ポリエチレン

ポリエチレン (略称 PE 、廃止された ポリエチレン 、場合によってはポリエテンも と呼ばれる) は、エテン [C] の重合によるものです。 ひ ₂ =C ひ ₂ ] 簡略化された鎖構造式で製造された熱可塑性樹脂

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ポリエチレンは、ポリオレフィンのグループに属します。
よく知られている商品名は次のとおりです:アラソン、ダイニーマ、ホスタレン、ルポレン、スペクトラ、トローレン、ベストーレン .

歴史的情報

ポリエチレンは 1898 年に化学者ハンス フォン ペヒマンによって発見され、1933 年 3 月 27 日にイギリスの ICI 研究所でレジナルド ギブソンとエリック フォーセットによって、約 1400 バールの圧力と 170 °C の温度で初めて工業的に生産されました。それは、オートクレーブの内壁に白いワックス状のコーティングとして形成されました。経済的に実行可能な製造プロセスが開発されたのは 1940 年のことでした。 1953年、ドイツのカール・チーグラーとイタリアのジュリオ・ナッタが、常圧でもエテンを重合できるチーグラー・ナッタ触媒を開発しました。科学者たちは、1963 年にこの功績によりノーベル化学賞を受賞しました。メタロセン触媒は、チーグラー ナッタ触媒に代わる最新の触媒です。これらは 1950 年にすでに知られていましたが、突破口は 1973 年に Reichert と Meyer がチタノセンと塩化アルキル アルミニウムのシステムに少量の水を追加するまで実現しませんでした。メタロセン触媒は、チーグラー・ナッタ触媒よりも分子量分布が狭く、コモノマーがより均一に組み込まれたポリエチレンを生成します。

商業的には、ポリエチレンは 1957 年以来、主にガスや水道の配管システム、ケーブルの絶縁、収縮包装などの包装材料に大量に使用されてきました。

航空宇宙では、ポリエチレンは比放射吸収能力が高いため、粒子放射に対する保護に適しています。 NASA は最初のシャトル ミッション以来、このプラスチックを使用しています。

PE の種類

違いは次のとおりです:

• PE-HD (HDPE):弱く分岐したポリマー鎖、したがって 0.94 g/cm ～ 0.97 g/cm の高密度 (「HD」は「高密度」を表します)。
• PE-LD (LDPE):高度に枝分かれしたポリマー鎖、したがって 0.915 g/cm から 0.935 g/cm の低密度 (「LD」は「低密度」を表します)。
• LLDPE (LLDPE):ポリマー分子が短い枝のみを持つ直鎖状低密度ポリエチレン。これらの分岐は、エテンと高級α-オレフィン (通常、ブテン、ヘキセン、またはオクテン) の共重合によって生成されます (「LLD」は「線状低密度」を表します)
• PE-HMW:高分子量ポリエチレン。ポリマー鎖は PE-HD、PE-LD、または PE-LLD よりも長く、平均モル質量は 500-1000 kg/mol です。
• PE-UHMW:平均モル質量が最大 6,000 kg/mol、密度が 0.93～0.94 g/cm の超高分子量ポリエチレン。

プロパティ

無着色のポリエチレンは乳白色でくすんでいます。ワックスのような感触で、傷がつく可能性があります。滴り落ちる明るい炎で燃え、炎を取り除いた後も燃え続けます。化学的には、高分子量アルカンの形で、水素と炭素で構成されています。その特性は、適切な共重合によって具体的に変更することができます。ポリエチレンは、酸、アルカリ、その他の薬品に対して高い耐性があります。

ポリエチレンは半結晶性です。結晶化度が高いほど、密度だけでなく、機械的および化学的安定性も向上します。

ポリエチレンは水をほとんど吸収せず、水に浮きます。ガスと水蒸気の透過性は、ほとんどのプラスチックよりも低くなります。一方で、酸素や二酸化炭素、芳香物質などは通しやすくなっています。

使用性は、80 °C を超える温度で軟化するという事実によって制限されます。適切な前処理のないポリエチレンは、印刷や接着ができないか、困難なだけです。 PE は日光にさらされると脆くなることがあるため、通常はカーボン ブラックが UV 安定剤として使用されます。

プロパティの概要

• 低密度 (0.87-0.965 g/cm³)
• 高い靭性と破断伸び
• 優れた滑り性、低摩耗 (特に PE-UHMW)
• 耐熱温度 -85 °C ～ +90 °C (結晶化度に依存し、結晶化度が低いほど高温に耐えられません。結晶化度が約 20% のタイプの場合、耐熱温度の上限は 30 ～ 50℃です。 ° C)
• 光学的、乳白色（不透明）、結晶化度（したがって密度）が低いほど透明になります。 0.9 g/cm³ 未満の密度では、PE は透明です。
• 非常に優れた電気的および誘電的挙動 (体積抵抗率約 10 オーム/cm)
• 吸水性が非常に低い
• 機械加工と非切削に非常に適しています
• よく燃えます。残留物なし:CO₂ + H₂ 燃焼生成物としてのO
• PE は、ほぼすべての極性溶媒 (T <60 °C)、酸、アルカリ、水、アルコール、油、HDPE、ガソリンに耐性があります
• 室温では不溶、高温では少数の溶媒にのみ可溶 (例:1,2,4-トリクロロベンゼン、キシレン、ヘキサン)

