ίττο ΛΧ^Έ ^νίγκλ %ΑΙ

Transcript

1 ΛΨΕΙ'ΚΛ(ΒβΛΛ^ (ΣΧ0βΗΨΕΧΰ^0Λ0Τηφ9ίΈΦΛ(ΡΜ0ΤΩ9ί Ί!ΜΗΙΗΛ Ί^ΧΌΛΟΤΙΑ^!ΐνΕΤ(ΡΣΛΛΙ0ΧΊ(;υ Φη^ΐχΟΎ Θ Ε Μ Α : ίττο ΛΧ^Έ ^νίγκλ %ΑΙ ίπα(ρλτωτιίο{21ιμι%λ^ιλ <ΣΑ7(σΌίΑ^ Ε 3 Ε Σ Λ % Ι ^ Σ ^ ΰ Σ Λ Ι ^ ^ 0 ^ Τ ^ Θ Σ!ΠΨΥΧΙΛ'ΚΧ:έ.<ΡΤΛ<ΣΙΛ ΊΌΤΦΟΙΤ^^Κ: mo(pφΰ^i^!kέ.ύλt<γέj^oύ ΈΙ<Σ^ΰΠΡΒϋΣ KA&KTjmfL: κ. <ΣΤβ^ίΦ}ΰΣ!ΝΙΊ(ΡβΛΟ^ ΚΑ^ΒΛΛΛ ^ΉΠη!ΕΜ(Β<ΡΐσΣ 2007

2 Περιεχόμενα Πρόλογος Πολυμερή υλικά 1. Ιστορική ανασκόττηση-ορισμός Πολυμερών , 2. Πολυμερνσμός Ταξινόμηση Πολυμερών Βασικές ιδιότητες Πολυμερών Χρήσεις Πολυμερών υλικών Αιθυλένιο-Πολυαιθυλένιο Αλκένια (γενικά) Αιθένιο (Αιθυλένιο) Ονομασία-Τύποι Αιθενίου Δυιλός δεσμός Αιθενίου Παρασκευή Αιθενίου Ιδιότητες Αιθενίου Χρήσεις Αιθενίου Πολυαιθυλένιο Σχηματισμός Πολυαιθυλενίου Κρυστάλλωση και Μοριακό Βάρος Πολυαιθυλενίου Ιδιότητες Πολυαιθυλενίου Χρήσεις Πολυαιθυλενίου Παραγωγική Διαδικασία Σακούλας Λιπάσματος Βιομηχανία Φωσφορικών Αιπασμάτων-Ελληνική Βιομηχανία Σάκων Παραγωγική διαδικασία φιλμ Πολυαιθυλενίου Πρώτη ύλη Μέθοδος παραγωγής φιλμ Πολυαιθυλενίου Παραγωγική διαδικασία σακούλας Περιγραφή παραγωγής blown film... 56

3 3. 3. Συνθήκες παραγωγής-ποιότητα φιλμ Μηχανικές ιδιότητες Οτττικές ιδιότητες (Ποιοτικός έλεγχος) Φιλμ από LLDPE Εφαρμογές LLDPE Εττίλογος...69 Βιβλιογραφία... 71

