Polietilén

Polietilén
A cikk szemléltető képe a Polietilén
Azonosítás
IUPAC név poli (metilén)
Szinonimák

polietilén, etilén
homopolimer ,
PE

N o CAS 9002-88-4
N o ECHA 100,121,698
N o E E914 (oxidált PE viasz)
Mosolyok * CC *
PubChem , 3D nézet
Megjelenés változó alakú tömör fehér
Kémiai tulajdonságok
Brute formula (C 2 H 4 ) n
Fizikai tulajdonságok
T ° üveg átmenet ~ −110  ° C
( γ átmenet )
T ° fúzió 85  , hogy  140  ° C-on
Oldhatósági paraméter δ 16,2  MPa 1/2
Térfogat 0.91 - 0.96  g · cm -3
Öngyulladási hőmérséklet 330  , hogy  410  ° C-on
Lobbanáspont 341  ° C
Elektronikus tulajdonságok
Dielektromos állandó 2,3 ( 1  kHz , 23  ° C )
Óvintézkedések
IARC osztályozás
3. csoport: Emberre nézve rákkeltő hatása nem osztályozható
Egység SI és STP hiányában.

A polietilén ( PE általános rövidítés ) vagy polietilén az etilén polimerjeire utal . Az egyszerű és olcsó gyártás a PE a leggyakoribb műanyag , 100 millió tonnával, a 2018-ban előállított műanyagok körülbelül egyharmadával és a csomagolás felével .

PE családjához tartozó a poliolefinek olyan polimer anyag a szintézis a petrolkémiai és polipropilén (PP) , a PVC és polisztirol (PS) . A üvegesedési hőmérséklete nagyon alacsony (közel -110  ° C-on ), és annak olvadáspontja lehet szerinti fokozat eléréséhez 140  ° C-on , de a mechanikai szilárdság meghajlik a lényegében 75  és  90  ° C-on . A polipropiléntől eltérően az üzemi hőmérséklet nem haladhatja meg a víz forráspontját. Parafin jellege megmagyarázza nagy kémiai tehetetlenségét . Különböző típusú polietilének léteznek, ideértve az alacsony sűrűségű ( LDPE ) és a nagy sűrűségű ( HDPE ) homopolimereket és a kopolimereket ( például LLDPE , plasztomerek ).

Égése során különféle gázok keletkeznek (több mint 200, potenciálisan némelyik mérgező: furánok , acetaldehid , telítetlen vagy aromás szénhidrogének ( benzol ), ecetsav vagy propánsav, de nitrogén- monoxid , szén-monoxid és CO2 is , amelyeket levegőszennyezőnek tekintenek. .

Termelés

A név abból a tény, ez úgy kapható meg polimerizációs a monomerek az etilén (CH 2 = CH 2 ) egy komplex szerkezetének általános képlet - (CH 2 -CH 2 ) n - .

A polietilén az egyetlen poliolefin, amely gyökös úton állítható elő .

A polietilén elsősorban petrolkémiai anyagokból származik . Júniusban 2007-es , a brazil cég Braskem bejelentette tanúsítására zöld polietilén , polimerizált etilén nyert etanol önmagában erjesztésével nyernek cukornád .

Osztályozás

A polietilének lehetnek

Vezetéknév Betűszó franciául Betűszó angolul Rövidítés az EN ISO 1043-1 szerint Szintézis Kapcsolatok Sűrűség (g / cm 3 )
Nagyon kis sűrűségű polietilén PE-TBD VLDPE, nagyon kis sűrűségű polietilén PE-VLD Alacsony nyomású Ziegler-Natta katalízis ( < 10  bar ) és metallocén katalízis (mPE-TBD)
Lineáris kis sűrűségű polietilén PE-BDL LLDPE, lineáris kis sűrűségű polietilén PE-LLD Kopolimerizáció a olefinek Ziegler-Natta katalizátor jelenlétében, alacsony nyomáson ( < 10  bar ) Rövid
Kis sűrűségű polietilén PE-BD LDPE, kis sűrűségű polietilén PE-LD Radikális polimerizáció nagyon nagy nyomáson Hosszú és rövid, szabálytalanul elosztva 0,910 - 0,925
Közepes sűrűségű polietilén PE-MD MDPE, közepes sűrűségű polietilén PE-MD Phillips katalizátor 0,926 - 0,940
Nagy sűrűségű polietilén PE-HD HDPE, nagy sűrűségű polietilén PE-HD Ziegler-Natta katalízis és metallocén katalízis (mPE-HD)

Az alacsony sűrűségű polietilént 1933- ban találták ki EW Fawcett és RO Gibson angol mérnökök. Nagy sűrűségű polietilént 1953- ban szintetizált Karl Ziegler német vegyész és csapata. Lineáris kis sűrűségű polietilént találtak a PE-BD helyettesítésére 1979-ben.

