Polietilen

Polietileni predstavljajo največjo skupino termoplastov, njihove lastnosti pa so odvisne od načina pridobivanja. Najstarejši je LDPE z nizko gostoto, homopolimer z dolgimi verigami in nizko kristaliničnostjo, pridobivajo ga pod visokim pritiskom. Z uporabo Ziegler-Natta katalizatorjev in nizkim pritiskom dobijo HDPE, ki je linearni kopolimer, manj razvejan, zato je visoko kristaliničen in ima visoko gostoto. Novejši tip PE je linearni LLDPE z nizko gostoto, vendar brez razvejanih dolgih verig, ki so karakteristične za LDPE, podobno kot HDPE ima linearno molekulsko strukturo, vendar v primerjavi s HDPE mnogo kratkih verižnih razvejanj, ki znižajo stopnjo kristaliničnosti in gostoto. LLDPE je cenejši in enostavnejši za predelavo kot LDPE, ima pa isto področje uporabe. S pomočjo novih metalocenskih katalizatorjev se razvoj LDPE in LLDPE še nadaljuje. Skupna svetovna proizvodnja PE znaša okrog 100 milijonov ton na liter; na 10 največjih proizvajalcev PE-LD/LLD odpade okrog 45 % svetovne proizvodnje. Glede količine so polietileni najpomembnejša skupina termoplastov. Imajo odlično kombinacijo lastnosti in so enostavni za predelavo.
  • Lastnosti polietilena

Pri ohlajevanju taline polietilen kristalizira, segmenti posameznih verig se zložijo v urejene kristalite. Kristalizacija se nadaljuje tudi po strditvi PE in jo lahko pospešimo s toplotno obdelavo. Pri tem okrog kristalitov nastajajo tudi neurejena amorfna območja. Kristalinični in amorfni segmenti dajejo strukturo (morfologijo) t. i. sferolitov (sferična struktura, ki raste iz centra kristalizacije). Kristalizacija zato ni popolna in govorimo o delno kristaliničnih termoplastih. Kristalinično območje ima višjo gostoto kot amorfno. Tako raste gostota s stopnjo kristalizacije. HDPE ima molekulske verige, ki imajo malo ali nič kratkih stranskih skupin in ga imenujemo linearni polietilen. Linearna struktura ima za posledico visoko kristaliničnost. LDPE pa ima tako kratke kot dolge stranske verige in ga imenujemo razvejan polietilen, za katerega je značilna nizka kristaliničnost in s tem nizka gostota. Pri LDPE kontrolirajo stranske verige in s tem gostoto s pritiskom in temperaturo v reaktorju. Linearne polietilene razdelimo glede na gostoto v tri glavne skupine: ULDPE (ultra low density) ali VLDPE (very low density) z gostotami pod 0,915 g/cm3, linearni LLDPE z gostoto 0,915–0,940 g/cm3 in HDPE (high density) z gostoto nad 0,94 g/cm3. Razvejani polietileni imajo gostote med 0,910 g/cm3 in 0,940 g/cm3, najdemo jih tudi v kopolimerih s polarnimi stranskimi skupinami, npr. vinil acetat v EVA. K linearnim polietilenom spadajo tudi visokomolekularni tipi, npr. UHMW (ultra high) z molekulsko maso do 6 milijonov. Z naraščajočo gostoto zaradi višje kristaliničnosti naraščajo temperatura tališča, natezna trdnost, E-modul in trdota ter obstojnost na topila ter bariera za pline in vlago. Nižja pa je udarna žilavost in transparentnost, material pa je bolj občutljiv na napetostne razpoke. Materiali z nižjo gostoto so mehkejši in bolj transparentni. Visoka molekulska teža pomeni tudi višjo obstojnost na kemikalije, višje uporabne temperature in žilavost pri nizkih temperaturah. Prepustnost za pline in transparentnost pa nista odvisna od molekulske teže, pač pa le od kristaliničnosti. Ožja porazdelitev molekulskih tež daje višjo stopnjo kristaliničnosti in boljše mehanske lastnosti. Material je hkrati težje predelovati.

Vremenska obstojnost in obstojnost na kemikalije je slabša pri razvejanih PE. Terciarni ogljikov atom, povezan s tremi drugimi ogljikovimi atomi, ne daje dovolj močne vezi, zato pride do razgradnje pri predelavi s previsoko temperaturo in pri delovanju kisika ter sončne svetlobe. Zato mu je, podobno kot PP in ostalim poliolefinom, potrebno dodajati antioksidante ter UV-stabilizatorje. Polietilen je odporen na vodo, raztopine soli, baze in večino kislin, načenjajo pa ga močno oksidativne spojine, kot je npr. kadeča se žveplena kislina, koncentrirana solitrna kislina, kromožveplova kislina, klorosulfonska kislina, halogeni in določeni tipi detergentov. Omenjene kemikalije povzročajo napetostno korozijo.

