Ilpolietilene (in siglaPE), è il più semplice deipolimeri sintetici ed è la più comune fra lematerie plastiche.
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 resinatermoplastica, 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 versatili ed economiche. Gli usi più comuni sono come 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.
La prima sintesi industriale fu ottenuta (ancora accidentalmente) daEric Fawcett eReginald Gibson allaICI Chemicals nel1933. Il polietilene si era formato applicando una pressione di diverse centinaia di atmosfere su un contenitore contenente etilene ebenzaldeide; anche stavolta notarono un materiale simile a cera sulle pareti del contenitore. La reazione era stata tuttavia innescata da tracce diossigeno contenute nel contenitore e non fu possibile replicarla con successo fino al1935, 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 del1939 ebbe inizio la produzione industriale, che fu interamente assorbita dalle necessità belliche (in particolare nelle tecniche collegate alradar).[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 numerosicatalizzatori che ne hanno permesso la sintesi a temperature e pressioni più blande. Il primo di questi era basato sulbiossido di cromo, fu scoperto nel1951 daRobert Banks eJohn Paul Hogan allaPhillips Petroleum. Nel1953, il chimico tedescoKarl Ziegler sviluppò un sistema catalitico basato sualogenuri dititanio e composti organici dell'alluminio che lavoravano a condizioni ancora più basse deicatalizzatori Phillips.[2] Questi ultimi, tuttavia, erano meno costosi e più facilmente maneggiabili; entrambi i sistemi vennero quindi usati nella sintesi industriale per la produzione diHDPE.
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 nel1957, quando prese piede negliStati Uniti un anello di polietilene colorato, l'hula hoop.[2]
Un terzo sistema catalitico, basato suimetalloceni, fu scoperto nel1976 in Germania daWalter Kaminsky eHansjörg Sinn. Le catalisi a metalloceni e quellaZiegler hanno entrambe dimostrato un'ottima flessibilità nella sintesi di miscele di etene ealfa-olefine gettando le basi della attuale vasta gamma di polietilene. Alcune di queste resine, come la fibraDyneema, hanno cominciato a rimpiazzare materiali quali ilkevlar laddove sono richieste eccellenti proprietà meccaniche diresistenza atrazione.
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 6×106u (secondo lo standardASTM 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 conmetalloceni. Le particolari proprietà meccaniche lo rendono adatto, a differenza degli altri tipi più comuni di polietilene, a impieghi particolari, come ad esempioprotesi egiubbotti antiproiettile.
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.
Polietilene reticolato (PE-X): polietilene prodotto in modo da creare catene molecolari collegate in una rete tridimensionale, e conferire maggiore resistenza in un intervallo di temperature e pressioni più ampio ai tubi costituiti da questo materiale.[5]
Il polietilene si sintetizza a partire dall'etilene secondo la reazione:La molecola dell'etilene è caratterizzata daldoppio 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:
Polimerizzazione radicalica (oprocedimento ad alta pressione): alte temperature (circa 80-300 °C), alte pressioni (circa 1.000-3.000 bar) e presenza di iniziatoriradicalici (come ad esempioossigeno operossidi).[6] Questo processo viene sfruttato per produrre polietilene a bassa e media densità.[6]
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 unreattore a letto fluidizzato.
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" (opluriball).
^ Devis Bellucci,Materiali per la vita: le incredibili storie dei biomateriali che riparano il nostro corpo, Torino, Bollati Boringhieri, 2002, p. 90,ISBN978-88-339-3778-6.
