Přeskočit na obsah

Polyethylen

Z Infopedia
Rozbalit box

Obsah boxu

Šablona:Infobox Chemická látka

Polyethylen (zkráceně PE, také polyetylen) je termoplastický polymer, který vzniká polymerací ethenu (ethylenu). Je to v současné době nejpoužívanější plast na světě. Jeho roční produkce přesahuje 100 milionů tun a globální tržní objem PE se očekává, že dosáhne 130 milionů metrických tun do roku 2029. V roce 2025 se globální objem trhu s polyethylenem odhaduje na 117 milionů tun.

Polyethylen je členem rodiny polyolefinů a vyznačuje se vynikajícími vlastnostmi, jako je mimořádná chemická odolnost, výborné dielektrické vlastnosti, nenasákavost, mrazuvzdornost a dlouhá životnost. Díky svým vlastnostem je využíván v širokém spektru aplikací, od obalových materiálů a fólií po potrubí, nádoby, izolace a dokonce i zdravotnické pomůcky.

⏳ Historie

Historie polyethylenu začala náhodným objevem. Poprvé jej syntetizoval Hans von Pechmann v roce 1898, když zahříval diazomethan a získal bílou, voskovitou látku. V té době však tento objev neměl žádné praktické využití.

K průmyslové syntéze došlo až v roce 1933, kdy inženýři Eric Fawcett a Reginald Gibson z britské společnosti Imperial Chemical Industries (ICI) v Velké Británii náhodně vyrobili nízkohustotní polyethylen (LDPE) vystavením materiálu vysokému tlaku a teplotě. To odstartovalo komerční úspěch materiálu. Průmyslová výroba nízkohustotního polyethylenu byla zahájena v roce 1939.

Během druhé světové války byl polyethylen využíván k izolaci radarových kabelů díky své nízké hmotnosti, vodotěsnosti a elektrické nevodivosti, což poskytlo technologickou výhodu.

V roce 1953 vyvinul německý chemik Karl Ziegler katalyzátor, který umožnil výrobu vysokohustotního polyethylenu (HDPE), pevnější a tužší verze materiálu. Za tento objev získal Nobelova cena za chemii v roce 1963 společně s italským vědcem Giulio Natta, který přispěl k polymerní vědě. Průmyslová výroba HDPE byla zahájena v roce 1953. V 50. letech 20. století se polyethylen začal široce používat v civilním sektoru.

🧪 Chemické a fyzikální vlastnosti

Polyethylen je termoplast, což znamená, že jej lze při vyšších teplotách tvarovat a po ochlazení si udrží daný tvar. Skládá se z opakujících se jednotek ethylenu (ethenu, C₂H₄), s chemickým vzorcem (C₂H₄)n. Je to nepolární a částečně krystalický materiál.

Mezi klíčové vlastnosti polyethylenu patří:

  • Mimořádná chemická odolnost: Odolává působení většiny kyselin, zásad, rozpouštědel a mnoha chemikálií (s výjimkou silných oxidačních činidel jako kyselina dusičná nebo ozon).
  • Výborné dielektrické vlastnosti: Má nízkou tepelnou vodivost a je vynikajícím izolantem.
  • Nenasákavost: Má velmi nízkou absorpci vody a vodní páry.
  • Mrazuvzdornost: Je použitelný v extrémně nízkých teplotách, odolává mrazu až do -50 °C nebo dokonce -70 až -100 °C.
  • Odolnost proti vzniku a šíření napěťových trhlin: Zajišťuje dlouhou životnost materiálu.
  • Zdravotní nezávadnost: Je netoxický, bez zápachu a vhodný pro přímý styk s potravinami.
  • Nízká cena a snadná zpracovatelnost: Přispívá k jeho širokému využití.

Hustota polyethylenu se pohybuje od 0,91 g/cm³ do 0,97 g/cm³. Je to hořlavý materiál, který se při vystavení vysokým teplotám rychle taví. Při hoření však nevznikají žádné škodlivé látky neslučitelné s prostředím a podle normy SN 73 0862 je zařazen do třídy C3 – lehce hořlavý.