Tulajdonságok

A polietilén egy hőre lágyuló , áttetsző, kémiailag inert polimer (jobban ellenáll az erős oxidálószereknek, mint a polipropilén), könnyen kezelhető és ellenáll a hidegnek.

A PE három fő családja a HDPE (nagy sűrűségű PE), az LDPE (alacsony sűrűségű PE) és az LLDPE (lineáris kis sűrűségű PE).

Az LDPE elágazóbb, mint a HDPE, ami azt jelenti, hogy a láncok kevésbé illeszkednek egymáshoz. A van der Waals típusú intermolekuláris erők ezért gyengébbek. Ez alacsonyabb kristályosságot , alacsonyabb sűrűséget, nagyobb alakíthatóságot és ütésállóságot eredményez . Ezzel szemben a HDPE merevebb .

használat

Nagy sűrűségű PE gyanta kód. Kis sűrűségű PE gyanta kód.

A polietilén egy széles körben használt szintetikus polimer. Különösen a műanyag csomagolás (élelmiszer-ipari, mezőgazdasági felhasználásra szánt filmek stb. ) Felét  teszi ki .

A polietilén leglátványosabb felhasználása a műanyag zacskó  :

A fő alkalmazási HDPE merev termékek: lombikok ( mosószerek , kozmetikumok ,  stb ), palackok , Tupperware- típusú dobozok, marmonkannák, személygépkocsi tüzelőanyag tartályok,  stb

A fő alkalmazási az LDPE rugalmas termékek: táskák, filmek, zacskók, szemeteszsákok , ragasztószalag , flexibilis tartályok ( ketchup , hidratáló ,  stb ),  stb

A térhálósított polietilén (PEX) jobban megtartja a hőt, mint a PE. Az elektromos kábelhüvelyek gyártásához a térhálósítást általában extrudálás után hajtják végre .

A nagyon nagy molekulatömegű polietilént , például a Dyneema-t használják nagy teljesítményéhez (40% -kal magasabb szilárdság / tömeg, mint az aramid ( Kevlar )). Megtalálható sporteszközökben (síelés, snowboard , szörfözés, sárkányok stb. ) , Védőeszközökben,  különösen ballisztikus ( golyóálló mellények ) vagy motorkerékpárokban (nagy kopásállóságú ruházat), műtéti implantátumokban , jégpályák jégpótló lemezeiben stb. Költsége jóval magasabb, mint más polietiléneké.

A polietilén szintén élelmiszer-adalékanyag (oxidált polietilén viasz E914 ).

Megjegyzés: A poli (etilén-tereftalát) gyakran hivatkozott a betűszó, PET, nem polietilén, hanem egy telített poliészter előállításához felhasznált a textilszálak , ital palack , csomagolás ,  stb

Kereskedelmi

2014-ben Franciaország a polietilén egyértelmű importőre volt a francia szokások szerint. Az átlagos tonnánkénti importár 1100 euró volt.

Környezeti hatás és biológiai lebonthatóság

A polietilént szintetizálják etilénből, amelyet maga többnyire kőolajból vagy földgázból állítanak elő , bár megújuló forrásokból nyerhető . Ez a műanyag nemcsak hulladékgazdálkodása miatt jelent komoly hulladékgazdálkodási kérdést, hanem azért is, mert nagyon stabilnak és szinte biológiailag nem lebonthatónak tekintik , ezért hajlamos felhalmozódni a környezetben.

A laboratóriumban azonban lehetséges a PE részleges biológiai lebontása baktériumok , Enterobacter asburiae YT1 és Bacillus sp. A táplálékmoly ( Plodia interpunctella ) lárvájának belében lévő YP1 : a PE vékony filmjeinek 28 napos inkubálásával ezekből az életképes baktériumokból álló biofilmek képződnek. Csökkentették a műanyag fóliák hidrofób jellegét azáltal, hogy porózussá tették őket. Nyomokban kutak és üregek ( 0,3 , hogy 0,4  um mély) figyeltünk meg pásztázó elektronmikroszkóppal és atomerő mikroszkóppal felületén ezeknél a polietilén filmek, és kialakulását karbonil csoportok igazoltuk. Szuszpenziós tenyészetek a két baktériumtörzs YT1 és YP1 (108 sejt / ml) leromlott körülbelül 6,1 ± 0,3% és 10,7 ± 0,2% a PE fóliák ( 100  mg ), illetve az inkubációs időszak 60 nap. A maradék PE filmek molekulatömege alacsonyabb volt, és 12 lebomlási mellékterméket (vízoldható) is kimutattak. A szerzők eredményeiket ígéretesnek tartják a PE biológiai lebomlásához a környezetben.