4 Πρόλογος Η παρούσα πτυχιακή εργασία πραγματεύεται τα πολυμερή υλικά και την τιαραγιογή φιλμ πολυαιθυλενίου. Πιο αναλυτικά, στην πρώτη ενότητα ορίζονται τα πολυμερή υλικά, η διαδικασία του πολυμερισμού, στη συνέχεια ταξινομούνται με βάση διάφορα κριτήρια και τέλος, αναφέρονται οι βασικές ιδιότητες και οι χρήσεις τους. Με αφορμή την καθημερινή και ευρεία χρήση των πολυμερών υλικών στη ζωή μας επιχειρείται μια ενημέρωση για αυτά τα υλικά με βάση επιστημονικά κριτήρια. Στη δεύτερη ενότητα, παρουσιάζεται το μονομερές αιθυλένιο από το οποίο σχηματίζεται το πολυαιθυλένιο, ένα πολυμερές που έχει εισχωρήσει στην καθημερινότητά μας και η χρησιμοποίησή του συνεχίζει να αυξάνεται σε ποικίλους τομείς. Συγκεκριμένα, αναλύεται η παρασκευή του αιθυλενίου και του πολυαιθυλενίου, τιεριγράφονται οι ιδιότητές τους καθώς και οι διάφοροι τομείς χρήσεών τους. Στην τρίτη ενότητα, ττεριγράφεται η παραγωγική διαδικασία της σακούλας συσκευασίας των λιπασμάτων στη Βιομηχανία Φωσφορικών Λιπασμάτων (Β.Φ.Λ.) από την Ελληνική Βιομηχανία Σάκων (Ε.ΒΙ.ΣΑΚ). Αφορμή για την εργασία αυτή ήταν το ενδιαφέρον που μου προκλήθηκε κατά τη διάρκεια της πρακτικής μου άσκησης στην παραπάνω βιομηχανία. Στόχος της παρούσας πτυχιακής εργασίας είναι η ετηστημονική τεκμηρίωση προϊόντων ΡΕ με τρόπο σαφή και κατανοητό για την πληροφόρηση του κάθε ενδιαφερόμενου. Τα δεδομένα και οι πληροφορίες για την παρακάτω εργασία συλλέχθησαν χάρη στην συνεργατική καθοδήγηση από τον υτιεύθυνο καθηγητή κ. Σταμάτη Νικόλαο. Χωρίς την άρτια επαγγελματική υπευθυνότητα και συνεργασία την οποία υπέδειξαν, επίσης, οι υπεύθυνοι της εταιρίας Ε.ΒΙ.ΣΑΚ. Καβάλας και συγκεκριμένα ο Διευθυντής κ. Πρασσάς Νικόλαος, η παρούσα πτυχιακή εργασία δε θα ήταν δυνατό να ολοκληρωθεί. Για τους παραπάνω λόγους θα ήθελα να τους ευχαριστήσω θερμά.

5 1. ΠΟΛΥΜΕΡΗ ΥΛΙΚΑ Ιστορική ανασκόττηση Τα πολυμερή υλικά (π. υ. ) πριν από 200 χρόνια δεν υπήρχαν. Παρόλα αυτά οι πρώτες προσπάθειες ανάγονται στο 1838 όταν ο Ανρί-Βικτώρ Ρενό πέτυχε τον φυσικό πολυμερισμό του χ^ριούχου βινυλίου, αφήνοντάς το εκτεθειμένο στον ήλιο, οπότε πήρε ένα προϊόν στερεό και πλαστικό. Την ίδια εποχή ο Τσαρλς Γκουντγίαρ οδηγήθηκε στην ανακάλυψη του βουλκανισμού επεξεργασίας, δηλαδή του καουτσούκ με θείο, η OJtoia βελτιώνει τις ελαστικές του ιδιότητες και την αντοχή του στα διαλυτικά. Το 1868 ο Τζ. Γ. Χάιατ κατόρθωσε να παράγει κελλουλοίτη με εισαγωγή της νιτρικής ομάδας στην κυτταρίνη και πλαστικοποίηση με καμφορά. Ακολούθως, το 1897 παρασκευάστηκε στη Γερμανία ο γαλάλιθος από την καζείνη, και το 1901 ο Smith πέτυχε τις πρώτες αλκυλικές ρητίνες με επίδραση της γλυκερίνης στον φθαλικό ανυδρίτη. Η πρώτη πολυμερή ύλη υπήρξε ο βακελίτης, τον οποίο παρασκεύασε ο Μπάκελαντ ( ) με αντίδραση συμπύκνωσης φαινόλης και φορμαλδεύδης. Το 1912 ο Φριτς Κλάτε χρησιμοποίησε το χ^ωριούχο βινύλιο του Ανρί-Βικτώρ Ρενό και κατασκεύασε το PVC (πολυβινυλοχλωρίδιο), ανθεκτικό υλικό στο νερό και στη φωτιά, αφού ατιελευθερώνει τα άτομα του χλωρίου που εμποδίζουν την ανάφλεξή του. Τα πρώτα πολυμερή παράγονταν από κάρβουνο, αλλά μετά το 1950 οι βασικές ύλες προέρχονται από τη χημική επεξεργασία του πετρελαίου, το οποίο είναι ένα υγρό πολύπλοκης σύστασης μίγμα υδρογονανθράκων, που περιέχει μικρά ποσά αζωτούχων, οξυγονούχιον και θειούχων ενώσεων.