🏭 Výroba

Polyethylen se nevyskytuje v přírodě, jedná se o syntetický produkt. Základní surovinou pro jeho výrobu je ethen (ethylen), který se získává termickým krakováním ropy nebo zemního plynu.

Samotná syntéza probíhá procesem polymerace ethenových monomerů. Tento proces vyžaduje buď mimořádné podmínky (vysoký tlak a teplota pro LDPE), nebo účinné katalyzátory (pro HDPE a LLDPE). Molekuly ethenu jsou vystaveny definované teplotě a tlaku a poté podléhají řadě chemických reakcí, které vedou k vytvoření dlouhých řetězců polymerních molekul.

Při výrobě polyethylenu jsou klíčové monomery a katalyzátory, které iniciují a urychlují reakci. Používají se převážně sloučeniny přechodných kovů, jako jsou sloučeniny titanu nebo chromu. V Česku se například v Polymer Institute Brno vyvíjejí a modifikují katalytické systémy pro přípravu PE.

Hlavními technologickými postupy pro zpracování polyethylenu jsou vstřikování a vytlačování. Polyethylenové desky mají výbornou zpracovatelnost a svařitelnost.

📊 Typy polyethylenu

Vlastnosti polyethylenu se liší v závislosti na jeho struktuře, především na hustotě a stupni rozvětvení polymerních řetězců. Rozlišuje se několik hlavních typů:

  • Nízkohustotní polyethylen (LDPE – Low-Density Polyethylene):
   *   Vyznačuje se vysokým stupněm rozvětvení, což vede k nižší hustotě (0,910–0,940 g/cm³) a větší flexibilitě.
   *   Je měkčí, ohebnější a má lepší rázovou i vrubovou houževnatost i při nízkých teplotách.
   *   Má nižší bod tání (105–110 °C) a nižší pevnost v tahu.
   *   Používá se pro nákupní tašky, obaly potravin, plastové fólie, smršťovací fólie, sáčky (např. mikroten), stlačitelné lahve a izolace kabelů.
  • Vysokohustotní polyethylen (HDPE – High-Density Polyethylene):
   *   Má minimální rozvětvení, což vede k hustší struktuře (0,941–0,960 g/cm³) a vyšší tuhosti a pevnosti.
   *   Je tvrdší a tužší, s vyšší teplotou tání (130–135 °C) a vyšší tvarovou stálostí za tepla.
   *   Vyznačuje se vysokou chemickou odolností a odolností proti rozpouštědlům.
   *   Používá se pro potrubí a ventily (pro vodovodní, kanalizační, ventilační a topné systémy), nádoby na kapaliny, chemikálie, paliva a domovní odpad, láhve na nápoje a kosmetiku, skluzavky, plastové koše, přepravky a dřevoplastové kompozity (woodplastic).
  • Lineární nízkohustotní polyethylen (LLDPE – Linear Low-Density Polyethylene):
   *   Podobný LDPE, ale má lineární strukturu s krátkými, rovnoměrnými větvemi, což mu dává kombinaci pevnosti a flexibility.
   *   Nabízí vyšší pevnost než LDPE při zachování flexibility.
   *   Často se používá pro plastové fólie, flexibilní obaly a stretch fólie. Očekává se, že globální trh LLDPE dosáhne 48 260 milionů dolarů do roku 2028.
  • Ultravysokomolekulární polyethylen (UHMWPE – Ultra High Molecular Weight Polyethylene):
   *   Extrémně hustá verze polyethylenu s velmi vysokou molekulární hmotností, která poskytuje výjimečnou odolnost proti oděru a nárazovou pevnost.
   *   Lze z něj spřádat vlákna s pevností v tahu mnohonásobně vyšší než u oceli.
   *   Používá se pro vysoce odolné strojírenské plastové díly, ložiska, kluzné komponenty a dopravníkové pásy, ale také v aplikacích jako jsou umělé klouby a neprůstřelné vesty.