Égéstermékek

A közepén -1970s , kísérletet tettek, hogy értékelje a toxicitása a termékeket a három fő formája termikus bomlásának ( Pirolízis , termo-oxidációs és égő égési ) polietilén, felhasználásával gázkromatográfia és gáz -spektrometria. Tömeg -re, például a munka Michal, Mitera és Tardon ( 1976 ). A kémikusok ezután különösen az aldehideket találják meg a hőoxidáció eredményeként.

A 1981 , Hoff és Jacobsson érdekelt a termékek megjelent a termo-oxidációja kis sűrűségű polyetylene (LDPE) egy viszonylag alacsony hőmérsékleten (264-289 ° C) körülmények között, ezért az alacsony illékonyság (+/- 4% ). Ebben az esetben 44 LDPE termikus bomlásterméket találtak; "Szénhidrogének, alkoholok, aldehidek, ketonok, savak, ciklikus éterek, ciklikus éterek, ciklikus észterek és hidroxi-karbonsavak" . Tizenhat oxigénnel kezelt vegyületet is meghatároztak (főleg zsírsavakat és aldehideket). Ezen a hőmérsékleten a polietilén főleg hangyasavat szabadít fel .

A gázok in situ mintavételének továbbfejlesztett technikái (a kemencében vagy annak kijáratánál) jobban megértették, hogy hol és mikor jelennek meg vagy tűnnek el bizonyos égési melléktermékek (minimalizálva e gázok másodlagos reakcióit a levegővel). mintavételi rendszer). A 1982 , kutatók ezután azzal jellemezve, különösen pirolitikus bomlástermékek és oxidációs termékek. Az előbbiek telített és telítetlen szénhidrogének széles skáláját jelentik, szénláncok C2-től C23-ig terjednek, amelyek termékaránya a körülményektől függően alig változik. A másodlagos termékek, vagyis az oxidáció útján történő lebomlás közül különösen acetont , acetaldehidet , ecetsavat és kis mennyiségű akroleint találunk (az égési körülményektől függően nagyon változó mennyiségben és arányban).

Röviddel ezután ( 1984-ben ) az Egyesült Államokban , a laboratóriumban, de egy égetőmű kemencéjének körülményeit szimuláló készülékben Hawley-Feder és munkatársai a polietilén magas hőmérsékleten történő égését tanulmányozzák a gőzök és gőzök azonnali visszanyerésével. (hideg csapdákban, folyékony nitrogénnel ) és üveggyapoton gázkromatográfiás analízishez, és ezt négy hőmérsékleten (800, 850, 900 és 959 ° C).

A 1994 , megerősítést nyert, kísérletek során a belső égésű polietilén, hogy a mennyisége jelen lévő oxigén az égési kamrában erősen befolyásolja a típusú gázok amely forma az égéskamrában (policiklusos aromás szénhidrogének (PAH-k), különösen.), És a az el nem égett megsemmisítése.

Ezután a különféle típusú polietilén (PE) gőzeinek és égési füstjeinek kémiai összetételét finomítani lehet az analitikai berendezések fejlődésének köszönhetően, például a Piao & al (1999) által alkalmazott GC-FID és GC-MSD laboratóriumi kemence állítható légárammal, 600 és 900 ° C közötti hőmérsékleten; alacsony hőmérsékleten többnyire szénhidrogének keletkeznek, míg policiklusos aromás szénhidrogénvegyületek magasabb hőmérsékleten jelennek meg. A felhasznált anyag több vegyület azonosítását tette lehetővé, mint a korábbi vizsgálatokban).

