Polietilene

polimero termoplastico

Il polietilene o politene (in sigla PE), è il più semplice dei polimeri sintetici ed è la più comune fra le materie plastiche.

Polietilene
Abbreviazioni
PE
Numero CAS9002-88-4
Caratteristiche generali
Composizione(C2H4)n
Aspettosolido bianco in varie forme
Proprietà chimico-fisiche
Densità (g/cm3, in c.s.)0,88-0,96
Temperatura di fusione (K)115-140 °C (388,15 - 413,15 K)
Indicazioni di sicurezza
Flash point (K)341 °C (614,15 K)
Temperatura di autoignizione (K)330-410 °C (603,15 - 683,15 K)
Simboli di rischio chimico

Facilmente infiammabile    

Codice di riciclaggio
02 PE-HD
04 PE-LD

Ha formula chimica (-C2H4-)n dove il grado di polimerizzazione n può arrivare ad alcuni milioni. Le catene sono di lunghezza variabile e più o meno ramificate.

Il polietilene è una resina termoplastica, si presenta come un solido trasparente (se amorfo) o bianco (se cristallino) con ottime proprietà isolanti e stabilità chimica.

È una delle materie plastiche più versatile ed economiche. Gli usi più comuni sono isolante per cavi elettrici, film per l'agricoltura, borse e buste di plastica, contenitori di vario tipo, tubazioni, strato interno di contenitori asettici per liquidi alimentari e molti altri.

Storia modifica

Il polietilene è stato sintetizzato per la prima volta accidentalmente dal chimico tedesco Hans von Pechmann nel 1898, mentre riscaldava del diazometano. I suoi colleghi Eugen Bamberger e Friedrich Tschirner analizzarono la sostanza bianca simile a cera sulle pareti del contenitore, scoprirono che conteneva delle lunghe catene di -CH2-, e decisero di chiamarla polimetilene.

La prima sintesi industriale fu ottenuta (ancora accidentalmente) da Eric Fawcett e Reginald Gibson alla ICI Chemicals nel 1933. Il polietilene si era formato applicando una pressione di diverse centinaia di atmosfere su un contenitore contenente etilene e benzaldeide; anche stavolta notarono un materiale simile a cera sulle pareti del contenitore. La reazione era stata tuttavia innescata da tracce di ossigeno contenute nel contenitore e non fu possibile replicarla con successo fino al 1935, quando un altro chimico ICI, Michael Perrin, sviluppò una sintesi industriale riproducibile per la sintesi del polietilene a bassa densità (LDPE).[1] La prima tonnellata di materiale dimostrò che questo aveva qualità impareggiabili come isolante elettrico, e nell'agosto del 1939 ebbe inizio la produzione industriale, che fu interamente assorbita dalle necessità belliche (in particolare nelle tecniche collegate al radar).[2] Finita la guerra il polietilene rischiò di scomparire dai prodotti della ICI, ma i risultati delle ricerche su possibili nuove applicazioni dimostrarono che era assai più versatile di quanto si fosse pensato.

Il successivo traguardo nella sintesi del polietilene è stato lo sviluppo di numerosi catalizzatori che ne hanno permesso la sintesi a temperature e pressioni più blande. Il primo di questi era basato sul biossido di cromo, fu scoperto nel 1951 da Robert Banks e John Paul Hogan alla Phillips Petroleum. Nel 1953, il chimico tedesco Karl Ziegler sviluppò un sistema catalitico basato su alogenuri di titanio e composti organici dell'alluminio che lavoravano a condizioni ancora più basse dei catalizzatori Phillips.[2] Questi ultimi, tuttavia, erano meno costosi e più facilmente maneggiabili; entrambi i sistemi vennero quindi usati nella sintesi industriale per la produzione di HDPE.

La catalisi di tipo Phillips ebbe inizialmente problemi nella sintesi di HDPE di qualità uniforme, e gli impianti che la utilizzavano riempirono i loro magazzini di prodotto che non rispettava le specifiche. Il collasso finanziario fu evitato nel 1957, quando prese piede negli Stati Uniti un anello di polietilene colorato, l'hula hoop.[2]

Un terzo sistema catalitico, basato sui metalloceni, fu scoperto nel 1976 in Germania da Walter Kaminsky e Hansjörg Sinn. Le catalisi a metalloceni e quella Ziegler hanno entrambe dimostrato un'ottima flessibilità nella sintesi di miscele di etene e alfa-olefine gettando le basi della attuale vasta gamma di polietilene. Alcune di queste resine, come la fibra Dyneema, hanno cominciato a rimpiazzare materiali quali il kevlar laddove sono richieste eccellenti proprietà meccaniche di resistenza a trazione.

