miniatura|Estructura química del polietilè, de vegades representada només com (CH₂-CH₂)n El polietilè és un matèria termoplàstica obtinguda per polimerització de l'etilè, a alta pressió o baixa pressió segons que se'n vol de alta o baixa densitat.
És omnipresent en molts productes d'ús quotidià i van augmentar molta comoditat: bosses, ampolles, contenidors, cables, espumes, tubs, aïllants tèrmics i elèctrics, xeringues, films, tèxtil, peces mecàniques…
El polietilè és conegut des de 1898 i va ser sintetitzat per primera vegada pel químic alemany Hans von Pechmann. No se'n van fer gaire aplicacions industrials a llarga escala fins a mitjan . Pel desenvolupament de catalitzadors, els cercadors Karl Ziegler i Giulio Natta a la darreria dels anys cinquanta del han contribuït a popularitzar aquest material, sense el qual ja no podríem viure. D'ençà, mitjançant nous catalitzadors i mètodes de polimerització, els científics han produït polietilè amb diverses propietats i estructures.
L'inconvenient de la popularitat és que amenaça la sostenibilitat ambiental i la salut humana, sobretot per la multitud d'embalatges d'un sol ús. Milions de tones de contaminants de polietilè s'acumulen en entorns terrestres o marins cada any. És químicament estable i no biodegrable, qualitats que en fi de vida esdevenen inconvenients majors.
La producció mundial de polietilè se situa aproximadament entre 100 i 115 milions de tones anuals (dades de 2023–2024) i representa un terç de tots els plàstics. Des del 2024 el sector pateix una sobrecapacitat estructural.
Producció És fabricat a partir d'etilè, que al seu torn és un hidrocarbur gasós que es produeix habitualment pel craqueig de l'età, que al seu torn és un constituent important del gas natural o es pot destil·lar del petroli.
Aquest polímer pot ser produït per diferents reaccions de polimerització que produeixen un politilè amb qualitats diferents. Un dels més utilitzats és el tereftalat de polietilè (PET).
El polietilè és un polímer de cadena lineal no ramificada. Encara que les ramificacions són comunes en els productes comercials. Les cadenes de polietilè s'arreglen baixant de la temperatura d'estovament Tg en regions amorfes i semi-cristal·lines. miniatura|Granulat de polietilè El polietilé de base és fabricat en un granulat de boletes d'un diàmetre de 0,3cm a 0,4cm. Poden ser comprimides, però molt poc. Pot ser transformat mitjançant diverses procediments industrials: extrusió, injecció i emmotllament per rotació.
El polietilè té un color lletós translúcid. Si poden afegir colorants o altres additius com ara antioxidants, retardants de flama, antiestàtics, antibacterians.
Propietats La fórmula química és (CH₂-CH₂)n. És químicament inert. S'obté de la polimerització de l'etilè (CH₂=CH₂ i anomenat etè per la IUPAC).
No és tòxic durant l'ús industrial i és segur per a l'ús amb aliments i cosmètics per ser inert. A la producció s'hi poden afegir additius tòxics que es poden dissoldre en aliments i begudes. Mentrestant es descobreix la toxicitat de l'acumulació de microplàstics que es dispersen massivament en els ecosistemes, via l'aire, l'aigua i els aliments pel tractament defectuós dels residus. Acumulació de microplàstics de PE pot causar inflamació entre d'altres al sistema pulmonari.
Sovint reemplaça materials més cars (vidre, metall, ceràmica…), més complicats per treballar i més pesats. És inert i la reactivitat amb altres materials és molt baixa. Perd rigidat quan la temperatura puja i no suporta temperatures superiors a 105-115°C per al LDPE i 130-140°C per HDPE i l'exposició a una flama directa. És impermeable per aigua, oxígen i diòxid de carboni i per això ideal per contenir o conduir líquids.
El polietilè de baixa densitat (LDPE) és a més flexible, transparent, té poca estabilitat dimensional, però de fàcil processament i és barat.
