polietilene

Composto chimico, prodotto di polimerizzazione dell’etilene, avente quindi struttura (−CH₂CH₂−)_n.

Generalità

A seconda del grado di polimerizzazione si hanno prodotti che si presentano sotto forma di liquidi più o meno viscosi o di masse cerose più o meno dure; queste ultime, con peso molecolare 10.000-40.000, sono le più importanti dal punto di vista pratico (al riguardo il p. è, fra le materie plastiche, quella che ha raggiunto la più elevata produzione). Variando le condizioni della polimerizzazione (pressione, temperatura, catalizzatore) si ottengono prodotti di peso molecolare, di struttura e di proprietà chimico-fisiche differenti. Se le molecole sono lineari, esse possono disporsi all’incirca parallele le une alle altre e questo allineamento di più catene in alcuni tratti può risultare così regolare da farlo assomigliare al grado di ordine che si ha in un reticolo cristallino; in tali tratti si dice infatti che le molecole danno origine a ‘cristalliti’ (che differiscono dai cristalli per la mancanza di una forma geometrica definita). Nei polimeri queste zone con distribuzione ordinata delle catene, o cristalliti, si alternano a zone a distribuzione irregolare o amorfa; questi due tipi di ordinamento in un polimero coesistono e sono inseparabili (le stesse catene prendono infatti parte alla formazione delle due diverse strutture). All’aumentare del grado di cristallinità aumentano diverse proprietà (densità, durezza, temperatura di rammollimento, caratteristiche meccaniche).

tab. 1

Le molecole non sempre hanno la struttura di lunghe catene lineari: specie nel prodotto ottenuto a pressione più alta risultano ramificate; il numero e la lunghezza di tali ramificazioni dipendono dalle condizioni della polimerizzazione e condizionano a loro volta le proprietà chimiche e fisiche del prodotto (densità, durezza, flessibilità, trasparenza). La presenza di ramificazioni costituisce un impedimento alla formazione di cristalli; il p. a elevato grado di ramificazione (cioè a bassa cristallinità) presenta bassa densità (in quanto le ramificazioni impediscono alle catene polimeriche di avvicinarsi le une alle altre) e inferiori caratteristiche meccaniche. Alcune proprietà caratteristiche sono riportate in funzione della densità nella tab. 1.

tab. 2

I vari p., oltre che in funzione del sistema di preparazione, della densità, si distinguono anche in base al grado, che è funzione della viscosità allo stato fuso e indica i grammi di p. che riescono a fluire, in 10 minuti, attraverso un foro di 2,1 mm in condizioni standardizzate (temperatura: 190 °C, pressione: 3 bar); il grado varia in maniera inversa al peso molecolare e a molte proprietà fisiche e meccaniche (tab. 2).

Classificazione per densità

P. a bassa densità (o ad alta pressione). - Si ottiene polimerizzando l’etilene a pressione di 1000-3000 bar, a temperatura fino a 350 °C, in presenza di catalizzatori capaci di favorire il processo di polimerizzazione a radicali liberi (perossidi). Il processo è fortemente esotermico e, pertanto, avvenendo in condizioni adiabatiche, sarebbe capace di produrre un innalzamento di temperatura di 12-13 °C per ogni % di etilene che reagisce; per evitare il verificarsi di eccessivi innalzamenti di temperatura, capaci di portare alla decomposizione (esotermica) del p. o dello stesso etilene, occorre asportare almeno in parte il calore di reazione. Il p. a bassa densità costituisce masse bianche, untuose, traslucide, trasparenti in piccolo spessore; riscaldato, al disopra di 60 °C comincia a perdere la propria cristallinità e verso 110 °C è completamente amorfo e si considera ‘fuso’. È un prodotto flessibile tenace, fragile solo se raffreddato a temperature molto al disotto dello zero. Pochissimo solubile nei vari solventi, impermeabile all’acqua, pochissimo permeabile ai gas e ai vapori, è dotato di particolari caratteristiche elettriche (bassa permettività, basso fattore di potenza, elevata resistenza dielettrica ecc.). Molto stabile chimicamente anche fino a circa 290 °C, è insensibile agli acidi, agli alcali, alle soluzioni saline ecc.; l’ossigeno invece provoca una certa ossidazione e degradazione specie alla luce; termicamente è abbastanza stabile e tale stabilità può aumentare in presenza di antiossidanti. Il p. a bassa densità è impiegato per preparare film (per avvolgere prodotti alimentari o altro), per la fabbricazione di lastre, per rivestimenti di conduttori.

P. ad alta densità. - Si ottiene dalla polimerizzazione dell’etilene a bassa pressione (20 bar ca.), a temperature di poco superiori a 100 °C, usando catalizzatori molto attivi, quali ossido di cromo esavalente depositato su un supporto di silice-allumina oppure ossidi dei metalli di transizione addizionati di promotori contenenti metalli alcalini o alcalinoterrosi o composti metallorganici. Il p. ad alta densità presenta un elevato grado di cristallinità, al quale si accoppiano, rispetto al p. a bassa densità, un aumento di brillantezza, di temperatura di rammollimento, di carico di rottura a trazione, di inerzia chimica; in contrapposto, presenta minore permeabilità a gas e vapori e minore trasparenza. Il p. ad alta densità è impiegato per la fabbricazione di oggetti stampati (per pressoiniezione, per soffiaggio), per manufatti resistenti agli acidi, per parti di impianti chimici ove si richieda protezione contro agenti corrosivi.

Il polimero può anche essere addizionato, al momento della lavorazione, con agenti reticolanti che ne fanno aumentare il peso molecolare migliorandone corrispondentemente alcune proprietà tecnologiche. Si preparano anche tipi con peso molecolare molto elevato (dell’ordine di 4-5·10⁶), con alto punto di fusione ed elevate proprietà meccaniche, difficili da lavorare (di solito solo per sinterizzazione), per impieghi particolari.