폴리에틸렌

Polyethylene
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폴리에틸렌
Skeletal formula of a ris monomer
Spacefill model of polyethylene
Sample of granulated polyethylene
이름
IUPAC 이름
폴리엔 또는 폴리(메틸렌)[1]
기타 이름
폴리에테네
폴리텐
식별자
약어 PE
켐스파이더
  • 없음.
ECHA 정보 카드 100.121.698 Edit this at Wikidata
케그
메쉬 폴리에틸렌
유니
특성.
(C2H4)n
밀도 0.88~0.96g/cm3[2]
녹는점 115 ~ 135 °C (239 ~275 °F, 388 ~408 K)[2]
로그 P 1.02620[3]
- 9.67×10−6 (HDPE, SI, 22 °C)[4]
달리 명시되지 않은 한 표준 상태(25°C[77°F], 100kPa)의 재료에 대한 데이터가 제공됩니다.
폴리에틸렌 내의 반복 유닛이 가장 안정적인 엇갈린 구성으로 되어 있다.
시리즈의 일부
파이버전
Kapok seeds I IMG 8004.jpg
천연 섬유
동물
식물.
광물
인공 섬유
재생 섬유
반합성 섬유
합성 섬유

폴리에틸렌 또는 폴리에틸렌(약칭 PE, IUPAC 이름 polyethene 또는 poly(메틸렌))은 가장 일반적으로 생성되는 플라스틱입니다.[5]폴리머로 주로 포장에 사용됩니다(플라스틱 봉투, 플라스틱 필름, 거메브란, 병을 포함한 용기 등).2017년 기준으로 연간 1억 톤 이상의 폴리에틸렌 수지가 생산되고 있으며, 이는 전체 플라스틱 [6][7]시장의 34%를 차지하고 있습니다.

많은 종류의 폴리에틸렌이 알려져 있으며, 대부분은 화학식(nCH)을24 가지고 있습니다. PE는 보통 다양한 값 n의 에틸렌의 유사한 폴리머의 혼합물입니다.저밀도 또는 고밀도일 수 있습니다.저밀도 폴리에틸렌은 고압(1000~5000atm)과 고온(520kvins)을 사용하여 압출되며[verification needed], 고밀도 폴리에틸렌은 저압(6-7atm)과 저온(333-343K)을 사용하여 압출됩니다[verification needed].폴리에틸렌은 보통 열가소성 플라스틱이지만, 예를 들어 가교 폴리에틸렌에서 열경화되도록 변형될 수 있습니다.

역사

폴리에틸렌은 1898년 디아조메탄을 [8][a][b][c]조사하던 중 우연히 폴리에틸렌을 제조한 독일 화학자 한스 폰 페흐만에 의해 처음 합성되었다.그의 동료인 Eugen Bamberger와 Friedrich Tschirner가 그가 만든 하얀 밀랍 물질을 특징지었을 때, 그들은 그것이 긴2 -CH-사슬을 포함하고 있다는 것을 알고 그것을 폴리메틸렌이라고 불렀다.[10]

1936년 ICI의 기술자에게 선물한 폴리에틸렌 1파운드로 만든 알약 상자

산업적으로 실용적인 최초의 폴리에틸렌 합성(디아조메탄은 산업 적용에서 일반적으로 회피되는 악명 높은 불안정한 물질)은 1933년 영국 [11]노스위치의 임페리얼 케미컬 인더스트리(ICI) 작업장에서 에릭 포싯과 레지날드 깁슨에 의해 다시 우연히 발견되었다.에틸렌과 벤즈알데히드의 혼합물에 매우 높은 압력(수백 기압)을 가하면 다시 흰색 왁스 소재가 생성되었습니다.그 반응은 그들의 장비에서 미량의 산소 오염에 의해 시작되었기 때문에, 처음에는 재현이 어려웠다.1935년이 되어서야 ICI의 또 다른 화학자인 Michael Perrin은 이 사고를 1939년부터 산업용 저밀도 폴리에틸렌(LDPE) 생산의 기반이 된 폴리에틸렌의 재현 가능한 고압 합성물로 발전시켰다.폴리에틸렌은 매우 고주파 전파에서 매우 낮은 손실 특성을 가진 것으로 밝혀졌기 때문에, 영국의 상업 유통은 제2차 세계대전 발발과 함께 중단되었고, 비밀주의가 부과되었고, 새로운 공정은 레이더 세트의 UHF와 SHF 동축 케이블의 단열재를 생산하는데 사용되었다.제2차 세계대전 중 ICI 공정에 대한 추가 연구가 이루어졌고 1944년 텍사스 주 새빈 리버의 듀퐁과 웨스트버지니아 주 찰스턴의 베이클라이트사가 ICI의 [12]허가를 받아 대규모 상업 생산을 시작했다.

