Proprietatile polietilenei

Polietilena este un polimer termoplastic de duritate relativ scazuta, cu aspect ceros, fara gust si fara miros.

Asa cum au demonstrat studiile roentgenografice, electronografice sau prin microscopie electronica polietilenei ii este caracteristica prezenta structurii cristaline.

Gradul de cristalinitate in polietilena nu atinge insa niciodata 100% - alaturi de faza cristalina se afla intotdeauna faza amorfa. Raportul intre cele doua faze depinde atat de structura moleculara a polimerului care este determinata de modul de sinteza cat si de conditiile in care s-a realizat cristalizarea.

In general, racirea inceata a topiturii sau cristalizarea sub influenta unor tensiuni mecanice maresc in mod substantial gradul de cristalinitate .

Datorita elasticitatii si simetriei catenei, tendinta de cristalizare a polietilenei este insa atat de mare incat ea nu poate fi obtinuta in stare complet amorfa indiferent de viteza de racire a topiturii.

In domeniul cristalin lanturile de polietilena au o conformatie de zig - zag planar caracterizata prin lungimea legaturilor din catena C - C egal cu 1,53 A⁰ si unghiul de 112⁰.

Catenele de polietilena formeaza o retea ortorombica cu patru grupe CH₂ in celula elementara - pentru ai carei parametri de retea au fost determinate urmatoarele valori :

a = 4,70 A⁰ ; b = 4,93 A⁰ ; c = 2,534 A⁰

Ramificatiile scurte - grupe metil sau butil se pot integra in reteaua cristalina a polietilenei modificand parametrii de retea care variaza atat cu dimensiunea grupei cat si cu gradul de ramificare (tabelul 3.1)

Studiile efectuate asupra cristalinitatii copolimerilor etilenei cu alte olefine arata in mod clar acest lucru.

Tabelul 4.I Influenta lungimii ramificatiilor asupra parametrilor celulei elementare a polietilenei

In afara de modificarea dimensiunilor celulei elementare, marirea gradului de ramificare conduce la scaderea procentului fractiei cristaline, ceea ce in final are ca efect scaderea densitatii polimerului (tabelul 3.2) .

Tabelul 4.II Influenta gradului de ramificare asupra continutului de fractie cristalina

In general polietilena de densitate scazuta are un grad de cristalinitate cuprins intre 40 - 65% in timp ce la tipul de densitate ridicata continutul fazei cristaline variaza intre 75 - 95 %.

Deformarile la rece produc formarea unei noi modificatii cristaline si paralel cu acestea marirea continutului global de fractii cristaline.

Solubilitatea

La temperatura camerei polietilena este insolubila in majoritatea solventilor .La timp de contact mai indelungat este gonflata in hidrocarburi alifatice sau aromatice.

La temperaturi ridicate se dizolva in xilen, decalina si tetralina.

Stabilitate chimica

La temperatura mediului ambiant polietilena este perfect stabila la actiunea acizilor clorhidric, fosforic, formic, acetic la concentratii mari ale acestora precum si la solutii concentrate de amine, amoniac, hidroxid de sodiu, apa oxigenata .Pana la 60⁰C este rezistenta la acid sulfuric 50% si acid azotic 40% .La temperaturi mai ridicate (90- 100 ⁰C) atat acidul sulfuric cat si acidul azotic distrug rapid polietilena.

Rezistenta la agenti atmosferici

Sub actiunea separata sau simultana a luminii si oxigenului din aer polietilena sufera un proces lent de degradare ( imbatranire ) - care la scara macroscopica se manifesta prin aparitia de crapaturi , scaderea elasticitatii, rezistentei la frig, alungirii, inrautatirea proprietatilor electrice etc. Temperatura ridicata accelereaza puternic degradarea.

Imbatranirea polietilenei este un proces de oxidare. Primii intermediari sunt peroxizii care in stadiile ulterioare sunt se descompun formand radicali liberi activi si prin acestea creand noi centre de oxidare. Reactia este autocatalitica ,viteza initiala a acestor reactii depinde de cantitatea de oxigen adsorbit in polietilena precum si de concentratia grupelor oxidabile - duble legaturi , grupe carbonilice , atomi de carbon tertiari (atomi de carbon la care apar ramificatii ). In urma procesului de oxidare apar in polimeri grupari oxidril , carbonilice si carboxilice.