Más szerzők, köztük a Font & al, 2004-ben adatokat közöltek a polietilén elégetése során keletkező illékony és félig illékony vegyületekről (valamint a kemencében történő evolúciójukról), különböző körülmények között (4 égési ciklus 500 és 850 között) ° C, 2 különböző minta / levegő tömegaránnyal és két pirolitikus ciklussal azonos hőmérsékleten). Itt, körülbelül 500-600 ° C-on, a polietilén égése során az oxigén hiányában (pirolitikus bomlás) oxigénhiány (különösen aldehidek) jelenlétében oxigénhiány (oxigénvegyületek) jelenlétében α, ω-olefinek, α-olefinek és n-paraffinok keletkeznek. A szén-oxidok és könnyű szénhidrogének magas termelését szintén bizonyították. Ez a munka megerősítette a káros PAH-ok ( policiklusos aromás szénhidrogének ) megjelenését magasabb hőmérsékleten (az égéstérben lévő pirolitikus puffadások kialakulása miatt, ha a kifejlődött félig illékony vegyületek nem tökéletesen keverednek oxigénnel). Összesen több mint 200 kémiai szennyező anyagot azonosítottak a polietilén égéstérben. Ha fénynek, levegőnek és légköri páratartalomnak van kitéve, ez a szennyező koktél még jelentősen fejlődhet.

A háztartási hulladék égetők , polietilén gyakran tintával, szennyezett, és összekeverjük más műanyagok vagy más hulladékok ( lehetőleg formájában CSR ); brómozott égésgátlókat is tartalmazhat; pl. a vörös foszfor (kis mennyiségben) a polietilén vagy más adalékanyagok általános égésgátlója volt ); ezekben az esetekben más gázokat és mikrorészecskéket vagy elégetlen nanorészecskéket képes előállítani, mint amelyeket az elmélet vagy a laboratóriumi vizsgálatok előírtak.

A papír és polietilén csomagolások maradványaiból előállított CSR egyik fajtája üzemanyagként használható a megfelelő ipari kazánokban (az ebből a keverékből készült téglák 700–900 ° C-ig égnek), de több mint 30 tömegszázalék bevezetése egy polietilénből, egy 2004-es tanulmány szerint „nagyon magas PAH- kibocsátást okoz . Ezenkívül a PE 30% -ot meghaladó tömegfrakciói esetén elsősorban nehéz PAH-ok képződnek, amelyek mérgezőbbek, mint a könnyű PAH-k ”).

Mindezen okokból kifolyólag a polietilént soha nem szabad a kertben, a szabadban, a kandallóban vagy a háztartási betétben égetni, hanem csak megfelelő szűrőkkel ellátott kazánokban vagy speciális létesítményekben.

Anekdota

A 2010 Zhuo és kollégái sikeresen előállított szén nanocsövek keresztül szekvenciális pirolízise és elégése polietilén.

