Polyethylen | ||
Identifikation | ||
---|---|---|
IUPAC navn | poly (methylen) | |
Synonymer |
polyethen, |
|
N o CAS | ||
N o ECHA | 100.121.698 | |
N o E | E914 (oxideret PE-voks) | |
SMILE |
* CC * , |
|
Udseende | variabel formet solid hvid | |
Kemiske egenskaber | ||
Brute formel | (C 2 H 4 ) n | |
Fysiske egenskaber | ||
T ° glasovergang | ~ -110 ° C ( γ-overgang ) |
|
T ° fusion | 85 til 140 ° C | |
Opløselighedsparameter δ | 16,2 MPa 1/2 | |
Volumenmasse | 0,91 - 0,96 g · cm -3 | |
Automatisk tænding temperatur | 330 til 410 ° C | |
Flammepunkt | 341 ° C | |
Elektroniske egenskaber | ||
Dielektrisk konstant | 2,3 ( 1 kHz , 23 ° C ) | |
Forholdsregler | ||
IARC- klassificering | ||
Gruppe 3: Kan ikke klassificeres som kræftfremkaldende for mennesker | ||
Enheder af SI og STP, medmindre andet er angivet. | ||
Den polyethylen (generisk forkortelse PE ) eller polyethen , henviser til polymerer af ethylen . Enkel og billig at fremstille, PE er det mest almindelige plastmateriale , der repræsenterer 100 millioner ton, ca. en tredjedel af al plast produceret i 2018 og halvdelen af emballagen .
PE, der tilhører familien af polyolefiner, er et polymermateriale til syntese af petrokemikalier med polypropylen (PP) , PVC og polystyren (PS) . Dens glasovergangstemperatur er meget lav (tæt på -110 ° C ) og dens smeltepunkt kan ifølge kvaliteter nå 140 ° C , men dets mekaniske modstandsdygtighed bøjer fra i det væsentlige 75 til 90 ° C . I modsætning til polypropylen kan driftstemperaturen ikke overstige vandets kogepunkt. Dens paraffiniske natur forklarer dens store kemiske inerti . Der er forskellige typer polyethylener, herunder lavdensitets ( LDPE ) og højdensitets ( HDPE ) homopolymerer og copolymerer ( LLDPE , plastomerer , for eksempel).
Forbrændingen afgiver forskellige gasser (mere end 200, potentielt hvoraf nogle er giftige: furaner , acetaldehyd , umættede eller aromatiske kulbrinter ( benzen ), eddikesyre eller propansyre, men også nitrogenmonoxid , kulilte og CO2 betragtes som luftforurenende stoffer .
Dens navn kommer fra det faktum den opnås ved polymerisation af monomerer af ethylen (CH 2 = CH 2 ) i en kompleks struktur af generiske formel - (CH 2 CH 2 ) n - .
Polyethylen er den eneste polyolefin, som kan fremstilles ad den radikale vej .
Polyethylen kommer hovedsageligt fra petrokemiske stoffer . I juni 2007 annoncerede det brasilianske firma Braskem certificeringen af en grøn polyethylen , polymeriseret fra ethylen opnået fra ethanol selv opnået ved gæring af sukkerrør .
Polyethylener kan være
Efternavn | Forkortelse på fransk | Forkortelse på engelsk | Forkortelse i henhold til EN ISO 1043-1 | Syntese | Forbindelser | Massefylde (g / cm 3 ) |
---|---|---|---|---|---|---|
Meget lav densitet polyethylen | PE-TBD | VLDPE, meget lav densitet polyethylen | PE-VLD | Ziegler-Natta-katalyse ved lavt tryk ( < 10 bar ) og ved metallocenkatalyse (mPE-TBD) | ||
Lineær polyethylen med lav densitet | PE-BDL | LLDPE, lineær polyethylen med lav densitet | PE-LLD | Copolymerisation med olefiner ved Ziegler-Natta-katalyse ved lavt tryk ( < 10 bar ) | Kort | |
Polyethylen med lav densitet | PE-BD | LDPE, polyethylen med lav densitet | PE-LD | Radikal polymerisering under meget højt tryk | Lang og kort uregelmæssigt fordelt | 0,910 - 0,925 |
Medium densitet polyethylen | PE-MD | MDPE, medium-density polyethylen | PE-MD | Phillips katalysator | 0,926 - 0,940 | |
Polyethylen med høj densitet | PE-HD | HDPE, polyethylen med høj densitet | PE-HD | Ziegler-Natta-katalyse og metallocenkatalyse (mPE-HD) |
Polyethylen med lav densitet blev opfundet i 1933 af engelske ingeniører EW Fawcett og RO Gibson. Polyethylen med høj densitet blev syntetiseret i 1953 af den tyske kemiker Karl Ziegler og hans team. Lineær lavdensitetspolyethylen blev opfundet til erstatning for PE-BD i 1979.
Polyethylen er en termoplastisk , gennemskinnelig, kemisk inaktiv polymer (den er mere modstandsdygtig over for stærke oxidanter end polypropylen), let at håndtere og modstandsdygtig over for kulde.