PE からパーツを結合する

ほとんどのプラスチック接着剤は、溶剤 (アセトンなど) を使用してプラスチックを「溶解」するため、通常、ポリエチレンには使用できません。さらに、非極性で疎水性の表面がこれを防ぎ、PE への印刷を非常に困難にします。ただし、レーザー、プラズマ (高圧プラズマ (「コロナ」) または低圧プラズマ) または強酸 (クロム硫酸など) で処理した後、PE を接着して印刷することができます。

一方、ポリエチレン製の壊れた部品は、調整可能なホット エア ガンを使用すると、より適切に溶接できます。

ガス供給では、PE-80、PE-100、および PE-X で作られたパイプは、電気融合溶接を使用してのみ接続されるか、PE-80 および PE-100 のより大きな直径 (> DN 200) も突合せ溶接 (スパイダー溶接) を使用して接続されます。プラグフィッティングを使用した接続は、飲料水の供給にも普及しています。

製造

ポリエチレンは、エチレンガスを重合して作られます。 高圧プロセスで ソフト ポリエチレン (PE-LD) は低圧プロセスで製造されます 硬質ポリエチレン（PE-HD）が製造されます。どちらの製造プロセスでも、最初は粘性のある液体として発生します。支持された（不均一）触媒が低圧プロセスで使用される場合、ポリエチレンは固体粒子の形で発生します。支持された触媒 (気相およびスラリー プロセス) は、工業的にほぼ排他的に使用されます。溶解した触媒は、主に化学実験室での実験目的で使用され、生成物は粘性溶液として得られます。

• PE-LD は、開始剤 (フリーラジカル スターター) (酸素または過酸化物) を使用して、100 ～ 300 バールの圧力と 100 °C ～ 300 °C の温度でモノマー エテンから生成されます。

• HDPE と LLDPE は、チーグラー ナッタ法を使用して工業的に製造されます。このプロセスの特徴は、低圧 (1 ～ 50 bar) と低温 (20 °C ～ 150 °C) です。チタンエステル、ハロゲン化チタン、およびアルミニウムアルキルが触媒として使用されます。あるいは、85 ～ 180 °C の温度と 30 ～ 45 bar の圧力で、酸化クロム触媒を使用する Phillips プロセスを使用して、HDPE を取得することもできます。

• PE-UHMW は、修飾チーグラー触媒を使用して生成できます。

シングルサイト触媒 (メタロセン触媒とも呼ばれる) も長年使用されており、チーグラー・ナッタ触媒と比較して、反応をより適切に制御し、合成後の精製の必要性が少ないという利点があります。

ポリエチレンは約 29% のシェアを持ち、世界で最も生産されているプラ​​スチックです。 2001 年には、5,200 万トンが製造されました。

ネットワーキング

PE 高分子は、3 次元で架橋できます。架橋により、材料の耐熱性が向上します。さらに、衝撃強度とストレスクラックに対する耐性が向上します。加工中または加工後に架橋が起こる。架橋ポリエチレンはPE-Xと呼ばれます。 4 つの異なるメッシング方法があります:

• 過酸化物架橋 (PE-Xa)
• シラン架橋 (PE-Xb)
• 放射架橋 (PE-Xc)
• アゾ架橋 (PE-Xd)

適用分野

• PE-LD および PE-LLD:この材料は主にフィルム製造に使用されます。代表的な製品はゴミ袋、シュリンクフィルム、農業用フィルムです。程度は低いですが、PE-LD と PE-LLD はケーブル シースの製造、同軸ケーブルの誘電体、パイプおよび中空体の製造にも使用されます。

• PE-HD:最も重要な適用分野は、ブロー成形プロセスを使用して製造された中空体です。たとえば、家庭用クリーニング製品のボトルだけでなく、最大 1000 リットル (so- IBCと呼ばれる）。さらに、PE-HD は射出成形部品 (主にパッケージング) に加工され、ポリエチレン製の繊維、ホイル、およびパイプは、押出および真空プロセスを使用して製造されます。水工学および埋立地建設用のフィルムも、PE-HD から作られています。また、埋立地建設または道路および堤防建設用のジオグリッドおよびジオフリースも製造されています。アプリケーションのもう1つの主要な分野は、ガスと飲料水の供給です。ここでは、PE-80 または PE-100 タイプのパイプがよく使用されます。溶接は簡単ですが、地面に敷く場合は、ラインを砂に埋め込む必要があります。

• PE-UHMW:ポンプ部品、ギア ホイール、スライディング ブッシュ、インプラント、内部人工装具の表面など、可能な限り摩耗を抑えたスムーズな動作が重要な場合に使用されます。その重量に基づいて、PE-UHMW で作られた繊維は、既知の人造繊維 (Dyneema®、DSM) の中で最も強度が高いものの 1 つです。それらは外科用縫合糸として使用されます。宇宙エレベーターの材料として議論されている、これまでに知られている繊維はおそらくこれらの繊維だけです。

• PE-X:温水パイプや中高圧ケーブルの絶縁材などに使用されます。 PE-X は、ガスや飲料水の供給にも非常に頻繁に使用されます。耐スクラッチ性が高いため (スクラッチの深さは壁厚の最大 20%)、泥掘削法や鋤を使った地面への設置など、トレンチを使用しない設置方法に特に適しています。 PE-X は溶接特性が非常に悪く、電融溶接しか使用できません。

• PE を燃料とするハイブリッド ロケット。 (メニュー「ロケット」をクリックします。すべての My_Rocket... は PE を燃料として運用されています