Mezi další varianty patří středněhustotní polyethylen (MDPE), zesíťovaný polyethylen (XLPE nebo PEX) a chlorovaný polyethylen (CPE).

🛠️ Využití

Polyethylen je díky své univerzálnosti, nízké ceně a široké škále užitných vlastností nepostradatelným materiálem v mnoha odvětvích.

Polyethylen lze dále upravovat například ozářením (k síťování), chlorováním nebo chlorsulfonováním, což mění jeho vlastnosti.

♻️ Recyklace a ekologie

Polyethylen je obecně považován za ekologicky nezávadný a netoxický pro přímý kontakt s živými organismy při běžných teplotách. Hlavním ekologickým problémem je jeho extrémně pomalý rozklad v přírodě, což vede k akumulaci plastového odpadu a vzniku mikroplastů.

Recyklace polyethylenu je běžnou praxí a je technicky dobře zvládnutelná. Existují tři hlavní metody recyklace plastového odpadu: 1. Mechanická recyklace (fyzikální): Zahrnuje drcení a mletí plastů na flakes (drtě) nebo aglomeráty, které se následně čistí, suší a regranulují na granule. Z regranulátu se vyrábí recyklovaná fólie, která je často medově či šedavě zabarvená a má typický zápach. Využívá se například pro odpadkové pytle, stavební fólie a nákupní tašky. 2. Tepelný rozklad (chemická recyklace): Spočívá v zahřívání a rozkladu odpadních plastů na topný olej nebo plyn, nebo na jejich chemické oddělení na petrochemické produkty pro další použití. K tomuto procesu se používají různé katalyzátory. V roce 2024 představovala chemická recyklace pouze 0,1 % celkové produkce plastů. 3. Opětovné použití kompozitů: Zahrnuje rozmělnění odpadních plastů a jejich použití jako součásti kompozitních materiálů.

V roce 2024 se celosvětová produkce plastů odhadovala na 413,8 milionů tun, přičemž mechanicky recyklovaná produkce plastu po konzumaci činila asi 8,7 % (36,5 milionu tun).

Mikroplasty, zejména polyethylen, byly nalezeny v lidském těle, například v karotidových plátech, a jsou spojovány se zvýšeným rizikem infarktu nebo mrtvice. Vědci z Mendelovy univerzity zkoumají, jak larvy potemníka dokážou konzumovat a částečně rozložit polyethylen pomocí enzymů a mikroorganismů ve střevech.

💡 Pro laiky

Představte si polyethylen jako takového superhrdinu mezi plasty. Je to materiál, ze kterého se vyrábí spousta věcí, které každý den používáme, aniž bychom si to uvědomovali. Třeba sáčky na pečivo v obchodě, lahve od mléka nebo šamponu, hračky pro děti, potrubí na vodu nebo plyn a dokonce i ty pevné plastové přepravky, ve kterých se něco převáží.

Proč je tak oblíbený? Má spoustu skvělých vlastností. Je neuvěřitelně odolný proti většině chemikálií, takže se nemusíte bát, že se vám v něm něco rozpustí. Také nenasáká vodu, takže je ideální pro věci, které mají přijít do kontaktu s tekutinami. A co je důležité, vydrží velké mrazy, takže ho můžete používat i venku v zimě. Navíc je celkem levný a dá se z něj snadno vyrobit cokoli, co potřebujeme.

Existují různé typy polyethylenu, které se liší svou pevností a pružností. Některý je měkký a ohebný jako igelitová taška, to je ten s nízkou hustotou (LDPE). Jiný je zase tvrdý a pevný jako plastové potrubí nebo popelnice, to je ten s vysokou hustotou (HDPE).

Jedinou nevýhodou je, že se v přírodě sám moc nerozkládá. Proto je důležité ho třídit a recyklovat, aby se z něj mohly vyrobit nové věci a nekončil v přírodě, kde by ležel stovky let.

Související články

Citováno z „https://infopedia.cz/index.php?title=Polyethylen&oldid=13167“