폴리에틸렌의 상업적 생산의 획기적인 발전은 온화한 온도와 압력에서 중합 작용을 촉진하는 촉매의 개발에서 시작되었다.첫 번째 촉매는 1951년 필립스 [13]페트롤리엄의 로버트 뱅크스와 J. 폴 호건이 발견한 삼산화크롬에 기초한 촉매입니다.1953년 독일 화학자 Karl Ziegler는 Phillips 촉매보다 더 약한 조건에서 작동하는 할로겐화 티타늄과 유기 알루미늄 화합물을 기반으로 하는 촉매 시스템을 개발했습니다.단, Phillips Catalyst는 비용이 저렴하고 사용하기 쉬우며 두 방법 모두 산업용으로 많이 사용됩니다.1950년대 말까지 필립스 및 지글러형 촉매는 모두 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 생산에 사용되었습니다.1970년대에 지글러 시스템은 염화 마그네슘의 혼입으로 개선되었다.1976년 Walter Kaminsky와 Hansjörg Sinn에 의해 가용성 촉매인 메탈로센에 기초한 촉매 시스템이 보고되었다.지글러 및 메탈로센 기반 촉매 제품군은 에틸렌을 다른 올레핀과 공중합하는 데 매우 유연한 것으로 입증되었으며, 초저밀도 폴리에틸렌 및 선형 저밀도 폴리에틸렌을 포함하여 오늘날 사용 가능한 광범위한 폴리에틸렌 수지의 기반이 되었습니다.UHMWPE 섬유 형태의 이러한 수지는 많은 고강도 애플리케이션에서 아라미드를 대체하기 시작했다(2005년 기준).

특성.

폴리에틸렌의 특성은 기계적,[14] 화학적, 전기적, 광학적, 열적 특성으로 나눌 수 있습니다.

기계

폴리에틸렌은 강도, 경도, 강성이 낮지만 연성과 충격 강도가 높고 마찰력이 낮다.지속력 하에서의 강한 크리프를 나타내며, 이는 짧은 섬유를 추가함으로써 감소시킬 수 있습니다.만지면 물컹거려요.

온도

폴리에틸렌의 상업적 적용 가능성은 다른 열가소성 수지에 비해 낮은 융점 때문에 제한됩니다.중밀도 및 고밀도 폴리에틸렌의 일반적인 상용 등급의 경우 용해점은 일반적으로 120 - 130°C(248 - 266°F)입니다.평균 상용 저밀도 폴리에틸렌의 용해점은 일반적으로 105~115°C(221~239°F)입니다.이러한 온도는 폴리에틸렌의 종류에 따라 크게 다르지만 폴리에틸렌의 용해 상한은 이론적으로 144~146°C(291~295°F)로 보고되고 있다.연소는 일반적으로 349°C(660°F) 이상에서 발생합니다.

화학의

폴리에틸렌은 비극성 포화 고분자 탄화수소로 구성되어 있습니다.따라서 이것의 화학적 행동은 파라핀과 유사하다.각각의 고분자는 공유적으로 연결되어 있지 않다.대칭 분자 구조 때문에 그들은 결정화되는 경향이 있다; 전체 폴리에틸렌은 부분적으로 결정성이다.결정성이 높을수록 밀도가 높아지고 기계적, 화학적 안정성이 높아집니다.

플라스틱 밀도를 테스트하는 표준 방법은 ISO 1183 part 2(경사 컬럼), 또는 ISO 1183 part 1(MVS2PRO 밀도 분석기)[15]입니다.

대부분의 LDPE, MDPE 및 HDPE 등급은 내화학성이 뛰어나므로 강한 산이나 강한 염기의 공격을 받지 않으며 완만한 산화제와 환원제에 내성이 있습니다.결정성 검체는 상온에서 녹지 않습니다.폴리에틸렌(가교 폴리에틸렌 제외)은 일반적으로 톨루엔이나 자일렌과 같은 방향족 탄화수소나 트리클로로벤젠과 같은 염소 처리된 용제에 [5]높은 온도에서 용해될 수 있습니다.

폴리에틸렌은 물을 거의 흡수하지 않는다.가스 및 수증기 투과율(극성 가스만 해당)은 대부분의 플라스틱보다 낮습니다. 반면 산소, 이산화탄소 및 조미료는 쉽게 통과할 수 있습니다.

PE는 햇빛에 노출되면 부서질 수 있으며, 일반적으로 카본 블랙이 자외선 안정제로 사용됩니다.

폴리에틸렌은 끝이 노란색인 파란색 불꽃과 함께 천천히 타며 파라핀(촛불과 비슷한) 냄새를 풍긴다.화염원을 제거해도 재료는 계속 연소되어 [16]드립이 발생합니다.

폴리에틸렌은 전처리 없이 접착제로 인쇄하거나 접착할 수 없습니다.플라스틱 용접으로 쉽게 고강도 조인트를 얻을 수 있습니다.

전기

폴리에틸렌은 좋은 전기 절연체이다.전기 트리잉 저항성이 우수하지만 정전기가 쉽게 충전됩니다(흑연, 카본 블랙 또는 정전기 방지제를 추가하면 이를 줄일 수 있습니다).

옵티컬

PE는 열 이력과 막 두께에 따라 거의 투명(투명), 유백색(투명) 및 불투명(투명) 사이에서 달라질 수 있습니다.LDPE는 가장 크고 LLDPE는 약간 낮으며 HDPE는 가장 낮은 투과성을 가집니다.결정체가 [17]가시광선 파장보다 크면 투명도가 떨어진다.

제조 공정

단량체

ethylene skeleton
ethylene 3D model
에틸렌(에텐)

성분 또는 단량체는 에틸렌(IUPAC 이름 에텐)으로, 화학식이24 CH인 기체 탄화수소로, 서로 연결된 한 쌍의 메틸렌기(-CH-
2)로 볼 수 있습니다.PE 순도의 일반적인 사양은 물, 산소 및 기타 알켄 함량은 5ppm 미만입니다.허용 가능한 오염 물질에는 N, 에탄(에틸렌의 일반적인 전구체) 및 메탄이 포함됩니다2.에틸렌은 보통 석유화학원으로부터 생산되지만 [5]에탄올의 탈수에 의해서도 생성된다.