De tre hovedfamilier af PE er HDPE (høj densitet PE), LDPE (lav densitet PE) og LLDPE (lineær lav densitet PE).
LDPE er mere forgrenet end HDPE, hvilket betyder, at kæderne passer mindre godt sammen. De intermolekylære kræfter af van der Waals- typen er derfor svagere. Dette resulterer i en lavere krystallinitetshastighed , lavere densitet, højere bøjelighed og slagfasthed . I modsætning hertil er HDPE mere stiv .
Polyethylen er en meget anvendt syntetisk polymer. Især udgør halvdelen af plast emballage (film til fødevarer, landbrugsmæssig anvendelse, etc. ).
Den mest synlige anvendelse af polyethylen er plastikposer :
De vigtigste anvendelsesområder for HDPE er stive produkter: kolber ( vaskemidler , kosmetik , etc. ), flasker , Tupperware- typen dåser, dunke, bil brændstoftanke, etc.
De vigtigste anvendelsesområder for LDPE er fleksible produkter: poser, film, poser, affaldsposer , tape , fleksible beholdere ( ketchup , fugtighedscreme , etc. ), etc.
Den tværbundne polyethylen (PEX) viser en bedre holdevarme end PE. Til fremstilling af elektriske kabler kapper , at tværbindingen udføres generelt efter ekstrudering .
Den meget høje molekylvægt polyethylen , såsom Dyneema, bruges til sin høje ydeevne (en styrke / vægt 40% højere end aramid ( Kevlar )). Det findes i sportsudstyr (skiløb, snowboarding , surfing, drager osv. ), Beskyttelsesudstyr, især ballistisk ( skudsikre veste ) eller motorcykler (tøj med høj slidstyrke), kirurgiske implantater , plader til udskiftning af is i skøjtebaner osv. Dens omkostninger er meget højere end for andre polyethylener.
Polyethylen er også et fødevaretilsætningsstof (oxideret polyethylenvoks E914 ).
Bemærk: Poly (ethylenterephthalat) under forkortelsen PET ofte omtales, er ikke polyethylen men en mættet polyester anvendes til fremstilling af tekstilfibre , drikkeflasker , emballering , etc.
I 2014 var Frankrig en klar importør af polyethylen ifølge fransk told. Den gennemsnitlige importpris pr. Ton var € 1.100.
Polyethylen syntetiseres fra ethylen, som i sig selv hovedsagelig er fremstillet af råolie eller naturgas , skønt den kan opnås fra vedvarende ressourcer . Denne plastik repræsenterer et stort affaldshåndteringsspørgsmål ikke kun på grund af dets overflod, men også fordi det anses for at være meget stabilt og næsten ikke biologisk nedbrydeligt , så det har tendens til at akkumuleres i miljøet.
Imidlertid er det i laboratoriet muligt at nedbryde PE delvist gennem bakterier , Enterobacter asburiae YT1 og Bacillus sp. YP1, der er til stede i tarmen i larven i en fødevaremøl ( Plodia interpunctella ): ved at inkubere tynde film af PE i 28 dage dannes biofilm, der består af disse levedygtige bakterier. De har reduceret den hydrofobe karakter af plastfilm ved at gøre dem porøse. Spor af brønde og hulrum ( 0,3 til 0,4 um dybt) blev observeret ved scanningelektronmikroskopi og atomkraftmikroskopi på overfladen af disse polyethylenfilm, og dannelse af carbonylgrupper blev verificeret. Suspensionskulturer af de to bakteriestammer YT1 og YP1 (108 celler / ml) nedbrudte henholdsvis ca. 6,1 ± 0,3% og 10,7 ± 0,2% af PE-filmene ( 100 mg ) i en inkubationsperiode på 60 dage. De molekylvægte om de tilbageværende PE film var lavere, og 12 nedbrydningsbiprodukter (vandopløselige) blev også påvist. Forfatterne anser deres resultater for at være lovende for biologisk nedbrydning af PE i miljøet.
I midten af 1970'erne blev der forsøgt at vurdere toksiciteten af produkterne fra de tre hovedformer for termisk nedbrydning ( pyrolyse , termooxidation og flammende forbrænding ) af polyethylen ved hjælp af gaskromatografi og gasspektrometri. Masse med for eksempel arbejdet af Michal, Mitera & Tardon ( 1976 ). Kemikere finder så især aldehyder som et resultat af termooxidation.
I 1981 var Hoff & Jacobsson interesseret i de produkter, der frigives ved termooxidation af lavdensitetspolyetylen (LDPE) ved en relativt lav temperatur (264 til 289 ° C) under betingelser med lav fordampning (+/- 4%) ). I dette tilfælde blev der fundet 44 termiske nedbrydningsprodukter af LDPE; "Kulbrinter, alkoholer, aldehyder, ketoner, syrer, cykliske ethere, cykliske ethere, cykliske estere og hydroxycarboxylsyrer" . Seksten iltede forbindelser blev også kvantificeret (hovedsageligt fedtsyrer og aldehyder). Ved denne temperatur frigiver polyethelen hovedsagelig myresyre .