Aditivi za folije in filme so antiblokirni dodatki, npr. kreda ali pa silika, ki preprečujejo lepljenje folije zaradi elektrostatičnosti. Za proizvodnjo penjenega PE se uporabljajo kemijska penila ali raztapljanje dušika v talini pod pritiskom. Kaolin se dodaja v folije, podobne papirju, in tvori fine pore pri biaksialni orientaciji folij. LDPE, polnjen z do 80 % barijevega ferita, se uporablja za magnetne letve v hladilnikih.
  • LDPE, razvejan polietilen nizke gostote ima verigo –CH2–CH2–CH2–, kjer je H-atom včasih zamenjan z alkilno skupino 2–8 ogljikovih atomov, kar daje lahko tekočo talino. Zato se LDPE pogosto primeša težje tekočemu LLDPE in mu tako izboljša predelovalne lastnosti. LDPE ima nizko kristalizacijo 40–50 % in tališče 105–120 °C.
    Največje področje uporabe LDPE/LLD je embalaža. Za embaliranje hrane se največkrat uporabljajo večslojne folije, pri čemer služi LDPE za pečatenje ali pa kot vmesni material, ki daje zahtevano žilavost. Druge komponente v takšnih folijah so še EVOH, PA, PET, HDPE in orientiran PP. Pokrivne raztezne folije, s katerimi lahko zaščitimo različno velike palete z eno širino folije, so večslojne folije.

  • LLDPE, linearni PE z nizko gostoto, ima za 50 % višjo togost in za 15 °C višje tališče od LDPE, folije iz LLDPE so zaradi visoke kristaliničnosti manj prozorne, raztezek pri pretrgu pa je višji, zato folije prenesejo višje obremenitve. LLDPE z butenom kot komonomerom ima 50 % višjo udarno in pretržno trdnost kot LDPE. Vrečke iz LLD ali HDPE nosijo 12 polnih pločevink, iz LDPE pa dvakrat manj.

  • VLDPE tipi imajo zelo nizko gostoto, 0,88 g/cm3, vključujejo pa različne komonomere, zato so nizko kristalinični in mehki, z nizkimi E-moduli, ki so podobni gumijastemu EVA.
  • HDPE je PE visoke gostote, zgrajen iz linearnih verig –CH2–CH2– brez stranskih skupin, zato je kristaliničnost do 95 % in gostota do 0,965 g/cm3, tališče pa do 140 °C. Visoka gostota pomeni visoko natezno trdnost, togost, temperaturo zmehčanja in kemijsko obstojnost, obstojnost na napetostne razpoke in udarna trdnost pa sta slabši. Z višjo molekulsko težo narašča natezna trdnost, raztezek pri pretrgu, udarna trdnost pri nizkih temperaturah in obstojnost na napetostne razpoke. Istočasno naraste viskoznost taline in material se težje predeluje.
    HDPE uporabljamo za folije, plastenke in zaboje za transport. HDPE kontejnerji za odpadke imajo lahko volumen do 1000 litrov, pihane posode volumna do 200 litrov se uporabljajo za shranjevanje in transport tekočin in kemikalij. Vsi avtomobili so opremljeni s pihanimi HDPE rezervoarji za bencin. HDPE uporabljamo za cevi za vodo v premerih do 1500 mm, za cevi in posode v kemijski industriji ter za kable za optična vlakna. Za plinske instalacije in talno gretje pa uporabljamo zamreženi PE-X. Bimodalni PE vsebujejo visokomolekularni del, ki daje trdnost in žilavost, ter nizkomolekularni del, ki omogoča lažjo predelavo. 
  • UHMWPE – ultra visokomolekularni PE ima molekulske mase 3–6 milijonov, 20-krat daljše verige kot HDPE, posledica je ekstremna žilavost in obrabna obstojnost. Vendar pa je indeks tečenja 0 in material ne teče pri točki tališča, ampak se spremeni v prozoren material. Zato ga predelujemo s sintranjem. PE-X (zamreženi PE) ima višjo temperaturno oblikovno obstojnost, boljšo obstojnost na napetostno korozijo. Največje področje uporabe so kabelske izolacije, cevi za toplo vodo in zamrežene pene.