중합

에틸렌에서 폴리에틸렌으로의 중합은 다음 화학식으로 설명된다.

n CH
2=CH
2(가스) → [-CH-CH-
2
2](
n고체) δH/n= -25.71 ± 0.59 kcal/mol(-180.6 ± 2.5 kJ/mol)[18]

에틸렌은 촉매와 접촉해야만 중합되는 안정적인 분자입니다.변환은 발열성이 매우 높습니다.배위 중합은 가장 널리 보급된 기술로서, 금속 염화물 또는 금속 산화물이 사용된다.가장 일반적인 촉매는 염화티타늄(III)으로 구성되어 있으며, 이른바 지글러-나타 촉매라고 불립니다.또 다른 일반적인 촉매는 산화 크롬(VI)을 실리카에 [5]퇴적시켜 제조한 Phillips 촉매입니다.폴리에틸렌은 래디컬 중합으로 제조할 수 있지만, 이 방법은 효용성이 제한적이며 일반적으로 고압 장치가 필요합니다.

참가

폴리에틸렌 부품을 함께 접합하는 데 일반적으로 사용되는 방법은 다음과 같습니다.[19]

폴리에틸렌은 무극성이며 용제에 대한 내성이 높기 때문에 접착제와 용제는 거의 사용되지 않습니다.표면 화학 또는 전하를 플라즈마 활성화, 화염 처리 또는 코로나 처리로 수정하면 압력 감지 접착제(PSA)가 가능합니다.

분류

폴리에틸렌은 밀도와 가지에 따라 분류된다.그것의 기계적 특성은 분지의 범위와 유형, 결정 구조, 분자량과 같은 변수에 따라 크게 달라진다.폴리에틸렌에는 몇 가지 종류가 있습니다.

판매량에서 가장 중요한 폴리에틸렌 등급은 HDPE, LLDPE, LDPE입니다.

초고분자중량(UHMWPE)

주요 기사:초고분자 폴리에틸렌
스테인리스강 및 초고분자량 폴리에틸렌 힙 교체

UHMWPE은 분자량이 수백만 단위인 폴리에틸렌으로 보통 350만 ~ 750만 amu [20]사이입니다.고분자량으로 인해 매우 단단한 물질이지만 고밀도 폴리에틸렌(예: 0.930–0.935 g/cm3) 미만의 밀도로 입증되는 결정 구조에 체인을 효율적으로 채우지 못합니다.UHMWPE은 모든 촉매 기술을 통해 만들 수 있지만, 지글러 촉매가 가장 일반적입니다.UHMWPE는 뛰어난 인성과 절단, 마모, 뛰어난 내화학성 때문에 다양한 용도로 사용됩니다.여기에는 통조림 및 병을 다루는 기계 부품, 직조 기계의 가동 부품, 베어링, 기어, 인공 관절, 아이스 링크의 가장자리 보호, 선박의 강철 케이블 교체 및 도마 등이 포함됩니다.그것은 고관절과 무릎 치환에 사용되는 임플란트의 관절 부분을 만드는 데 흔히 사용된다.섬유질로는 방탄조끼를 입은 아라미드와 경쟁합니다.

고밀도(HDPE)

주요 기사:고밀도 폴리에틸렌
서호주 아웃백 설치 시 현장에 HDPE 파이프 설치.흰색 외부 층은 Acu-Therm으로 알려진 열 발열을 줄이기 위해 함께 추출됩니다.

HDPE는 0.941g/cm3 이상의 밀도로 정의됩니다.HDPE는 분기 정도가 낮습니다.대부분 선형 분자는 잘 뭉쳐져 있기 때문에 분자간 힘은 고분자 고분자 고분자보다 더 강합니다.HDPE는 크롬/실리카 촉매, 지글러-나타 촉매 또는 메탈로센 촉매에 의해 생성될 수 있으며 촉매 및 반응 조건을 선택하여 발생하는 소량의 분지를 제어할 수 있습니다.이러한 촉매들은 성장하는 폴리에틸렌 분자의 끝에서 유리기의 형성을 선호합니다.그것들은 새로운 에틸렌 모노머를 중간이 아닌 분자의 끝에 첨가하게 하여 선형 사슬의 성장을 유발합니다.

HDPE는 인장 강도가 높습니다.그것은 우유통, 세제병, 버터통, 쓰레기통, 수도관 같은 제품과 포장에 사용된다.모든 장난감의 3분의 1은 HDPE로 제조된다.2007년 전 세계 HDPE 소비량은 3000만 [21]톤 이상에 달했다.

가교(PEX 또는 XLPE)

주요 기사:가교 폴리에틸렌

PEX는 폴리머 구조에 도입된 가교결합을 함유한 중~고밀도 폴리에틸렌으로 열가소성 수지를 열경화제로 변화시킨다.폴리머의 고온 특성이 개선되고 흐름이 감소하며 내화학성이 향상됩니다.PEX는 일부 음용수 배관 시스템에서 사용됩니다. 왜냐하면 이 재료로 만들어진 튜브가 금속 젖꼭지 위로 확장될 수 있고, 영구적이고 방수적인 연결을 형성하면서 원래 모양으로 천천히 돌아갈 수 있기 때문입니다.