Forbedringer af gasudtagningsteknikker in situ (i ovnen eller ved dens udgang) har ført til en bedre forståelse af, hvor og hvornår visse forbrændingsbiprodukter vises eller forsvinder (ved at minimere disse gassers sekundære reaktioner med luften). prøveudtagningssystem). I 1982 karakteriserede forskere derefter især pyrolytiske nedbrydningsprodukter og oxidationsprodukter. Førstnævnte er en bred vifte af mættede og umættede carbonhydrider, carbonkæder, der spænder fra C2 til C23, hvis produktforhold ændrer sig lidt afhængigt af forholdene. Blandt de mere sekundære produkter, det vil sige nedbrydning ved oxidation, finder vi især acetone , acetaldehyd , eddikesyre og en lille mængde acrolein (i meget varierende mængder og proportioner afhængigt af forbrændingsbetingelserne).
Kort efter (i 1984 ) i USA , i laboratoriet, men i et apparat, der simulerer forholdene i ovnen til en forbrændingsovn, studerer Hawley-Feder og hans kolleger forbrændingen af polyethylen ved høj temperatur ved straks at genvinde dampe og dampe (i kolde fælder med flydende nitrogen ) og på glasuld til analyse ved gaskromatografi, og dette ved fire temperaturer (800, 850, 900 og 959 ° C).
I 1994 blev det bekræftet under eksperimenter med forbrænding af polyethylen, at den iltmængde, der er til stede i forbrændingskammeret, har stor indflydelse på typen af gasser, der dannes i forbrændingskammeret (især polycykliske aromatiske kulbrinter (PAH'er). ødelæggelse af de uforbrændte.
Derefter kunne den kemiske sammensætning af dampe og forbrændingsdampe af forskellige typer polyethylen (PE) raffineres takket være fremskridtet med analytisk udstyr, for eksempel med GC-FID og GC-MSD anvendt af Piao & al (1999) i en laboratorieovn med en justerbar luftstrøm ved temperaturer fra 600 til 900 ° C ved lav temperatur dannes hovedsageligt carbonhydrider, medens polycykliske aromatiske carbonhydridforbindelser forekommer ved højere temperaturer. Det anvendte materiale gjorde det muligt at identificere flere forbindelser end i tidligere undersøgelser).
Andre forfattere, herunder Font & al, offentliggjorde i 2004 data om de flygtige og halvflygtige forbindelser dannet under forbrændingen af polyethylen (såvel som om deres udvikling i ovnen) under forskellige betingelser (4 forbrændingscyklusser mellem 500 og 850 ° C med 2 forskellige prøve / luftmasseforhold og to pyrolytiske cyklusser ved de samme temperaturer). Her udsender forbrændingen af polyethylen ved omkring 500-600 ° C α, ω-olefiner, α-olefiner og n-paraffiner, når der mangler ilt (pyrolytisk nedbrydning), mens der i nærvær af iltforbindelser forekommer oxygenater (især aldehyder); høj produktion af carbonoxider og lette kulbrinter er også påvist. Dette arbejde bekræftede forekomsten af skadelige PAH'er ( polycykliske aromatiske carbonhydrider ) ved højere temperaturer (på grund af udviklingen af pyrolytiske pust inde i forbrændingskammeret, hvis de udviklede halvflygtige forbindelser ikke blandes perfekt med ilt). I alt er der identificeret over 200 kemiske forurenende stoffer i polyethylenforbrændingskammeret. Når den er udsat for lys og luft og atmosfærisk fugtighed, kan denne cocktail af forurenende stoffer stadig udvikle sig betydeligt.
I husholdningsaffald forbrændingsanlæg , er polyethylen ofte sværtet, snavsede og blandes med andre plast eller andet affald ( eventuelt i form af VSA ); det kan også indeholde bromerede flammehæmmere; fx rød fosfor (i små mængder) har været et almindeligt flammehæmmende middel af polyethylen eller andre additiver); i alle disse tilfælde kan den derefter producere andre gasser og mikropartikler eller uforbrændte nanopartikler end dem, der er forudsat ved teori eller laboratorietest.
En type CSR fremstillet af resterne af papir- og polyethylenemballage kan bruges som brændstof i egnede industrielle kedler (mursten fremstillet af denne blanding brænder op til 700-900 ° C), men indførelsen af mere end 30% (i masse) af polyethylen, ifølge en undersøgelse fra 2004 “forårsager meget høje emissioner af PAH'er . For massefraktionerne af PE, der overstiger 30%, dannes der desuden hovedsageligt tunge PAH'er, som er mere giftige end lette PAH'er ”).
Af alle disse grunde bør polyethylen aldrig brændes i haven, i det fri eller i en pejs eller en husholdningsindsats, men kun i specielle kedler eller installationer udstyret med passende filtre.
I 2010 producerede Zhuo og hans kolleger med succes kulstofnanorør gennem sekventiel pyrolyse og forbrænding af polyethylen.