HomePrint version English version

Polyetylén (PE)


Polyetylén (PE), chemický názov poly (etén), je termoplastický polymér, využívaný v početných technických aplikáciách. Ročná produkcia PE dosahuje 60 Gkg.
Vyrába sa polymerizáciou etylénu. Využitá môže byť: radikálová polymerizácia, alebo aniónová resp. katiónová
adičná polymerizácia ako aj iónová koordinačná polymerizácia, pričom každá z týchto metód poskytuje PE s rôznymi fyzikálno-mechanickými vlastnosťami.

Zloženie: (CH2-CH2)n

 Polyetylen.Obr.Vzorec

Reťazec polyetylénu:

Polyetylen.Obr.Retazec.3D

Typy PE
PE je klasifikovaný do niekoľkých kategórií, ktoré sa líšia hlavne z hľadiska molekulovej hmotnosti, stupňa rozvetvenia reťazcov a mernej hmotnosti, čo sa odráža v ich fyzikálno-mechanických vlastnostiach.

Rozoznávame:
UHMWPE (Ultra High Molecular Weight PE) - PE s ultra vysokou molekulovou hmotnosťou
HMWPE (High Molecular Weight PE) - PE s vysokou molekulovou hmotnosťou
HDPE (High Density PE) - PE s vysokou mernou hmotnosťou (vysokohustotný PE)
HDXLPE (High Density Cross-Linked PE) - sieťovaný PE s vysokou mernou hmotnosťou (vysokohustotný sieťovaný PE)
PEX (Cross-Linked PE) - sieťovaný PE
MDPE (Medium Density PE) - PE so strednou mernou hmotnosťou (strednohustotný PE)
LDPE (Low Density PE) - PE s nízkou mernou hmotnosťou (nízkohustotný PE)
LLDPE (Linear Low Density PE) - lineárny PE s nízkou mernou hmotnosťou (lineárny nízkohustotný PE)
VLDPE (Very Low Density PE) - PE s veľmi nízkou mernou hmotnosťou.

PE s ultra vysokou molekulovou hmotnosťou (UHMWPE, tiež HMPE - High Modulus PE, HPPE - High Performance PE).
Tento polymér má extrémne dlhé polymérne reťazce s molekuklovou hmotnosťou obvykle medzi 3,1 až 5,7.106 . Vysoká
molekulová hmotnosť reťazcov a ich nízke rozvetvenie umožňuje veľmi dobré ukladanie reťazcov do kryštalických štruktúr. Výsledkom je veľmi pevný a húževnatý materiál s najvyššou rázovou húževnatosťou medzi termoplastami. UHMWPE výborne odoláva korozívnym chemikáliám s výnimkou oxidačných kyselín. Má extrémne nízku navlhavosť, veľmi nízky koeficient trenia, je samomazný a vysokoodolný voči abrázii (až 10 násobok odolnosti oproti uhlíkovej oceli).

Vlastnosti UHMWPE
PDF ikonka

Výhody: vynikajúca pevnosť, húževnatosť a odolnosť voči abrázii a chemikáliám,
Nevýhody: nie je možné spracovať UHMWPE v tavenine (tepelný rozklad nastáva skôr ako by sa polymér tavil).

Aplikácie
Vlákna a textílie (rybárske siete, nepriestrelné vesty), ložiská, ozubené kolesá a prevody, umelé kĺby, pohyblivé časti spriadacích a tkacích strojov, rôzne ochranné lišty, mäsiarske kláty, obloženie násypných žľabov a sklzov pre abrazívne materiály a pod.
 

PE s vysokou mernou hmotnosťou - HDPE (High Density PE).
HDPE je definovaný minimálnou mernou hmotnosťou 941 kg/m3 . HDPE je charakteristický veľmi nízkym obsahom rozvetvení polymérnych reťazcov, čo je dosahované použitím špeciálnych (napr. Ziegler-Natta) katalyzátorov. Polymerizácia prebieha dostatočne rýchlo už pri teplote 100°C a miernom tlaku. Preto sa produkt označuje tiež ako nízkotlaký PE. Nízky obsah rozvetvenia polymérnych reťazcov umožňuje intenzívne pôsobenie intermolekulových síl pozdĺž reťazcov, čo má za následok lepšie fyzikálno-mechanické vlastnosti napr. v porovnaní s LDPE. Vzniká však príliš tvrdý a tažko spracovatelný polymér, z ktorého sa ale dá vyrobiť vlákno, ktoré je 10 krát pevnejšie ako oceľ. Lepšie spracovateľný HDPE sa získa polymerizáciou etylénu s prídavkom cca 4 % 1-buténu, čo spôsobuje, že polymérny reťazec obsahuje viac krátkych bočných reťazcov, čím tvrdosť výsledného produktu klesá a zlepšuje sa spracovateľnosť. 