중밀도(MDPE)

주요 기사:중밀도 폴리에틸렌

MDPE는 0.926~0.940g/cm의3 밀도 범위로 정의됩니다.MDPE는 크롬/실리카 촉매, 지글러-나타 촉매 또는 메탈로센 촉매에 의해 생성될 수 있습니다.MDPE는 충격 및 낙하 저항성이 우수합니다.또한 HDPE보다 노치 감도가 낮아 내응력 균열성이 HDPE보다 우수합니다.MDPE는 일반적으로 가스 파이프 및 피팅, 자루, 수축 필름, 포장 필름, 캐리어 백 및 나사 폐쇄에 사용됩니다.

선형 저밀도(LLDPE)

주요 기사 : 리니어 저밀도 폴리에틸렌

LLDPE는 0.915~0.925g/cm의3 밀도 범위로 정의됩니다.LLDPE는 상당한 수의 짧은 가지를 가진 실질적으로 선형 중합체이며, 일반적으로 짧은 사슬의 알파-올레핀(예: 1-부텐, 1-헥센 및 1-옥텐)과 에틸렌을 공중합하여 만들어집니다.LLDPE는 LDPE보다 인장 강도가 높고 LDPE보다 충격 및 펑크 저항성이 높습니다.LDPE에 비해 두께가 낮은(게이지) 필름은 환경 응력 균열 저항성이 뛰어나지만 가공이 쉽지 않습니다.LLDPE는 포장, 특히 가방 및 시트용 필름에 사용됩니다.LDPE에 비해 낮은 두께를 사용할 수 있습니다.케이블 커버, 장난감, 뚜껑, 버킷, 용기 및 파이프에 사용됩니다.LLDPE는 다른 응용 프로그램도 있지만 견고성, 유연성 및 상대적 투명성 때문에 필름 응용 프로그램에서 주로 사용됩니다.제품의 예는 농업용 필름, Saran 랩, 버블 랩에서 다층 및 복합 필름에 이르기까지 다양합니다.2013년 세계 LLDPE 시장 규모는 400억 [22]달러에 달했습니다.

저밀도(LDPE)

주요 기사: 저밀도 폴리에틸렌

LDPE는 0.910 ~0.940 g/cm의3 밀도 범위로 정의됩니다.LDPE는 짧은 사슬과 긴 사슬의 분기가 높기 때문에 결정 구조에도 체인이 채워지지 않습니다.따라서 순간 다이폴 유도 다이폴 흡인력이 작을수록 분자간 힘이 약해진다.그 결과 인장 강도가 낮아지고 연성이 높아집니다.LDPE는 프리라디칼 중합에 의해 생성됩니다.긴 체인을 가진 높은 분기는 용해된 LDPE의 고유하고 바람직한 흐름 특성을 제공합니다.LDPE는 견고한 용기와 비닐 봉투 및 필름 랩과 같은 플라스틱 필름 용도에 모두 사용됩니다.2013년 세계 LDPE 시장 규모는 약 330억 [23]달러였습니다.

LDPE를 만드는 데 사용되는 래디칼 중합 과정은 성장하는 PE 사슬의 래디칼 부위를 "감독"하는 촉매를 포함하지 않습니다(HDPE 합성에서 래디칼 부위는 PE 사슬의 끝부분에 있습니다. 왜냐하면 촉매가 끝부분의 형성을 안정화시키기 때문입니다).2차 라디칼(사슬의 중간)은 1차 라디칼(사슬의 끝)보다 안정적이고 3차 라디칼(분기점)은 여전히 안정적입니다.에틸렌 모노머가 첨가될 때마다 1차 래디칼이 생성되지만, 종종 이들은 보다 안정적인 2차 래디칼 또는 3차 래디칼을 형성하기 위해 재배치됩니다.2차 또는 3차 부위에 에틸렌 모노머를 추가하면 분기가 생성됩니다.

초저밀도(VLDPE)

VLDPE는 0.880 ~0.915 g/cm의3 밀도 범위로 정의됩니다.VLDPE는 높은 수준의 짧은 사슬 가지를 가진 실질적으로 선형 고분자로, 일반적으로 짧은 사슬 알파 올레핀(예: 1-부텐, 1-헥센 및 1-옥텐)과 에틸렌을 공중합하여 만들어집니다.VLDPE는 일반적으로 메탈로센 촉매에 의해 나타나는 더 큰 코모노머 혼입으로 인해 메탈로센 촉매를 사용하여 생산됩니다.VLDPE는 호스와 튜브, 얼음과 냉동 식품 봉투, 식품 포장 및 스트레치 랩 및 다른 폴리머와 혼합될 때 충격 수정제에 사용됩니다.

최근 많은 연구 활동이 폴리에틸렌의 긴 체인 가지의 특성과 분포에 초점을 맞추고 있다.HDPE에서, 이러한 가지 중 비교적 적은 수, 아마도 백본 탄소당 100개 또는 1,000개 중 한 개는 폴리머의 레올로지 특성에 큰 영향을 미칠 수 있습니다.

공중합체

알파올레핀과의 공중합 외에 에틸렌은 이온화된 유리기를 생성하는 광범위한 다른 모노머 및 이온성 조성물과 공중합될 수 있다.일반적인 예로는 초산비닐(에틸렌-비닐 아세트산비닐공중합체(EVA)로 운동화 밑창 발포에틸렌-비닐 아세테이트는 운동화 밑창 발포에 널리 사용됩니다.아크릴공중합체에는 포장재, 스포츠용품, 시멘트 생산에 사용되는 슈퍼가소성제가 포함된다.