Polietilè d'alta densitat (HDPE) té una densitat igual o menys de 0,941 g/cm³. Té un baix nivell de ramificacions, el que li dona una densitat alta, les forces intermoleculars són altes també. La producció d'un bon HDPE depèn del catalitzador. En comparació amb els materials que reemplaça sovint (metalls, ceràmica…) és més lleuger, té una densitat més baixa, i no s'oxida. Resisteix a baixes temperatures, a la tensió, compressió i tracció. Poca estabilitat dimensional, pateix deformació per fluència lenta. Característiques LDPE HDPE PELBD Grau de cristal·linitat en % 40 bis 50 60 bis 80 30 bis 40 densitat en g/cm³ 0,915 bis 0,935 0,94 bis 0,97 0.90 bis 0.93 Mòdul N/mm² a 52215 °C ~130 ~1000 - Temperatura de cristal·lització °C 105 bis 110 130 bis 135 121 bis 125 Estabilitat química bona excel·lent bona Estrès a ruptura en N/mm² 8,0-10 20,0-30,0 10,0-30,0 elongació a ruptura % 20 12 16 Mòdul elàstic E (N/mm²) 200 1000 - Coeficient d'expansió lineal (K-1) 1.7 * 10-4 2 * 10-4 2 * 10-4 Temperatura màxima de treball °C 80 100 - Temperatura d'estovament °C 110 140 -
Uns productes derivats En addició a la polimerització amb alfa-olefines, l'etilè pot polimeritzar-se per mitjà d'un gran nombre de monòmers diferents. Exemples d'aquests monòmers són l'acetat de vinil que resulta en el copolímer d'etilè-vinil acetat o EVA, l'ús del qual és comú en sandàlies i sabates esportives amb soles escumejades; gran varietat d'acrilats poden ser obtinguts també.
El polietilè pot formar una xarxa tridimensional quan aquest és sotmès a una reacció covalent de "vulcanitzat" (cross-linking en anglès). El resultat és un polímer amb efecte de memòria. L'efecte de memòria en el polietilè i altres polímers consisteix que el material posseïx una forma estable o permanent i a certa temperatura, coneguda com a temperatura d'obturació, ja sigui *g o T, o una combinació, es pot obtenir una forma temporal, la qual pot ser modificada simplement en escalfar el polímer a la seva temperatura d'obturació. L'efecte tèrmic de memòria en els polímers és diferent de l'efecte tèrmic de memòria en els metalls, trobat el 1951 per Chang i Read en el qual hi ha un canvi en l'arranjament cristal·lí per mitjà d'un re-acomodament martensític, en els polímers aquest efecte es basa en forces antròpiques i punts d'estabilitat física (nusos entre cadenes) o química (vulcanitzat). En el cas del polietilè amb efecte tèrmic de memòria, els usos més comuns són pel·lícules termoencogibles, aïllants i empaquetatges.
El plastic-wood és un compost de polietilé i farina de fusta en percentatges que van des de 10% fins a 70% de fusta én compost estable de densitat superior.
Història El polietilè va ser sintetitzat per primera vegada pel químic alemany Hans von Pechmann que per accident ho va preparar en 1898 mentre escalfava diazometà. Quan els seus col·legues Eugen Bamberger i Friedrich Tschirner van caracteritzar la substància grasosa i blanca que va crear, van descobrir llargues cadenes compostes per -CH₂- i el van anomenar polietilè.
El 27 de març de 1933 va ser sintetitzat com el coneixem avui dia, per Reginald Gibson i Eric Fawcett a Anglaterra, que treballaven per als laboratoris ICI. Ho va reeixir aplicant una pressió d'aproximadament 1400 bar i una temperatura de 170 °C, on en una autoclau va ser obtingut el material d'alta viscositat i color blanquinós que avui dia es coneix.
La pressió requerida per a assolir la polimerització de l'etilè era massa alta per a una producció a escala industrial. Per això és que la investigació sobre catalitzadors realitzada per l'Alemany Karl Ziegler i l'italià Giulio Natta, que va donar origen als catalitzadors Ziegler-Natta que fan possible la polimerització a pressió normal.
Galeria
Referències
Vegeu també
Reciclatge de plàstic Poliolefina Polipropilè
Categoria:Plàstics