeny ( lengéscsillapító ), melegítésre (80-120°C) lágyul, a tapadás (tapadás) rendkívül alacsony. Gyakran helytelenül celofánnak nevezik [2] .

Történelem

A polietilén feltalálója Hans von Pechmann német mérnök, aki először véletlenül szerezte meg ezt a polimert Eric Fawcett és Reginald Gibson mérnököknek köszönhetően. Eleinte a polietilént telefonkábelek gyártásához használták, és csak az 1950-es években kezdték el használni az élelmiszeriparban csomagolásként [3] .

Egy másik, tudományos körökben elfogadottabb változat szerint a polietilén fejlesztése az Imperial Chemical Industries cég alkalmazottainak az 1920-as évek óta végzett, az ipari gyártástechnológia kidolgozásáról szóló munkájából tekinthető meg. Az alkotás aktív szakasza a szintézis installáció telepítése után kezdődött, amellyel Fawcett és Gibson 1931-ben dolgozott. Kis molekulatömegű paraffinszerű terméket kaptak, amelynek monomer egysége hasonló a polietilénhez. Fossett és Gibson munkája 1933 márciusáig folytatódott, amikor is úgy döntöttek, hogy modernizálják a nagynyomású készüléket a jobb eredmények és a nagyobb biztonság érdekében. A korszerűsítés után a kísérleteket M. V. Perrinnel és J. G. Pattonnal folytatták, és 1936-ban az alacsony sűrűségű polietilén (LDPE) szabadalmával tetőztek. Az LDPE kereskedelmi gyártása 1938-ban kezdődött [4] .

A nagy sűrűségű polietilén (HDPE) története az 1920-as évek óta alakult ki, amikor Karl Ziegler elkezdett dolgozni az ionkoordinációs polimerizációs katalizátorok létrehozásán . 1954-ben a technológiát általában elsajátították, és szabadalmat szereztek. Később megkezdődött a HDPE ipari gyártása [4] .

Nevek

A különböző típusú polietiléneket általában sűrűség szerint osztályozzák [5] . Ennek ellenére a homopolimereknek és kopolimereknek számos általános elnevezése létezik , amelyek közül néhányat az alábbiakban sorolunk fel.

Ez a szakasz nem terjed ki a különböző kopolimerek, ionomerek és klórozott polietilén megnevezésére.

Molekulaszerkezet

A nagynyomású polietilén makromolekulák (n ≅ 1000) C 1 —C 4 oldalsó szénhidrogénláncokat tartalmaznak , a kisnyomású polietilén molekulák gyakorlatilag el nem ágaznak, nagyobb a kristályos fázis aránya, ezért ez az anyag sűrűbb; a közepes sűrűségű polietilén molekulák köztes pozíciót foglalnak el. Az oldalágak nagy száma magyarázza a kristályos fázis alacsonyabb tartalmát és ennek megfelelően az LDPE kisebb sűrűségét a HDPE-hez és a PSD-hez képest.

Különböző típusú polietilének polimerláncának szerkezetét jellemző mutatók
Index LDPE PSD HDPE
A CH 3 csoportok száma 1000 szénatomonként: 21.6 5 1.5
A CH 3 végcsoportok száma 1000 szénatomonként: 4.5 2 1.5
Etil ágak 14.4 egy egy
A kettős kötések száma 1000 szénatomonként 0,4-0,6 0,4-0,7 1,1-1,5
beleértve:
* vinil kettős kötések (R-CH=CH 2 ),% 17 43 87
* vinilidén kettős kötések, % 71 32 7
* transz-vinilén kettős kötések (R-CH=CH-R'), % 12 25 6
kristályossági fok, % 50-65 75-85 80-90
Sűrűség, g/cm³ 0,9-0,93 0,93-0,94 0,94-0,96

Alacsony nyomású polietilén

A HDPE fizikai és mechanikai tulajdonságai 20 °C-on
Paraméter Jelentése
Sűrűség, g/cm³ 0,94-0,96
Szakítófeszültség, kgf/cm²
* feszültségben 100-170
* statikus hajlításhoz 120-170
* vágáskor 140-170
Szakadási nyúlás, % 500-600
Rugalmassági modulus hajlításkor, kgf/cm² 1200-2600
Szakítószilárdság, kgf/cm² 90-160
Relatív nyúlás az áramlás kezdetén, % 15-20
Brinell keménység , kgf /mm² 1,4-2,5

A minta húzási sebességének növekedésével a szakítószilárdság és a szakadási nyúlás csökken, a szakítószilárdság pedig nő.