폴리에틸렌의 종류

폴리에틸렌의 특정 재료 특성은 분자 구조에 따라 달라집니다.분자량과 결정성은 가장 중요한 요소이며, 결정성은 분자량과 분지의 정도에 따라 달라집니다.고분자 사슬의 분기가 적을수록, 분자량이 적을수록 폴리에틸렌의 결정성은 높아진다.결정도는 35%(PE-LD/PE-LD) ~ 80%(PE-HD)입니다.폴리에틸렌은 결정 영역에서 1.0g/cm3, 비정질 영역에서 0.86g/cm의3 밀도를 가진다.밀도와 결정성 [14]사이에는 거의 선형적인 관계가 존재한다.

다양한 유형의 폴리에틸렌의 분기 정도는 도식적으로 다음과 같이 나타낼 수 있습니다.[14]

PE-HD Schematic representation of PE-HD (high-density polyethylene)
PE-LLD

Schematic representation of PE-LLD (linear low-density polyethylene)

PE-LD Schematic representation of PE-LD (low-density polyethylene)

그림에는 폴리에틸렌 등뼈, 짧은 사슬 가지, 옆 사슬 가지가 나와 있습니다.고분자 사슬은 선형으로 표현됩니다.

체인브런치

폴리에틸렌의 특성은 체인 가지의 종류와 수에 따라 크게 좌우됩니다.체인 브랜치는 고압 프로세스(PE-LD만) 또는 저압 프로세스(기타 모든 PE 등급) 중 어느 쪽인가에 따라 달라집니다.라디칼 중합에 의한 고압공정에서 저밀도 폴리에틸렌을 제조함으로써 다수의 짧은 사슬 가지와 긴 사슬 가지를 형성한다.짧은 사슬 분지는 분자 내 사슬 전달 반응에 의해 형성되며, 반응은 다음 메커니즘 이후에 진행되기 때문에 항상 부틸 또는 에틸 사슬 분지입니다.

Mechanism for the emergence of side chains during synthesis of polyethylene (PE-LD).

환경 문제

폴리에틸렌으로 제조된 재활용 봉투, 수지 식별 코드
폴리에틸렌은 싫다고 해사인하세요 히마찰 프라데시 주 나코, 인도
참고 항목: 플라스틱 오염

폴리에틸렌은 에틸렌에서 생산되며, 에틸렌은 재생 가능한 자원으로 생산될 수 있지만, 주로 석유나 천연가스에서 얻어진다.

게다가 폴리에틸렌의 광범위한 사용은 재활용되지 않을 경우 폐기물 관리에 어려움을 초래한다.폴리에틸렌은 다른 합성 플라스틱과 마찬가지로 쉽게 생분해되지 않기 때문에 매립지에 축적됩니다.재활용 코드 또는 수지 식별 코드를 표시하면 재활용이 더 쉬워집니다.이것은, PE-HD 의 경우는 「PE」또는 「02」(플라스틱 번호 2), PE-LD 의 경우는 「04」(플라스틱 번호 4)로 읽힐 수 있습니다.

일본에서는 2011년 후쿠시마 원전 사고가 더 큰 문제가 될 때까지 플라스틱을 환경 친화적으로 제거하는 것이 가장 큰 문제였다.이 회사는 900억 달러 규모의 솔루션 시장으로 등록되었습니다.2008년 이후, 일본은 플라스틱의 재활용을 급속히 늘리고 있지만,[24] 여전히 많은 양의 플라스틱 포장이 폐기되고 있다.

2010년, 일본인 연구자 이토 아키노리는 작고 자급자족한 증기 증류 [25]과정을 사용하여 폴리에틸렌에서 기름을 만드는 기계의 원형을 출시했다.

생분해성

폴리에틸렌은 다른 합성 플라스틱과 마찬가지로 쉽게 생분해되지 않기 때문에 매립지에 축적됩니다.하지만, 폴리에틸렌을 분해할 수 있는 많은 종류의 박테리아와 동물들이 있다.

2008년 5월, 16세의 캐나다인인 다니엘 버드는 스핑고모나스의 도움으로, Pseudomonas 형광체가 6주 안에 비닐 봉지의 무게의 40% 이상을 분해할 수 있다는 것을 발견한 후 오타와에서 열린 캐나다 과학 박람회에서 우승했다.그는 나중에 그것이 6주 [26]후에 사라질 것이라고 추측했다.

호열성 박테리아인 Brevibacillus borstelensis(스트레인 707)는 토양 샘플에서 분리되었으며, 50 °C에서 함께 배양할 때 저밀도 폴리에틸렌을 유일한 탄소원으로 사용하는 것으로 확인되었다.자외선에 [27]노출될수록 생물 분해가 증가했다.

아시네토박터 351은 저분자량 PE 올리고머를 분해할 수 있다.PE를 열산화 및 광산화하면 알칸, 알케인, 케톤, 알데히드, 알코올, 카르본산, 케토산, 디카르본산, 락톤, 에스테르 등의 산물이 [28]방출된다.

