Polyethylen: co to je a z čeho se vyrábí? Aplikace a produkty, fyzikální vlastnosti a výroba, výroba extrudovaných a jiných materiálů.

PE (polyethylen) je tepelný polymer. Atomy uhlíku v jeho molekule jsou propojeny složitými kovalentními vazbami. Tento materiál má vzhled bílé hmoty a je dielektrikem. Vyznačuje se nízkou přilnavostí, voděodolností a vysokou chemickou odolností. Tenká vrstva takového materiálu je zcela průhledná.

Kdy se objevil polyetylen?

Tento materiál se poprvé stal známým na konci 19. století. Lze jej považovat za jeden z prvních polymerů. Poprvé byl objeven náhodou v roce 1899 německým chemikem. Hans von Pechmann. Pro nedostatečnou znalost jeho vlastností se však tento materiál téměř nepoužíval. Teprve v roce 1930 byl polyethylen poprvé použit jako izolant v procesu výroby vodivého kabelu. Po hloubkové studii vlastností PE bylo možné prokázat, že tento materiál je chemicky neutrální. Z tohoto důvodu se od roku 1950 polyetylen široce používá jako obal na potraviny. Stal se tak náhradou za papír dříve používaný pro tyto účely.

Vlastnosti výroby polyetylenu

K výrobě polyethylenu je zapotřebí speciální chemická reakce, která zpevňuje molekuly uhlovodíků ethylenu. Jaké budou konečné vlastnosti výsledného materiálu závisí na tom, jak probíhala polymerační reakce. Zvláštní pozornost je třeba věnovat poměrům složek, jakož i tlaku a teplotě, při které reakce probíhá.

PE se nejčastěji vyrábí ve formě malých (2 mm až 5 mm) granulí. V budoucnu budou výrobní podniky nakupovat potřebné množství těchto surovin. Pomocí tavení se z něj vyrábějí předměty různých tvarů. To je možné díky metodám vytlačování nebo odlévání používaných v podniku.

Fyzikální a chemické vlastnosti

Mnoho lidí věří, že celofán a polyethylen jsou stejný materiál. To je mylná představaprotože tyto polymery mají zcela odlišné vlastnosti. Že je výrobek vyroben z PE, lze snadno zjistit jeho zapálením. Plamen z hořícího polyethylenu bude mít namodralý odstín, ale nebude poskytovat dostatek světla. Zápach uvolňovaný během spalování bude připomínat zápach z hořícího parafínu. V případě PE nevzniká kouř, jako při hoření plastu a zápach bude stejný jako při hoření svíčky.

Základní chemické vlastnosti materiálu:

• nereaguje s kyselinami a zásadami ve vysokých koncentracích;
• má tendenci stárnout;
• se může rozpustit pouze zahřátím.

Výrobky vyrobené z PE se vyznačují vysoká chemická odolnost. Neničí se ani působením vysoce koncentrovaných kyselin a zásad. Právě tato cenná vlastnost materiálu přispěla k tomu, že se z něj začaly vyrábět nádoby na skladování chemických činidel. V takové nádobě můžete skladovat mimo jiné i kyselinu sírovou. Aby se PE rozpustil při pokojové teplotě, musí být vystaven působení 50% kyseliny dusičné v kombinaci s chlorem nebo fluorem v plynném stavu. Vzhledem k tomu, že takové podmínky jsou vytvořeny pouze uměle, nemůže být polyethylenový produkt náhodně zničen.

K rozpuštění polyethylenu při 80 °C lze použít cyklohexan nebo chlorid uhličitý. Materiál při působení vlhkosti nebobtná, protože má vodoodpudivé vlastnosti. Polyetylen je vhodný pro výrobu protéz. Když se takové produkty dostanou do kontaktu s živými tkáněmi lidského těla, nedochází k žádným chemickým reakcím.

Je třeba věnovat pozornost tomu, že PE má tendenci stárnout. Materiál se postupně zhoršuje a stává se poměrně křehkým. Rozkládá se na aldehydy a H2O2 (peroxid vodíku). Tato vlastnost je negativní i pozitivní. Hodnota této kvality je v tom, že PE se používá především k výrobě jednorázových obalů, které se po použití vyhodí. V průběhu času se materiál rozpadá a tvoří jednoduché sloučeniny. V otevřeném prostoru a pod vlivem UV paprsků se zároveň urychluje proces stárnutí.

Cenné fyzikální vlastnosti polyethylenu:

• tento materiál je klasifikován jako dielektrikum;
• je vynikajícím hydroizolačním prostředkem;
• má nízkou tepelnou vodivost a vysokou pevnost.

Polyethylen je optimální pro výrobu produktů nevodivé. Proto se tento materiál používá jako izolant v drátech. Používá se také k vytváření hydroizolačních membrán. Kromě toho se polyetylen používá jako hydroizolace při stavbě základů, bazénů atd. Tento rozsah použití je dán schopností materiálu odpuzovat vodu a také jeho odolností vůči chemikáliím.

PE má vysokou pevnost, díky čemuž může být použit pro výrobu výrobků vystavených silnému zatížení (tah, tlak). Pozoruhodným příkladem jsou vodovodní potrubí z polyetylenu. Mimo jiné nejsou poškozeny korozí a nerozpouštějí se v agresivním prostředí.

Vzhledem ke své nízké tepelné vodivosti je PE vynikající tepelně izolační materiál. Je nepostradatelný při výrobě různých elektrických zařízení, například při výrobě rukojetí pro topné spotřebiče. Díky nízké tepelné vodivosti se takový díl nezahřeje ani při přímém kontaktu s ohřátým kovovým povrchem.