A hőmérséklet növekedésével csökken a polietilén szakítófeszültsége a húzás, a nyomás, a hajlítás és a nyírás során. és a szakadási nyúlás egy bizonyos határig növekszik, utána szintén csökkenni kezd

A nyomóerő, statikus hajlítás és nyíró feszültség változása a hőmérséklet függvényében (500 mm/perc alakváltozási sebességnél és 2 mm-es mintavastagságnál)
Szakítófeszültség, kgf/cm² Hőmérséklet, °C
húsz 40 60 80
tömörítés alatt 126 77 40 —
statikus kanyarban 118 88 60 —
vágásnál 169 131 92 53
Az LDPE hajlítási modulusának hőmérséklettől való függése
Hőmérséklet, °C −120 -100 −80 −60 −40 −20 0 húsz ötven
Rugalmassági modulus hajlításkor, kgf/cm² 28100 26700 23200 19200 13600 7400 3050 2200 970

A polietilén termékek tulajdonságai jelentősen függnek a gyártási módoktól (a hűtés sebességétől és egyenletességétől) és az üzemi feltételektől (hőmérséklet, nyomás, időtartam, terhelés stb.).

Ultra nagy molekulatömegű polietilén

A polietilén egy viszonylag új és ígéretes típusa az ultra nagy molekulatömegű polietilén (UHMW PE), amelyből származó termékek számos figyelemre méltó tulajdonsággal rendelkeznek: nagy szilárdság és ütésállóság széles hőmérsékleti tartományban (-200 ° C és + 100 ° C között). ), alacsony súrlódási együtthatójú, magas vegyszer- és kopásállósággal rendelkeznek, és katonai ügyekben (golyóálló mellények, sisakok gyártásához), gépészetben, vegyiparban stb.

Kémiai tulajdonságok

Kékes lánggal ég, gyenge fénnyel [8] , miközben paraffinszagot áraszt [9] , vagyis ugyanazt, ami az égő gyertyától származik .

Vízálló, nem lép reakcióba semmilyen koncentrációjú lúgokkal , semleges, savas és bázikus sók oldataival, szerves és szervetlen savakkal , még tömény kénsavval sem, de 50%-os salétromsav hatására szobahőmérsékleten és alacsony hőmérsékleten tönkremegy . folyékony és gáznemű klór és fluor hatása . A polietilén és a halogének reakciója számos nemzetgazdaságilag hasznos terméket eredményez, így ez a reakció felhasználható polietilén hulladék feldolgozására. A telítetlen szénhidrogénekkel ellentétben nem színezi el a brómos vizet és a kálium-permanganát oldatot [8] .

Szobahőmérsékleten oldhatatlan és nem duzzad egyik ismert oldószerben sem. Magas hőmérsékleten (80 °C) ciklohexánban és szén-tetrakloridban oldódik . Nagy nyomás alatt 180 °C-ig túlhevített vízben oldható .

Idővel megsemmisül a keresztirányú láncok közötti kötések kialakulásával, ami a ridegség növekedéséhez vezet az erő enyhe növekedése mellett. A levegőben lévő nem stabilizált polietilén termikus-oxidatív lebomláson (termikus öregedés) megy keresztül. A polietilén termikus öregedése radikális mechanizmussal megy végbe, amelyet aldehidek , ketonok , hidrogén-peroxid stb.

Getting

A feldolgozáshoz 2-5 mm-es granulátum formájában kerül forgalomba. Vannak nagy, közepes és alacsony nyomású polietilének, amelyek különböznek a makromolekulák szerkezetében és tulajdonságaiban. A polietilént etilén polimerizálásával állítják elő : [10]

PVD

A nagynyomású polietilén (LDPE) a következő körülmények között képződik:

A terméket autoklávban vagy csőreaktorban állítják elő. A reakció radikális mechanizmussal megy végbe . Az ezzel a módszerrel kapott polietilén tömeg szerinti átlagos molekulatömege 80 000-500 000 , kristályossági foka pedig 50-60 % . A folyékony terméket ezt követően granulálják . A reakció az olvadékban megy végbe.

PSD

A közepes nyomású polietilén (MPD) a következő körülmények között képződik:

A termék az oldatból pelyhek formájában kicsapódik. Az ezzel a módszerrel kapott polietilén tömeg szerinti átlagos molekulatömege 300 000–400 000, kristályossági foka 80–90%.