2014년, 준 양이라는 이름의 중국 연구원은 인도의 밀모 유충이 그의 집에 있는 비닐봉지에 작은 구멍이 뚫려 있는 것을 관찰함으로써 폴리에틸렌을 대사시킬 수 있다는 것을 발견했다.배고픈 애벌레가 플라스틱을 어떻게든 소화시켰을 것이라고 추측하면서, 그와 그의 팀은 그들의 내장 박테리아를 분석했고 플라스틱을 유일한 탄소 공급원으로 사용할 수 있는 몇 개를 발견했다.Plodia interpunctella 나방 유충의 내장에서 나온 박테리아가 폴리에틸렌을 대사할 수 있었을 뿐만 아니라, 그들은 폴리에틸렌을 크게 분해하여 인장 강도를 50%, 질량을 10%, 고분자 사슬의 분자량을 13%[29][30] 감소시켰다.

2017년, 연구원들은 갤러리아멜로넬라의 애벌레가 폴리에틸렌과 [31][32]같은 플라스틱 쓰레기를 먹는다고 보고했다.

기후 변화

주변 태양 방사선에 노출될 때 플라스틱은 메탄과 에틸렌이라는 두 개의 온실 가스를 배출한다.특히 우려되는 것은 가스를 가장 빠른 속도로 방출하는 플라스틱 유형입니다. 즉, 저밀도 폴리에틸렌(LDPE)입니다.밀도가 낮기 때문에 시간이 지남에 따라 쉽게 분해되어 표면적이 높아집니다.처녀 LDPE에서 이러한 미량 가스의 생산은 표면적/시간에 따라 증가하며, 메탄 5.8nmol g-1 d-1, 에틸렌 14.5nmol g-1 d-1, 에탄 3.9nmol g-1 d-1 및 프로필렌 9.7nmol g-1 d-1의 배양 종료 시 속도가 빨라진다.LDPE는 공기 중에 배양될 때 메탄과 에틸렌에 비해 각각 [33]최대 2배, 최대 76배의 속도로 가스를 방출한다.

화학 수식 폴리에틸렌

폴리에틸렌은 극성 또는 비극성 코모노머에 의한 중합 또는 중합 후 중합-아날로그 반응에 의한 중합 중 어느 쪽인가로 수식할 수 있다.일반적인 폴리머-아날로그 반응은 폴리에틸렌 가교, 염소화 및 술포클로레이션의 경우이다.

비극성 에틸렌 공중합체

α-올레핀

저압공정에서는 중합시 폴리머사슬에 함유된 α-올레핀(예를 들어 1-부텐 또는 1-헥센)을 첨가해도 된다.이러한 공중합체는 짧은 측쇄를 도입하여 결정성과 밀도를 낮춥니다.이상과 같이 기계적 특성과 열적 특성이 변화한다.특히 PE-LLD는 이렇게 생산됩니다.

메탈로센 폴리에틸렌(PE-MC)

메탈로센 폴리에틸렌(PE-M)은 보통 공중합체(z. B. ethene/hexene)를 포함한 메탈로센 촉매를 통해 제조됩니다.메탈로센 폴리에틸렌은 비교적 좁은 분자량 분포, 매우 높은 인성, 뛰어난 광학 특성 및 균일한 코모노머 함량을 가지고 있습니다.분자량 분포가 좁기 때문에 의사 플라스틱(특히 전단 속도가 클 경우)이 덜 작동합니다.메탈로센 폴리에틸렌은 낮은 분자량(추출 가능) 성분 비율이 낮고 용접 및 씰링 온도가 낮습니다.따라서, 이것은 특히 식품 [14]: 238 [34]: 19 산업에 적합하다.

다모달 분자량 분포 폴리에틸렌

다모달 분자량 분포를 가진 폴리에틸렌은 균일하게 혼합된 여러 폴리머 분율로 구성됩니다.이러한 폴리에틸렌 유형은 매우 높은 강성, 인성, 강도, 응력 균열 저항성 및 향상된 균열 전파 저항성을 제공합니다.그것들은 동일한 비율의 높은 분자 고분자 분율과 낮은 분자 고분자 분율로 구성됩니다.낮은 분자량 단위는 더 쉽게 결정화되고 더 빨리 이완됩니다.고분자량 분율은 결정체 사이에 분자를 연결하여 인성과 응력 균열 저항성을 높입니다.다모달 분자량 분포를 가진 폴리에틸렌은 2단 원자로, 캐리어에 2개의 활성 중심이 있는 촉매 또는 압출기에 [14]: 238 혼합하여 제조할 수 있다.

고리형 올레핀 공중합체(COC)

고리형 올레핀 공중합체는 메탈로센 촉매를 사용하여 생성된 에텐과 시클로올레핀(통상 노르보르넨)의 공중합에 의해 제조된다.그 결과 생성되는 폴리머는 비정질 폴리머이며 특히 투명하고 [14]: 239 [34]: 27 내열성이 있습니다.

극성 에틸렌 공중합체

극성 코모노머로 사용되는 기본성분은 비닐알코올(에테놀, 불포화알코올), 아크릴산(프로펜산, 불포화산) 및 두 화합물 중 하나를 함유하는 에스테르이다.

불포화 알코올을 함유한 에틸렌 공중합체

에틸렌/비닐알코올공중합체(EVOH)는 (비닐알코올 자체가 안정적이지 않기 때문에) 에틸렌-아세테이트공중합체의 (부분적으로) 가수분해로 제조되는 PE와 비닐알코올(에테놀)의 공중합체이다.단, 일반적으로 EVOH에는 일반적으로 사용되는 [35]: 239 VAC보다 높은 코모노머 함량이 있습니다.

