polyetylen

Polyetylen fremstilles ved polymerisasjon av etylen.
Polyetylen
Lisens: CC BY SA 3.0

Polyetylen er råstoff for den mest brukte av alle plasttyper, nemlig PE-plast. Kjemisk sett er polyetylen en polymer.

Faktaboks

Uttale
polyetylˈen
Også kjent som
polyeten
symbol PE

Kjemisk sammensetning

Polyetylen har kjemisk formel (–CH2–CH2–)n og fremstilles ved polymerisasjon av etylen.

Det er et rent hydrokarbon (polyalken) som er beslektet med parafinvoks. Polyetylen som blir brukt som plastmateriale, har imidlertid langt høyere styrke enn voksen, fordi molekylene er så mye lengre (relative molekylmasser fra cirka 15 000 til flere millioner), som er innfiltret i hverandre og bundet sammen ved at de stykkevis danner små krystallinske områder (krystallitter) med hverandre. Krystallittene sprer lyset slik at selv ren polymer har et blakket eller hvitt utseende dersom den inneholder tilstrekkelig konsentrasjon av små krystaller. Ren polyetylen oppfattes som gjennomsiktig eller hvit, avhengig av tykkelse på materialet og størrelse på og konsentrasjon av krystallitter.

Som plast blir polyetylen tilsatt antioksidanter, ultrafiolettabsorberende stoffer, pigmenter, fyllstoffer, smøremidler og antistatiske midler for å kontrollere de fysiske egenskapene til materialet, slik at det passer bedre til bestemte formål. Polyetylen som skal brukes utendørs («sommerledninger», landbruksfolie) er ofte tilsatt sot for å beskytte ytterligere mot sollysets nedbrytende virkning (fotooksidasjon).

Typer

Polyetylen produseres i tre hovedtyper:

  1. Lavdensitetspolyetylen (LD-polyetylen, LDPE eller PEL), myk type med densitet 0,910–0,925 gram per kubikkcentimeter (g/cm3) og smelteområde 110–115 grader celsius (°C).
  2. Høydensitetspolyetylen (HD-polyetylen, HDPE, PE-HD eller PEH), hard type med litt høyere densitet og smelteområde, henholdsvis 0,940–0,965 g/cm3 og 130–140 °C.
  3. Middelsdensitetspolyetylen (MD-polyetylen, MDPE eller PEM), middels hard type.

Fra den mykeste til den hardeste typen øker krystalliniteten fra cirka 50 prosent til cirka 80 prosent. Dette skyldes at polymermolekylene i de mykere kvalitetene er noe forgrenet, mens de i de hardere er nesten helt lineære (uforgrenet) og derfor lettere kan danne krystallitter.

Til polyetylenene regnes også kopolymerer der etylenet er kopolymerisert med relativt små mengder av et α-alken, for eksempel heksen-1, til et lineært (uforgrenet) polyetylen. Heksenet vil gi butyl-sidegrupper som har samme virkning som de ovennevnte forgreningene. Disse polyetylenene kalles lineære lavdensitetspolyetylener (LLD-polyetylen, LLDPE eller LPEL) og lineære middelsdensitetspolyetylener.

Modifiserte polyetylener

Av kjemisk modifiserte polyetylener kan nevnes polyetylen som er tverrbundet («vulkanisert», fornettet), slik at formstabiliteten, rivestyrken og motstanden mot sprekking blir bedre. Dette skjer ved bestråling eller med peroksider, og slik polyetylen har symbol PEX.

Økt slagfasthet og motstand mot sprekking fås også ved kopolymerisasjon med små mengder heksen-1, buten-1 eller propylen. Med noe større mengder fås ekstra myke polyetylener med «ultralav» densitet (0,88–0,89 g/cm3), ULDPE, som blant annet brukes som emballasjefilm. Den utmerker seg ved sin tøyelighet, sin motstand mot perforering og riving og sin lette varmforseglbarhet.

Viktige derivater av polyetylen er klorert polyetylen og klorsulfonert polyetylen.

Om kopolymerer med akrylsyre, se ionomer. Se også etylen-propylen-kopolymerer, etylenvinylacetat-kopolymerer.