PND

Az alacsony nyomású polietilén (HDPE) a következő körülmények között képződik:

A polimerizáció az ionkoordinációs mechanizmus szerint szuszpenzióban megy végbe. Az ezzel a módszerrel kapott polietilén tömeg szerinti átlagos molekulatömege 80 000-300 000, kristályossági foka 75-85%.

Nem szabad megfeledkezni arról, hogy az „alacsony nyomású polietilén”, „közepes nyomás”, „nagy sűrűségű” stb. elnevezések pusztán retorikai jellegűek. Így a második és harmadik módszerrel kapott polietilén sűrűsége és molekulatömege azonos. A polimerizációs folyamatban a nyomás az úgynevezett alacsony és közepes nyomáson bizonyos esetekben azonos.

Egyéb módok a

Vannak más etilén polimerizációs módszerek is, például radioaktív sugárzás hatására, de ipari elosztásban nem részesültek.

Módosítások

Az etilén polimerek köre jelentősen bővíthető, ha kopolimerjeit más monomerekkel állítják elő, valamint kompozíciókat állítanak elő úgy, hogy egy típusú polietilént egy másik típusú polietilénnel, polipropilénnel , poliizobutilénnel, gumikkal stb.

A polietilén és más poliolefinek alapján számos módosítás érhető el - ojtott kopolimerek aktív csoportokkal, amelyek javítják a poliolefinek fémekhez való tapadását , színeznek, csökkentik a gyúlékonyságát stb.

Az úgynevezett „térhálósított” polietilén PE-S (PE-X) módosításai kitűnnek egymástól . A térhálósítás lényege, hogy a láncban lévő molekulák nem csak sorba kapcsolódnak, hanem oldalkötések is létrejönnek, amelyek a láncokat összekapcsolják egymással, ennek köszönhetően a termékek fizikai és kisebb mértékben kémiai tulajdonságai is. elég erősen változik.

A térhálósított polietilénnek 4 típusa van (a gyártási módszer szerint): peroxid, szilán, sugárzás és nitrogén. A PEX-b a legelterjedtebb, mivel a leggyorsabban és legolcsóbban gyártható.

A polietilén bizonyos dózisokkal történő sugárkezelése alakemlékező hatás megjelenéséhez vezet, és növeli a szilárdságot [11] .

Alkalmazás

A kis tonnatartalmú polietilént, az úgynevezett " ultranagy molekulatömegű polietilént ", amelyet kis molekulatömegű adalékanyagok hiánya, nagy linearitás és molekulatömeg jellemez, orvosi célokra használnak a porcszövetek helyettesítésére. az ízületek. Annak ellenére, hogy fizikai tulajdonságaiban kedvezően hasonlít a HDPE-hez és az LDPE-hez, a feldolgozás nehézsége miatt ritkán használják, mivel alacsony MFR-je van, és csak préseléssel dolgozzák fel.

Különféle intézkedéseket hoznak a műanyag zacskók okozta szennyezés leküzdésére, és mintegy 40 országban tiltották be vagy korlátozták a műanyag zacskók értékesítését és/vagy gyártását.

Ártalmatlanítás

Újrahasznosítás

A polietilén termékek újrahasznosíthatók és újrafelhasználhatók. A polietilént (az ultranagy molekulatömegűek kivételével) a műanyagoknál ismert összes módszerrel dolgozzák fel, például extrudálással , fúvott extrudálással, fröccsöntéssel , pneumatikus fröccsöntéssel . Polietilén extrudálás lehetséges olyan berendezéseken, amelyekben "univerzális" féreg van telepítve.

Égő

Ha a polietilént levegőn hevítik, a termikus-oxidatív bomlás illékony termékei a légkörbe kerülhetnek. A polietilén levegő vagy oxigén jelenlétében történő termikus lebomlása során több alacsony forráspontú vegyület keletkezik, mint a vákuumban vagy inert gáz atmoszférában történő termikus lebomlás során. A polietilén szerkezeti változásainak vizsgálata a levegőben, oxigén atmoszférában vagy O 2 és O 3 keverékében 150-210 °C hőmérsékleten lebomlás során azt mutatta, hogy hidroxil-, peroxid-, karbonil- és étercsoportok képződnek. Ha a polietilént 430°C-ra hevítik, nagyon mélyen bomlik le paraffinokra (65-67%) és olefinekre (16-19%). Ezenkívül a bomlástermékekben a következők találhatók: szén-monoxid (legfeljebb 12%), hidrogén (legfeljebb 10%), szén-dioxid (legfeljebb 1,6%). Az olefinek legnagyobb része általában etilén. A szén-monoxid jelenléte oxigén jelenlétét jelzi a polietilénben, azaz karbonilcsoportok jelenlétét.