EVOH는 장벽층(배리어 플라스틱)으로 포장하기 위한 다층 필름에 사용됩니다.EVOH는 흡습성(물 흡인성)이기 때문에 환경으로부터 수분을 흡수하여 장벽 효과를 잃습니다.따라서 다른 플라스틱(LDPE, PP, PA 또는 PET 등)으로 둘러싸인 코어 층으로 사용해야 합니다.EVOH는 가로등, 신호등 기둥 및 소음 [35]: 239 보호벽의 부식 방지 코팅제로도 사용됩니다.

에틸렌 아크릴산공중합체(EAA)

에틸렌과 불포화 카르본산(아크릴산 등)의 공중합체는 응력균열에 대한 저항성과 높은 [36]유연성으로 다양한 재료에 대한 접착력이 뛰어난 것이 특징이다.그러나 에틸렌 호모폴리머보다 열과 산화에 더 민감합니다.접착촉진제로는 [14]에틸렌/아크릴산공중합체를 사용한다.

불포화 카르본산염이 폴리머에 존재하면 열가역성이 있는 이온망이 형성되어 아이오노머라고 한다.아이오노머는 금속에 대한 높은 접착력, 높은 내마모성 및 높은 수분 [14]흡수를 특징으로 하는 매우 투명한 열가소성 플라스틱입니다.

불포화 에스테르를 사용한 에틸렌 공중합체

불포화 에스테르를 에틸렌과 공중합할 경우 알코올 부분은 폴리머 백본(에틸렌-아세테이트 비닐 공중합체) 또는 산 부분(에틸렌-아크릴레이트 공중합체) 중 어느 쪽일 수 있다.고압중합에 의해 LD-PE와 마찬가지로 에틸렌-아세테이트비닐공중합체를 제조한다.코모노머의 비율은 폴리머의 거동에 결정적인 영향을 미칩니다.

결정 형성이 교란되기 때문에 밀도가 10%까지 감소합니다.비율이 높을수록 폴리비닐 아세테이트(1.17g/cm3)[35]: 235 에 근접합니다.결정도 저하로 인해 코모노머 함량이 증가함에 따라 아세트산 에틸렌비닐공중합체가 부드러워지고 있습니다.폴리에틸렌에 [14]: 224 비해 극성 측 그룹은 화학 특성을 크게 변화시킵니다. 즉, 내후성, 접착성 및 용접성은 코모노머 함량에 따라 증가하는 반면 화학 저항성은 감소합니다.또한 응력 균열 저항과 냉간 상승 인성이 감소하는 반면 항복 응력과 내열성은 감소하는 기계적 특성도 변화합니다.코모노머(약 50%)의 비율이 매우 높으면 고무 같은 열가소성 플라스틱이 생산됩니다(열 플라스틱 엘라스토머).[35]: 235

에틸렌-에틸 아크릴레이트 공중합체는 에틸렌-초산비닐 공중합체와 유사하게 [14]: 240 작용한다.

가교

주요 기사:가교 폴리에틸렌

과산화물 가교(PE-Xa), 실란 가교(PE-Xb), 전자선 가교(PE-Xc) 및 아조 가교(PE-Xd)[37]를 기본적으로 구별한다.

Shown are the peroxide, the silane and irradiation crosslinking

과산화물, 실란 및 조사 가교입니다.각 방법에서 방사(h·θ) 또는 과산화물(R-O-O-R) 중 하나에 의해 폴리에틸렌 사슬(상부 중심)에 래디칼이 생성된다.그런 다음, 두 개의 라디칼 체인이 직접 가교(왼쪽 아래)하거나 실란 화합물(오른쪽 아래)에 의해 간접적으로 연결될 수 있습니다.

  • 과산화물 가교(PE-Xa):과산화물(예: 디쿠밀 또는 디테르트-부틸 과산화물)을 사용한 폴리에틸렌의 가교 작용은 여전히 중요하다.이른바 Engel 공정에서 HDPE와 [38]2% 과산화물의 혼합물은 처음에는 압출기에서 저온에서 혼합된 후 고온(200~250°[37]C)에서 가교됩니다.과산화물은 고분자 사슬에서 수소 원자를 추출(제거)하는 과산화기(RO•)로 분해되어 라디칼로 이어집니다.이것들이 결합하면 가교 네트워크가 [39]형성됩니다.그 결과, 폴리머 네트워크는 균일하고, 저장력과 높은 유연성으로, (조사된)[37] PE-Xc보다 부드럽고 견고합니다.
  • Silane 가교(PE-Xb):실란(예를 들어 트리메톡시비닐실란)의 존재 하에서 폴리에틸렌은 처음에는 조사 또는 소량의 과산화물로 Si 관능화할 수 있다.이후 Si-OH기는 가수분해에 의해 수조에서 형성될 수 있으며, 이 가수분해에 의해 응축되어 Si-O-Si 브릿지의 형성에 의해 PE와 가교된다.[16] 디부틸틴 딜라우르산 등의 촉매가 반응을 [38]촉진할 수 있다.
  • 조사 가교(PE-Xc):폴리에틸렌의 가교 역시 하류 방사선원(일반적으로 전자 가속기, 때로는 동위원소 라디에이터)에 의해 가능하다.PE 제품은 수소 원자를 분리하여 결정 융점 아래에서 가교됩니다.β-아세틸은 10mm, β-아세틸 100mm의 침투 깊이를 가진다.따라서 내부 또는 [37]특정 영역을 가교에서 제외할 수 있다.그러나 높은 자본 비용과 운영 비용 때문에 방사선 가교 작용은 과산화물 [35]가교 작용에 비해 작은 역할을 한다.과산화물 가교와는 달리 고체 상태에서 공정을 실시한다.따라서 결정성은 대체로 [38]온전하게 유지된 채 주로 비정질 영역에서 가교된다.
  • Azo 가교(PE-Xd):이른바 루보닐 공정에서 열염욕 [35][37]중 압출 후 폴리에틸렌이 프리첨가된 아조 화합물을 가교한다.