Actiunea combinata a oxigenului cu lumina are un efect distructiv mai mare decat a oxigenului singur , lumina avand in acest caz rolul de a genera radicali liberi , initiatori ai procesului de oxidare.

Stabilizarea polietilenei impotriva destructiei termooxidative se realizeaza prin folosirea de antioxidanti. Acestea se combina preferential cu radicali liberi , intermediari ai procesului de oxidare formand produse inactive .Cel mai bun antioxidant pentru polietilena s-a dovedit a fi negrul de fum care are insa dezavantajul de a colora materialul.

Mai folositi cu bune rezultate in acest scop sunt tioeterii aromatici , derivati din clasa nitrofenolilor aromatici etc.

Rezistenta la apa - permeabilitatea la aer si vapori

Polietilena este unul dintre materialele cele mai rezistente la apa .Chiar la contacte indelungate cu apa, isi mentine nealterate toate proprietatile fizico - mecanice inclusiv cele electrice.

Permeabilitatea polimerilor pentru gaze implica doua procese consecutive:

- absorbtia gazului in polimer

- difuzia in masa polimerului

Datorita caracterului ei nepolar permeabilitatea polietilenei pentru gaze si vapori are valori diferite in functie de natura acestora .

Oxigenul si bioxidul de carbon difuzeaza relativ usor prin polietilena care insa este foarte greu permeabila pentru vaporii substantelor polare si in special pentru vaporii de apa.

Aceste proprietati confera polietilenei calitatile necesare pentru a fi folosita sub forma de folie ca material de confectie a ambalajelor.

Proprietati fizico - mecanice

Proprietatile fizico - mecanice ale polietilenei depind in mod direct de gradul de cristalinitate - asa cum rezulta din tabelul 3.3.

In folii subtiri polietilena ( in special cea de densitate scazuta ) este flexibila , la grosimi mai mari se prezinta ca un material rigid , rezistent , cu duritate de suprafata moderata.

Tabelul4 .III Proprietatile fizico - mecanice ale polietilenei

A* - polietilena de inalta presiune

B** - polietilena de presiune medie

C*** - polietilena de joasa presiune

Proprietatile mecanice ale polietilenei , indeosebi rezistenta la rupere ,sfasiere si indoire sunt afectate in mod profund de cresterea temperaturii .O asemenea dependenta tipica este reprezentata in figura 4.I pentru rezistenta la rupere .Curba deformarii fortate ( tensiune - deformare ) a polietilenei are alura caracteristica polimerilor cristalini (figura 4.II)

Kgf/cm²

800 -

400 -

0 I I

-60 0 80 T ⁰C

fig. 4.I. Dependenta rezistentei la rupere de temperatura

σ(Kgf/cm²) 180 -

120 - II III

I

60 -

0 I I

200 400 Alungire relativa(%)

Fig 4.II. dependenta tensiune - deformare pentru polietilena

Odata cu scaderea temperaturii se diminueaza posibilitatile de deformare a materialului ca urmare a micsorarii posibilitatii de orientare a macromoleculelor ceea ce se reflecta in ingustarea sau chiar disparitia portiunilor II si IIIdin curba tensiune - deformare.

Sub -60⁰C polietilena isi pierde aproape total flexibilitatea devenind rigida si friabila .

Ca toti polimerii cristalini polietilena se topeste intr-un interval ingust iar la temperaturi cu 15 - 20⁰C mai scazute decat temperatura de topire se inmoaie putand fi deformata plastic.

Proprietati electrice

Polietilena fiind formata numai din lanturi hidrocarbonate prezinta proprietati dielectrice excelente (tabelul 3.4)

Valoarea foarte ridicata a tensiunii de strapungere precum si faptul ca proprietati ca tangenta unghiului de pierdere in dielectric ,rezistenta electrica volumara, permeabilitatea dielectrica nu depind practic de temperatura sau umiditate , fac din polietilena un material foarte pretios ca izolant electric.

Tabelul 4.IV - proprietati dielectrice ale etilenei

Aceste calitati sunt corelate cu structura chimica lipsita de grupari polare a materialului.