Biológiai lebomlás

A Penicillium simplicissimum penészgombák három hónap alatt képesek részben hasznosítani a salétromsavval előkezelt polietilént . A polietilént viszonylag gyorsan lebontja a Nocardia asteroides baktérium . A déli pacsirtalepke ( Plodia interpunctella ) belében élő néhány baktérium nyolc hét alatt képes 100 mg polietilént lebontani. A tűzméh ( Galleria mellonella ) hernyói még gyorsabban tudják hasznosítani a polietilént [20] [21] .

A polietilén bomlása a szénatomok közötti kötések oxigénoxidációja miatt következik be. Ebben az esetben először alkoholcsoportok, majd karbonil- és karboxilcsoportok képződnek. A keletkező zsírsavak β-oxidációba lépnek, és acetil-CoA-vá bomlanak .

Biológiailag lebontó enzimek

A polietilén oxidáló képességét az alkán-monooxigenázok, lakkázok és mangán-peroxidázok esetében mutatták ki. [22]

Az alkán-monooxigenázok (AlkB) olyan enzimek, amelyek biológiailag lebontják az alkánokat. Elérhető olyan mikroorganizmusokban, amelyek képesek kőolajtermékeket energia- és szénforrásként használni. Hajtsa végre a következő reakciót:

Alkán + О2 + 2Н + + 2е → alkán-1-ol + Н2О [23]

A lakkázok olyan enzimek, amelyek a lignin biológiai lebontásában vesznek részt. A fenolos vegyületek oxidációja aktív fenolgyökök képződésével. A fenolos gyökök ezután más vegyületeket is oxidálhatnak, közvetítőként működve. A mediátorok jelenléte miatt a lakkázok alacsony specifitásúak, és számos vegyületet oxidálhatnak, beleértve a polietilént és esetleg más típusú műanyagokat is. [24]

A mangán-peroxidázok szintén részt vesznek a lignin biológiai lebontásában. A Mn +2 -t Mn +3 -má oxidálják . A Mn 3+ kationok vizes oldatban nem stabilak, ezért mangánkationok és karbonsavak kelátkomplexei, például oxalát, malonát, malát és laktát képződnek. Ezek a komplexek különféle vegyületeket oxidálhatnak, amelyek aztán önmagukban erős oxidálószerekké válnak. A mangán-peroxidázok sajátosságuk miatt nagyon alacsony specificitásúak, ami lehetővé teszi a polietilén oxidációját is. [25]