Vlastnosti HDPE
PDF ikonka

Ak sa zvýši prídavok 1-buténu v etyléne na 6 až 8%, polymerizáciou vzniká LLDPE (Linear Low Density Polyethylene - lineárny polyetylén s nízkou mernou hmotnosťou), ktorý už má dostatok vedľajších reťazcov na zabránenie blízkeho usporiadania molekúl a obmedzenie tvorby kryštalitov. LLDPE má preto rovnakú hustotu a podobné vlastnosti ako LDPE. Má však o niečo väcšiu mechanickú pevnosť a dá sa vyrábať na rovnakom zariadení ako HDPE, teda lacnejšie. Veľké objemy LLDPE sa používajú na produkciu tzv. strečových fólií.

Aplikácie
HDPE sa používa hlavne v oblasti produkcie obalových materiálov (plastové tašky), kontejnerov, potrubí na kanalizáciu, fľaší na čistiace prostriedky, šampóny, aviváže, tekuté mydlá, destilovanú vodu, bandasiek na rozlicné polárne kvapaliny.

PE s nízkou mernou hmotnosťou - LDPE (Low Density PE)
LDPE je najstarším - najdlhšie vyrábaným druhom polyetylénu. Používa sa predovšetkým na výrobu fólií. Vyrába sa radikálovou polymerizáciou pri teplote asi 200°C a vysokom tlaku 100-260 MPa. Býva označovaný aj ako vysokotlaký PE. Má relatívne nižšiu mernú hmotnosť (pod 941 kg/m3 ), lebo vnútorná štruktúra - bočné reťazce - nedovoľujú kompaktné usporiadanie makromolekúl.

Vlastnosti LDPE
PDF ikonka

Aplikácie

LDPE sa používa hlavne na výrobu plastových vreciek - tašiek, vriec na pracie prášky, umelé hnojivá, zeminu, kompost, poľnohospodá potrubie na kanalizáciu, fľaše na  čistiace prostriedky, šampóny, aviváže, obalový materiál na velkoobjemové tovary napr. stavebniny.

PE s veľmi nízkou mernou hmotnosťou  - VLDPE (Very Low Density PE)
VLDPE je ddefinovaný mernou hmotnosťou v rozmedzí 880 - 915 kg/m 3 . Je to v podstate lineárny PE s vysokým počtom krátkych bočných reťazcov. Obvykle je pripravovaný kopolymerizáciou etylénu s krátkymi alfa-olefínmi (napr. 1-butén, 1-hexén a 1-octén) za prítomnosti metalocénových katalyzátorov.

Aplikácie
VLDPE sa používa hlavne pri výrobe hadíc a potrubí, obalov na balenie mrazených potravín, vreciek na ľad, strečových fólií a pod. VLDPE sa taktiež používa ako prímes do polymérnych kompozícií na zlepšenie rázuvzdornosti polymérnych zmesí.

PE sieťovaný - PEX
Sieťovaný PE (PEX) sa vo väčšine prípadov pripravuje z HDPE. V PEX sú jednotlivé reťazce PE pospájané do polymérnej siete vhodnými sieťovacími systémami, čím sa mení pôvodný termoplastický PE na elastomér. Požadovaný stupeň zosietenia je medzi 65 - 89 % (podľa ASTM F 876-63). Sieťovaním sa zlepšia fyzikálno-mechanické vlastnosti pôvodného PE. PEX si zachováva mechanickú pevnosť až po teploty 120 - 150 o C pričom tendencia k toku pod napätím je redukovaná. PEX taktiež lepšie odoláva organickým rozpúšťadlám. Zlepšuje sa tiež rázová húževnatosť, pevnosť v ťahu a odolnosť voči krehkému lomu pri nízkych teplotách.

Aplikácie
PEX sa využíva hlavne na produkciu potrubí pre rôzne účely, prevažne však pre konštrukciu rozvodov studenej alebo teplej vody. Typické je použitie pri konštrukcii podlahového vykurovania obytných miestností. V súčasnosti začínajú potrubia z PEX konkurovať PVC a dokonca j medeným rozvodom vody. Náklady na konštrukciu rozvodov sú prinajmenšom o 20% nižšie v porovnaní s pôvodne používanými materiálmi (PVC), montáž je jednoduchšia. Očakávaná životnosť potrubí PEX v týchto aplikáciách sa odhaduje na 50 - 200 rokov. Zaujímavá je aplikácia PEX potrubí pre rozvod zemného plynu. PEX potrubia sa taktiež s úspechom používajú pri rozvodoch kvapalín a kalov v oblasti ropného priemyslu, hlavne pri ťažbe ropy z morského dna, kde PEX je výhodný vzhľadom na svoju bezkonkurenčnú odolnosť voči morskej vode a odolnosť voči oderu.

Použitá literatúra
• CES EduPack 2006, Granta Design Ltd., Cambridge, UK.
• http://wikipedia.org/
• http://www.matweb.com    

linky svet   linky Európa   linky Slovensko
Autor: Pollák V., Ústav polymérov SAV