Polyetylen je levnější než jiné plasty. Většina polymerových produktů je vyrobena z PE. Podíl ostatních plastů je však vcelku malý. Všimněte si, že asi třetina veškerého polyethylenu se používá k výrobě obalů.

Teplota tání polyethylenu závisí na jeho typu. LDPE různých hustot tedy vyžaduje od 103 do 110 °C. Vzhledem ke své vyšší molekulové hmotnosti a přísně lineární struktuře vyžaduje HDPE v průměru o 20 °C více, tedy od 130 do 137 °C, resp. Mírné odchylky od tohoto průměru jsou možné. Polyethylen proto nevyžaduje značnou spotřebu energie na tavení a je při výrobě velmi výnosný. PE lze také recyklovat.

Hustota PE je 910–965 kg/m³. Tento materiál se vyznačuje svou lehkostí, která je mnohonásobně větší než lehkost oceli. Díky této vlastnosti z něj mohou být vyrobeny nosné díly, což znamená, že hmotnost hotového výrobku bude minimální.

Při hoření materiál neuvolňuje škodlivé látky do atmosféry. Výrobky z něj tedy (za předpokladu, že v něm nejsou žádné jiné nečistoty) mohou snadno recyklovatelné. Optimální je to provést ve spalovnách odpadu. Polyetylen tak způsobuje menší škody na životním prostředí než jiné běžné plasty.

Nejoblíbenější typy

Existuje několik typů PE, které vyžadují různé podmínky pro uskutečnění polymerační reakce. Existují odborníci na služby:

• supermolekulární;
• lineární;
• LDPE (zkratka pro vysokohustotní polyethylen);
• PSD (zkratka pro středotlaký polyethylen);
• HDPE (zkratka pro nízkohustotní polyethylen).

Hustota LDPE je celkem nevýznamná, takže je maximálně elastické a měkké ze všech typů polyethylenu. Má hladký povrch a je také docela průhledný. Výrobky vyrobené z tohoto materiálu se obvykle lesknou. Používá se při výrobě různých typů elastických membrán. LDPE se vyrábí polymerací etylenu při teplotě 190–300 °C a tlaku asi 130–250 MPa. Iniciátory reakce jsou: kyslík, benzoyl, lauryl nebo jejich směsi.

Středotlaký polyethylen se vyrábí za těchto podmínek: tlak – 2,5–7 MPa, teplota 130–240 °C, účast oxidických katalyzátorů, např. Cr2O3. V důsledku chemické reakce, ke které dochází, tvoří polyethylen vločky, které se usazují v roztoku. Z hlediska krystalinity je o 30 % vyšší než vysokohustotní polyethylen. Kromě toho je materiál jiný a vyšší hustota než LDPE.

Zvláště vysoká hustota nízkotlaký polyethylen. Díky tomu je materiál vhodný pro výrobu různých mechanických dílů vystavených značnému zatížení. Pro získání HDPE jsou nutné následující podmínky: teplota – 60–80 °C, tlak – 0,2–0,6 MPa (reakce je možná i za atmosférického tlaku), účast komplexních organokovových katalyzátorů.

Lineární polyethylen má cenné vlastnosti předchozích druhů PE. Má stejně vysokou pevnost jako HDPE, ale zároveň je elastický, jako vysokohustotní polyethylen. Proto je tento materiál široce používán při výrobě fólií. Nejobtížnější na výrobu je supermolekulární PE. Výsledný materiál však svými vlastnostmi předčí všechny ostatní typy polyetylenu. Používá se k výrobě prvků složitých mechanismů.

Rozsah aplikace

Rozsah použití PE je poměrně široký. Jsou z něj tedy vyrobeny:

Polyetylenové trubky slouží k vytvoření vodovodního potrubí. Používají se také k vytváření systémů ohřevu vody. Zvláště často se používají PE trubky k instalaci vyhřívaných podlah. Pokládají se do betonové mazaniny v jednom obrysu. V tomto případě neexistují žádné spoje, což znamená, že je vyloučen únik v oblasti nepřístupné pro opravu.

PE je ideální materiál pro výrobu filmy. Mohou být použity jako obaly a také se používají ve formě tenkých membrán pro hydroizolaci. Pokud mluvíme o typické PE fólii, stojí za zmínku její krátká životnost. Při vystavení UV záření se tato doba pohybuje od 3 do 4 let. Postupem času se film stává neprůhledným a křehkým. Proto je polyethylen bez nečistot v tomto smyslu výrazně horší než polyolefinová kompozice s polypropylenovou přísadou. Životnost takového materiálu je dlouhá, dosahuje sedm a více let. PE se používá k výrobě bublinkových fólií a různých typů stavebních fólií. PE se také používá při výrobě membrán vyztužených síťovinou.

Rozsah použití PE není omezen na toto. Tento materiál se také používá k výrobě plastové nádoby. Hovoříme o sprchových nádržích a nádržích na odpadní vodu. PE se také používá k výrobě nádob, ve kterých lze skladovat tekuté látky (včetně potravin).

Jednorázové nádobí je také vyrobeno z PE. Tento materiál se používá k výrobě plastové nádoby na potraviny, misky, květináče, termosky. Vzhledem k vysoké odolnosti materiálu proti opotřebení se používá k výrobě hraček, suvenýrů, ozdob na vánoční stromeček. Takové výrobky praskají pod tlakem méně než věci vyrobené z jiných typů plastů.