Megjegyzések és hivatkozások

  1. POLYETHYLENE , a Vegyi Anyagok Biztonságáról Nemzetközi Program biztonsági lapja (i) , konzultálva 2009. május 9-én
  2. (a) James E. Mark , fizikai tulajdonságai: Polymer Handbook , Springer,2007, 2 nd  ed. , 1076  p. ( ISBN  978-0-387-69002-5 és 0-387-69002-6 , online olvasás ) , p.  294
  3. (in) David R. LiDE , CRC Handbook of Chemistry and Physics , CRC Press ,2009, 90 th  ed. , 2804  p. , keménytáblás ( ISBN  978-1-4200-9084-0 )
  4. IARC munkacsoport az embert érintő rákkeltő kockázatok értékelésével , "  Evaluations Globales de la Carcinogenicité pour l'Homme, Groupe 3: Unclassables as their carcinogenicity to Ember  " , on monographs.iarc.fr , IARC,2009. január 16(megtekintés : 2010. május 17. )
  5. Név és rövidítés az EN ISO 1043-1, Műanyagok - Szimbólumok és rövidített kifejezések - 1. rész  : Alap polimerek és különleges jellemzőik szerint
  6. PlasticsEurope, „  Plastics - the Facts 2018 :: PlasticsEurope  ” , www.plasticseurope.org (elérhető : 2019. március 26. )
  7. Font R, Aracil I, Fullana A & Conesa JA (2004) Félig oldódó és illékony vegyületek polietilén elégetésénél . Chemosphere, 57 (7), 615-627 ([ https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0045653504004734 absztrakt])
  8. "  Műanyagok, kockázat- és hőelemzés - Plyethylene PE  " , az inrs.fr oldalon
  9. Salifou Koucka Ouiminga1, Thomas Rogaume, Bila Gérard Segda1, Moussa Sougoti1 és Jean Koulidiati1, "  Tiszta polietilén szemcsék és polietilén alapú műanyag zacskók égése: a tömeg és a hőmérséklet hatása a nitrogén- és szén-oxid-kibocsátásra és az oxigén evolúciójára  " , J. Soc. Nyugat-Afr. Chim. ,2009( online olvasás )
  10. Marc Carrega, „Aide-Mémoire - műanyagok”, koll.  „Aide-Mémoire”, Dunod / L'Usine Nouvelle , 2009, 2 nd  ed. , 256  p.
  11. (in) JG Speight, Norbert Adolph Lange Lange a Handbook of Chemistry , New York, McGraw-Hill ,2005, 16 th  ed. , 1623  p. ( ISBN  978-0-07-143220-7 , LCCN  84643191 ) , p.  2.807 és 2.762
  12. (in) "  Polietilén  " a plasticmoulding.ca webhelyen (elérhető: 2015. július 8. )
  13. (in) Charles E. Wilkes , James W. Summers és Charles Anthony Daniels , PVC Handbook , München, Hanser Verlag,2005( ISBN  1-56990-379-4 , online olvasás ) , p.  14
  14. A második esetében a kristályosság magasabb (80-90%, szemben az 50-70% -kal), mivel a rövid vagy hosszú elágazások ritkábban fordulnak elő, mint az elsőnél.
  15. "  Az import / export kereskedelem mutatója  " , a Vámigazgatóságon. Adja meg NC8 = 39012010 (hozzáférés : 2015. augusztus 7. )
  16. (EN) június Yang és mtsai. , A műanyag-fogyasztó viaszférgek beléből származó baktériumtörzsek polietilén biodegradációjának bizonyítékai , Environ. Sci. Technol. , 2014, 48 (23), p.  13776–13784 , DOI : 10.1021 / es504038a , 2014. november 19.
  17. Michal J, Mitera J & Tardon S (1976) A polietilén és a polipropilén termikus bomlástermékeinek toxicitása . Tűz és anyagok, 1 (4), 160-168 ( absztrakt ).
  18. Mitera, J., Michal, J., Kubát, J., & Kubelka, V. (1976). Polipropilén és polietilén termo-oxidációs termékeinek elemzése gázkromatográfiával / tömegspektrometriával. Fresenius Zeitschrift für analytische Chemie, 281 (1), 23-27.
  19. Hoff A & Jacobsson S (1981) Kis sűrűségű polietilén termo-oxidatív lebomlása az ipari feldolgozási körülmények közelében . Journal of Applied Polymer Science, 26 (10), 3409-3423 ( absztrakt )
  20. Hodgkin JH, Galbraith MN & Chong YK (1982) Polietilén égetéséből származó égéstermékek . Journal of Macromolecular Science-Chemistry, 17 (1), 35-44. ( összefoglaló )
  21. Hawley-Fedder RA, Parsons ML és Karasek FW (1984) Polimerek égetésénél szimulált égető körülmények között nyert termékek: I. Polietilén . Journal of Chromatography A, 314, 263-273 ( absztrakt )
  22. Van dell RD, Mahle NH, Hixson EM (1994) Az oxigén hatása a polietilén és az o-diklórbenzol elégetéséből származó hiányos égés termékeinek kialakulására és elpusztítására . Combust Sci Technol; 101: 261 - 83 https://books.google.fr/books?id=wdhGAQAAMAAJ&printsec=frontcover&hl=fr&source=gbs_ge_summary_r&cad=0#v=onepage&q&f=false
  23. Hewlett-Packard 6890GC-5973MSD
  24. Piao M, Chu S, Zheng M & Xu X (1999) A polietilén égéstermékeinek jellemzése . Chemosphere, 39 (9), 1497-1512 ( absztrakt ).
  25. Nyden MR, Forney GP & Brown JE (1992) molekuláris modellezése polimer gyúlékonyság: alkalmazás a design lángálló polietilén . Macromolecules, 25 (6), 1658-1666.
  26. Peters EN (1979) Égésgátló hőre lágyuló műanyagok. I. Polietilén - vörös foszfor . Journal of Applied Polymer Science, 24 (6), 1457-1464 ( absztrakt ).
  27. Cullis CF (1971) A poliolefinek elégetése (polietilén és polipropilén égés, az adalékanyagok és a környező gázösszetétel hatásainak vizsgálata az éghetőségre és az illékony termékekre a hőbomlás során) . Oxidációs és égési vélemények, 5, 83-133.
  28. Salvador, S., Quintard, M. és David, C. (2004) Kartonból és polietilénből készült helyettesítő üzemanyag elégetése: a keverék jellemzőinek hatása - kísérleti megközelítés . Üzemanyag, 83 (4-5), 451-462.
  29. Zhuo C, B csarnok, Richter H & Levendis Y (2010) Szén nanocsövek szintézise szekvenciális pirolízissel és polietilén elégetésével . Szén, 48 (14), 4024-4034.

Függelékek

Kapcsolódó cikkek

Külső linkek