Lásd még

Megjegyzés

  1. ↑ 1 2 3 4 Polimerek leírása és minőségei - Polietilén . Letöltve: 2015. április 21. Az eredetiből archiválva : 2015. március 25..
  2. ↑ A csomagolás királya: Hogyan keletkezett a celofán ? Letöltve: 2015. április 21. Az eredetiből archiválva : 2015. április 19..
  3. ↑ A polietilén története: a műanyag zacskó váratlan születése . Hozzáférés dátuma: 2009. december 25. Az eredetiből archiválva : 2009. július 3.
  4. ↑ 1 2 J. White, D. Choi.// Polietilén, polipropilén és egyéb poliolefinek. - Szentpétervár: Szakma, 2007.
  5. ↑ Vasile C., Pascu M. Gyakorlati útmutató a polietilénhez. – Shawbury: Smithers Rapra Press, 2008.
  6. ↑ 1 2 3 4 5 Kuleznev V. N. (szerk.), Gusev V. K. (szerk.) // A műanyagfeldolgozási technológia alapjai. — M.: Kémia, 2004.
  7. ↑ Archivált másolat . Letöltve: 2021. július 8. Az eredetiből archiválva : 2021. július 9..
  8. ↑ 1 2 Tsvetkov L. A. § ​​10. A nagy molekulatömegű vegyületek fogalma // Szerves kémia. Tankönyv 10. évfolyamnak. — 20. kiadás. - M . : Nevelés , 1981. - S. 52-57. — 1.210.000 példány.
  9. ↑ Shulpin G. Ezek a különböző polimerek // Tudomány és élet . - 1982. - 3. sz . - S. 80-83 .
  10. ↑ Knunyats L. I. Chemical Encyclopedia. 4. évfolyam / szerk. Zefirova N. S. - M. : Great Russian Encyclopedia, 1995. - S. 639. - ISBN 5-85270-008-8 .
  11. ↑ Cheshuev V. I., Gladukh E. V., Saiko I. V. et al. Ipari gyógyszertechnológia / 2 részben, 1. rész // Vinnitsa, Nova Kniga, 2014. - 696 p., ill. ISBN 978-966-382-540-3 . S. 114.
  12. ↑ Nyomó és hajtókar: Oroszországban készült . Hozzáférés dátuma: 2009. december 26. Az eredetiből archiválva : 2009. december 28.
  13. ↑ XXI. századi páncél (elérhetetlen link) . Hozzáférés dátuma: 2009. december 26. Az eredetiből archiválva : 2009. június 27. 
  14. ↑ A Total Petrochemicals megalkotott egy polietilén forgóformázó csónakot . Letöltve: 2009. december 26. Az eredetiből archiválva : 2013. december 15..
  15. ↑ HDPE geomembrán . Letöltve: 2010. július 3. Az eredetiből archiválva : 2010. október 31..
  16. ↑ Új az életben, tudományban, technikában // M .: Tudás , 1970. 14. o.
  17. ↑ Pogosov A. Yu. , Dubkovsky V. A. Ionizáló sugárzás: radioökológia, fizika, technológia, védelem // Odessza: Tudomány és technológia, 2013. - 804 p., ill. ISBN 978-966-1552-27-1 . 469., 563. o.
  18. ↑ A tudósok azt javasolták, hogy polietilén sisakkal védjék meg az űrhajósokat a sugárzástól. Archív másolat 2021. január 18-án a Wayback Machine -nél // Cikk 08/15/2019 " TASS -Science".
  19. ↑ NEUTROSTOP árnyékoló blokkok archiválva 2022. január 21-én a Wayback Machine -nél // Cikk a kopos.ru webhelyen .
  20. ↑ Rusakova E. A hernyók alkalmazkodtak a polietilén gyors emésztéséhez . N+1 Online kiadás (2017. április 25.). Letöltve: 2017. április 25. Az eredetiből archiválva : 2017. április 26..
  21. ↑ Bombelli P., Howe CJ, Bertocchini F. Polietilén biológiai lebontása a Galleria mellonella viaszmoly hernyói által  // Current Biology. — Vol. 27.-P. R283-R293. - doi : 10.1016/j.cub.2017.02.060 .
  22. ↑ Victor Gambarini, Olga Pantos, Joanne M. Kingsbury, Louise Weaver, Kim M. Handley. A műanyagot lebontó mikroorganizmusok filogenetikai elterjedése  //  mSystems / Angela D. Kent. — 2021-02-23. — Vol. 6 , iss. 1 . — P.e01112–20 . — ISSN 2379-5077 . - doi : 10.1128/mSystems.01112-20 . Archiválva az eredetiből 2022. március 16-án.
  23. ↑ Rachel Narehood Austin, John T. Groves. Alkánoxidáló metalloenzimek a szénciklusban   // Metallomics . - 2011. - 20. évf. 3 , iss. 8 . - 775. o . - ISSN 1756-591X 1756-5901, 1756-591X . - doi : 10.1039/c1mt00048a . Az eredetiből archiválva : 2021. december 20.
  24. ↑ Stephen M. Jones, Edward I. Solomon. A lakkázok elektrontranszfer és reakciómechanizmusa  //  Cellular and Molecular Life Sciences. — 2015-03. — Vol. 72 , iss. 5 . — P. 869–883 . — ISSN 1420-9071 1420-682X, 1420-9071 . - doi : 10.1007/s00018-014-1826-6 .
  25. ↑ Hofrichter Márton. Áttekintés: lignin konverzió mangán-peroxidázzal (MnP)  (angol)  // Enzim- és mikrobiális technológia. - 2002-04. — Vol. 30 , iss. 4 . — P. 454–466 . - doi : 10.1016/S0141-0229(01)00528-2 . Archiválva az eredetiből 2022. február 22-én.

Irodalom

  Ugrás a Wikidata elemre  Szótárak és enciklopédiák
Bibliográfiai katalógusokban