Egenskaper

Polyetylen er termoplastisk. Under om lag 60 °C er forbindelsen ikke løselig, men i enkelte organiske væsker sveller den noe. Den er meget motstandsdyktig mot vandige løsninger, baser og ikke-oksiderende syrer. Gjennomtrengeligheten for luft er høyere enn for mange andre plasttyper, men for vanndamp er den særdeles lav. Slagfastheten er meget god, og det blir ikke sprøtt før ved svært lave temperaturer (–70 °C). Støpte gjenstander kan imidlertid ha indre spenninger som kan lede til sprekkdannelse under spesielle forhold.

Polyetylen leder ikke elektrisk strøm og har liten relativ permittivitet, og brukes derfor som elektrisk isolasjon og innen kommunikasjonselektronikk.

Fremstilling

Polyetylen ble etter all sannsynlighet først oppdaget i 1898, men på det tidspunktet så man ikke nytteverdien i det hvite, vokslignende materialet. I 1933 gjenoppdaget man ved en tilfeldighet polyetylen i et laboratorieforsøk ved Imperial Chemical Industries i Storbritannia, og det ble satt i produksjon i 1939 under varemerket Alkathene (fra 1940). Høytrykksprosessen som ble brukt for fremstillingen av dette LD-polyetylenet er i prinsippet den som fremdeles brukes.

Høytrykksprosessen

Etylen polymeriseres under høyt trykk (150–350 megapascal) og ved 150–300 °C med peroksider som initiator, enten i en autoklavreaktor eller til dels i en rørreaktor. Forgreningene på polymermolekylene skyldes bireaksjoner ved en slik friradikal-polymerisasjon; de fleste er korte (kortkjedeforgreninger) og noen få er lange som polymerkjedene selv.

Lavtrykksprosessen

Produksjonen av lineært (uforgrenet) HD-polyetylen ble først mulig midt i 1950-årene etter oppdagelsen av egnede koordinasjonskatalysatorer (Ziegler-Natta-katalysatorer og krom- eller molybdenforbindelser på en bæremasse). Trykket kunne da reduseres til under 10 megapascal. Prosessen utføres enten som en suspensjonsprosess, der katalysatoren og den dannede polymeren holdes suspendert i en væske (pentan, heksan) eller som en gassfaseprosess, der katalysatorpartiklene holdes svevende (fluid bed) i en strøm av etylengassen som polymeriserer utenpå disse. Ved å kopolymerisere etylenet med litt heksen-1 i denne prosessen kan man få de tidligere nevnte lineære LD- og MD-polyetylenene. (De tidligere betegnelsene «høytrykks»- og «lavtrykkspolyetylen» om henholdsvis LD- og HD-polyetylen er derfor foreldet.)

Anvendelse

Lavdensitets-polyetylen brukes ofte i tynne plastfilmer eller poser. Bokstavene PE-LD eller LD-PE, sammen med tallet 4, angir at dette er lavdensitets-polyetylen som kan gjenvinnes.

Polyetylen er så billig og lett å bearbeide etter alle vanlige metoder for termoplaster (se plast) at det blir brukt til mange formål. Noen eksempler er emballasje-, bygnings- og landbruksfolie, krympefilm, kombinasjonsfolier, papp- og papirbelegg, bæreposer, sekker, slanger, rør, flasker, kanner, bøtter, elektrisk isolasjonsmateriale, husholdningsartikler og tekniske artikler, visse fritidsbåter, skumplastprodukter, leketøy med mer.

Det største forbruket ligger i folier og slanger, hvor LD-polyetylen dominerer, mens HD-polyetylen brukes mest i stivere og sterkere produkter (kasser, trykkrør, monofilamenter, splittfilmfibrer med mer). Bruken til tekstilfibrer er sterkt begrenset på grunn av den relativt lave smeltetemperaturen. Polyetylen av typen UHMWPE (ultrahøy molekylvekt-PE) er meget slitasjebestandig og blir brukt til spesielle tekniske formål, som biomaterialer i leddproteser, for fremstilling av nye fiberkvaliteter med usedvanlig høy styrke og til skisåler.

Produksjon

Verdensproduksjonen av polyetylen utgjør rundt 30 prosent av den totale plastikkproduksjonen, som tilsvarer omtrent 100 millioner tonn per år. Den norske produksjonen tok til i 1978/1979 ved de petrokjemiske anleggene til Borealis (nå INEOS) i Bamble. Den årlige produksjonen av polyetylen ved disse anleggene var i 2017 cirka 140 000 tonn.

Kommentarer

Kommentaren din publiseres her. Fagansvarlig eller redaktør svarer når de kan.

Du må være logget inn for å kommentere.

eller registrer deg