Classificazione del polietilene modifica

 
Granuli di LLDPE. Questi granuli sono prodotti durante il processo di polimerizzazione e vengono successivamente lavorati per ottenere il prodotto finito.

In base alla distribuzione dei pesi molecolari e al grado di ramificazione si ottengono tipi di polietilene con proprietà e usi differenti:

  • Polietilene ad altissimo peso molecolare (UHMWPE): è un polietilene con peso molecolare medio compreso tra 3×106 e 6×106 u (secondo lo standard ASTM D4020).[3] Ne risulta un materiale con catene ben impaccate nella struttura cristallina e molto resistente. Questo tipo di polietilene viene sintetizzato attraverso la polimerizzazione per coordinazione con metalloceni. Le particolari proprietà meccaniche lo rendono adatto, a differenza degli altri tipi più comuni di polietilene, a impieghi particolari, come ad esempio protesi e giubbotti antiproiettile.
  • Polietilene ad alta densità (HDPE) o (PEAD): è un polietilene poco ramificato,[4] ha quindi forze intermolecolari elevate e maggiore rigidezza rispetto al polietilene a bassa densità; viene generalmente sintetizzato attraverso polimerizzazione per coordinazione con un sistema catalitico di tipo Ziegler-Natta.
  • Polietilene a bassa densità (LDPE): è molto più ramificato dell'HDPE, è quindi un materiale più duttile e meno rigido, viene generalmente sintetizzato attraverso polimerizzazione radicalica.
  • Polietilene a media densità (MDPE): è caratterizzato da percentuali inferiori di catene ramificate rispetto al polietilene a bassa densità (LDPE).
  • Polietilene lineare a bassa densità (LLDPE): è sostanzialmente polietilene lineare dotato di un numero significativo di ramificazioni corte; viene normalmente ottenuto per polimerizzazione di una miscela di etene e α-olefine (butene, esene, ottene) con catalisi di tipo Ziegler-Natta.
  • Polietilene espanso: è un polietilene che tramite un processo fisico-chimico viene reso poroso, leggero e morbido.

Sintesi modifica

Il polietilene si sintetizza a partire dall'etilene secondo la reazione:

 
La molecola dell'etilene è caratterizzata dal doppio legame fra gli atomi di carbonio che la rende particolarmente stabile; per tale motivo la reazione di polimerizzazione necessita di condizioni di reazione particolari.
 
formula di struttura dell'etilene

Per la produzione industriale le possibilità sono:

Schema di processo modifica

 
Schema di un impianto per la produzione di polietilene lineare a bassa densità (LDPE) o polietilene a elevata densità (HDPE). In questo caso si utilizza un reattore a letto fluidizzato.

Applicazioni modifica

 
Codice identificativo di riciclaggio del polietilene ad altà densità
 
Codice identificativo di riciclaggio del polietilene a bassa densità

Uno degli usi classici del polietilene è la fabbricazione, mediante estrusione e successive lavorazioni, dei sacchetti comunemente detti "di plastica",

Viene inoltre impiegato per la creazione del "film estensibile" e del "film a bolle d'aria" (o pluriball).

Altri impieghi:[6]

  • Impermeabilizzazioni edili generali con geomembrana in HDPE;
  • rivestimento interno di confezioni in cartone per alimenti (ad esempio quelle del latte);
  • flaconi per detersivi o alimenti;
  • giocattoli;
  • pellicole alimentari;
  • tappi in plastica;
  • tubi per il trasporto di acqua e gas naturale;
  • rivestimento di cavi elettrici e telefonici;
  • palloni stratosferici;
  • mobili per il giardino (Hularo);
  • reti di recinzione, reti anti-grandine, reti per agricoltura, pesca e sicurezza sul lavoro
  • inserti per protesi del ginocchio.

Note modifica

  1. ^ Devis Bellucci, Materiali per la vita: le incredibili storie dei biomateriali che riparano il nostro corpo, Torino, Bollati Boringhieri, 2002, p. 90, ISBN 978-88-339-3778-6.
  2. ^ a b c (EN) The Story of Polythene
  3. ^ Ullmann's, cap. 1.2.4.
  4. ^ a b c Villavecchia, p. 2517.
  5. ^ a b Villavecchia, pp. 2516-2517.
  6. ^ Ullmann's, cap. 1.6.

Bibliografia modifica

Voci correlate modifica

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Collegamenti esterni modifica

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