Il polietilene è il polimero termoplastico più comune ottenuto per poliaddizione maggiormente prodotto nel mondo per la sua versatilità e per i suoi molteplici utilizzi. Il chimico tedesco Hans von Pechmann, nell’ambito dei suoi studi sul diazometano lo ottenne per la prima volta accidentalmente nel 1898.
Il polietilene è costituito da una lunga catena di atomi di carbonio ciascuno dei quali è legato a due atomi di idrogeno. Il monomero da cui si ottiene il polietilene è l’etene H2C=CH2 che è il più semplice degli alcheni ottenuto dall’industria petrolchimica per pirolisi degli idrocarburi o per disidratazione dell’etanolo.
A seconda del metodo di polimerizzazione di ottengono polimeri che hanno diverso peso molecolare e diverso grado di ramificazione con conseguenti proprietà differenti.
Classificazione del polietilene
Pertanto viene classificato in polietilene:
1) UHMWPE ad altissimo peso molecolare con struttura cristallina e molecole ben impaccate ottenuto per polimerizzazione per coordinazione di metalloceni
2) HDPE ad alta densità scarsamente ramificato ottenuto per polimerizzazione con catalizzatori Ziegler-Natta
3) LDPE a bassa densità più ramificato dell’HDPE e ottenuto per polimerizzazione radicalica
4) LLDPE lineare a bassa densità ottenuto per polimerizzazione di etene e α olefine con catalizzatori Ziegler-Natta
5) MDPE a media densità con un numero inferiore di ramificazioni rispetto al LDPE
6) PEX reticolato ottenuto dall’HDPE in presenza di perossidi
Il polietilene ad altissimo peso molecolare UHMWPE è utilizzato per realizzare le superfici di scorrimento delle protesi articolari perché presenta ottime proprietà antiattrito, eccezionale resistenza alle forze impulsive, buona resistenza alla fatica meccanica e buona biocompatibiltà. Essendo tuttavia soggetto a usura abrasiva e usura ossidativa che portano alla degradazione del materiale polimerico si preferisce usare il PEX stabilizzato con vitamina E per evitare l’ossidazione.
Polietilene ad alta densità
Il polietilene ad alta densità HDPE è ottenuto alla pressione tra 10 e 80 atm e alla temperatura tra 80 e 150°C o con catalizzatori Ziegler Natta o con catalizzatori Phillips.
I catalizzatori Ziegler Natta sono composti organometallici costituiti da alogenuri di titanio e trialchilallumino che agisce da promotore. Sono impiegati per la sintesi del polietilene e del polipropilene e per la rivoluzione che hanno creato nel campo delle materie plastiche l’Accademia Reale svedese delle Scienze conferì nel 1963 il Premio Nobel per la Chimica agli scienziati Karl Ziegler e Giulio Natta.
Il catalizzatore Phillips è di tipo eterogeneo costituito da ossido di cromo supportato da gel di silice
Oltre il 50% del polietilene prodotto nel mondo è ottenuto con il catalizzatore Phillips.
Il polietilene ad alta densità è flessibile, resistente agli agenti atmosferici e alle sostanze chimiche, di facile lavorazione ideale per i processi di stampaggio e di iniezione.
È usato per ottenere bottiglie in grado di conservare prodotti alimentari e per una variegata molteplicità di utilizzi tra cui mobili da giardino
Polietilene a bassa densità
Il polietilene a bassa densità LDPE è ottenuto alla pressione di 1000-3000 atm e a temperature relativamente basse 130- 300 °C. Infatti la reazione è di tipo esotermico e quindi sfavorita dalle alte temperature:
n C2H4 → -[CH2-CH2]n– ΔH° = – 92 kJ/mol
Per la polimerizzazione radicalica è usato un iniziatore come un perossido organico. L’etene è compresso e messo in un reattore insieme all’iniziatore dove avviene la reazione. Il polietilene allo stato fuso è quindi allontanato, estruso e ridotto in granuli. Il prodotto presenta un numero di atomi di carbonio tra 4000 e 40000 con piccole catene laterali:
Questo tipo di polietilene ha basso peso specifico, è resistente agli urti, all’umidità e alle sostanze chimiche. Tuttavia esso ha una scarsa resistenza al calore e un’elevata espansione termica.
È usato inoltre in fili e cavi isolanti, tubi, bottiglie, utensili, buste per la spesa, giocattoli e in forma di film.