염소화 및 황산화

염소화 폴리에틸렌(PE-C)은 염소가 34~44% 함유된 저렴한 재료입니다.부드러운 고무질의 클로로폴리에틸렌이 PVC 매트릭스에 내장되어 충격 내구성이 높아지기 때문에 PVC와 혼합하여 사용됩니다.그것은 또한 내후성을 높인다.또한 가소제 이행의 위험을 무릅쓰지 않고 PVC 박을 연화하는 데 사용할 수 있다.염소화 폴리에틸렌은 과산화적으로 가교되어 케이블 [35]및 고무 산업에 사용되는 엘라스토머를 형성할 수 있다.다른 폴리올레핀에 염소화 폴리에틸렌을 첨가하면 가연성을 [14]: 245 감소시킨다.

내오존성 합성고무의 [40]원료로 클로로설폰산 PE(CSM)를 사용한다.

바이오계 폴리에틸렌

주요 기사:바이오 플라스틱 및 재생 폴리에틸렌

브라스켐과 도요타 츠쇼는 사탕수수로 폴리에틸렌을 생산하기 위한 공동 마케팅 활동을 시작했다.브라스켐은 브라질 리우그란데도술주 트라운포에 연간 생산능력 20만 쇼트톤(1억8000만kg) 규모의 기존 공장 공장을 짓고 [41]사탕수수 유래 바이오에탄올에서 고밀도·저밀도 폴리에틸렌을 생산할 예정이다.

폴리에틸렌은 또한 밀 곡물과 사탕무를 포함한 다른 사료 원료로 만들어질 수 있다.이러한 개발은 화석 연료보다는 재생 가능한 자원을 사용하고 있지만, 플라스틱 소스의 문제는 현재 플라스틱 폐기물, 특히 폴리에틸렌 폐기물의 여파로 무시할 수 있다.

프로세스의 명명법 및 일반 설명

폴리에틸렌이라는 이름은 이중 결합이 없는 화합물이 아닌 성분에서 유래되었습니다.학명 polyethene은 [42][43]계통적으로 단량체의 학명에서 유래했다.알켄 단량체는 중합 [43]과정에서 길고 때로는 매우 긴 알칸으로 변환됩니다.특정 상황에서는 구조 기반 명명법을 사용하는 것이 유용합니다. 이러한 경우 IUPAC는 폴리(메타닐)를 권장합니다(폴리(메타닐)는 비선호 [42]대안입니다).두 계통의 이름이 다른 이유는 중합 [44]시 모노머의 이중 결합이 열리기 때문입니다.이름은 PE로 단축됩니다.마찬가지로 폴리프로필렌과 폴리스티렌을 각각 PP, PS로 단축한다.영국과 인도에서는 일반적으로 ICI 상표명으로부터 폴리텐이라고 불리지만, 이것은 과학적으로 인정되지 않습니다.

각주

  1. ^ Erwähnt sei noch, dass aus einer attherischen Diazomethanlösung sich beim Steen mantmal minimal 콴티테텐 eines weissen, flowsigen, aus Clorform krystallisyrpers 쾨rpers abscheiden...[diazomethane의 에테르 용액에서 입상 시 클로로포름으로 결정화될 수 있는 소량의 백색 박리성 물질이 침전되는 것을 언급해야 합니다;...][8]: 2643
  2. ^ 밤버거는 그의 제자 중 한 명인 힌더만이 1897년 [9]폴리에틸렌의 형성에 주목했다고 주장했다.
  3. ^ 다이 압셰이둥 웨이서 플록켄 아우스 디아조메탄뢰선겐 erwöhnt auch v. 페흐만(디제 베리히테 31,[8] 2643); er hat sier begen Substansmangel nicht untersucht. Ich hatte übrigens Hrn. v. Pechmann Schonige Zeit vor Ercheinen seiner 출판물 mitgetheilt, dass aus Diazomethan einer, weisser Körper enthe, dich bei der Analysis als (xC2) er haugh. Der Suffendation의 Zuerst erwänt ist derselbe in the Der Thesdependation Meines Schülers. (Hindermann, 취리히(1897, S.120)[9]: footnote 3 on page 956 [본 보고서, 31, 2643][8] 또한 디아조메탄 용액에서 흰 조각의 침전을 언급했지만 재료의 부족으로 인해 그는 조사하지 않았다. 덧붙여서, 그의 출판물이 나오기 얼마 전, 나는 폰 페흐만 씨에게 고체 백색 물질이 디아조메탄에서 나왔다는 것을 전달했고, 분석 결과 (CH2)x로 판명되었으며, 폰 페흐만 씨도 마찬가지로 백색 물질을 관찰했지만 조사하지는 않았다고 내게 썼다. 그것은 내 학생의 논문에서 처음 언급되었다. (힌더만, 취리히(1897, 페이지 120))

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참고 문헌

외부 링크

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