6 Ορισμός Πολυμερών Πολυμερή υλικά είναι αυτά τα οποία έχουν ιδιαίτερα υψηλό μοριακό βάρος (>10^ g/ mol) και αποτελούνται από πολλά μέρη, τα μονομερή. Χαρακτηριστικό παράδειγμα είναι το μονομερές αιθυλένιο, το οποίο δίνει το πολυμερές πολυαιθυλένιο. Τα πολυμερή ονομάζονται α) συνθετικά (τεχνική σύνθεση), β) ττλαστικά (μορφοποίηση) και γ) οητίνεα (κολλώδεκ και σκληραίνουν όπως οι φυσικές ύλες από δέντρα ή φυτά). Αυτές οι ονομασίες, όμως, δεν αρκούν, γιατί αφενός υπάρχουν κι άλλα υλικά με αυτές τις ιδιότητες (π.χ. αλουμίνιο, βαμβάκι, μετάξι) που δεν ανήκουν στα πολυμερή, και αφετέρου γιατί σήμερα μπορούμε να κατασκευάσουμε πλαστικά με τεράστια ποικιλία ιδιοτήτων: από μαλακούς αφρούς πολυουρεθάνης ως το ανθεκτικότατο κέβλαρ (cevlar) που είναι ισχυρότερο από το ατσάλι. Τα συνθετικά πολυμερή προέρχονται, κυρίως, από το ^τρέλαιο, το φυσικό αέριο αλλά και το κάρβουνο, το νερό, την άμμο, τον ασβέστη και το άζωτο και παρασκευάζονται από απλές οργανικές ύλες (π.χ. αλκοόλη, βενζόλιο, μεθάνιο). Για την παραγωγή των πολυμερών από φυσικές ύλες χρησιμοποιούνται: καουτσούκ, φυσικό ελαστικό, κυτταρίνες, πρωτε ί'νες, φυσικές ρητίνες, λεύκωμα και παράγωγα σακχάρων. Τα ττλασπκά είναι τεχνητά προϊόντα πολυμερισμού ή συμττύκνωσης και είναι εύτιλαστα. Τα βασικά δομικά στοιχεία των πολυμερών είναι ο άνθρακας και το υδρογόνο. Ανάλογα δε με το είδος των πλασηκών μπορεί να συμμετέχουν εττίσης άτομα όπως: οξυγόνο, άζωτο, θείο, χλώριο, φθόριο και μία σειρά χημικών ενώσεων. Πριν τη χρήση τους τα σώματα αυτά υφίστανται διάφορες μεταβολές. Εκτός από τις πρώτες ύλες απαιτούνται και άλλες ύλες σε μικρές ποσότητες, για την κατεύθυνση, τον έλεγχο της αντίδρασης, καθώς και για τον καθορισμό ορισμένων χαρακτηριστικών (π.χ. χρώμα). Τέτοιες ενώσεις είναι οι καταλύτες (υπεροξείδια, μέταλλα, οξέα, βάσεις κ.λ.π.), τα χρώματα (ανόργανα ή οργανικά), οι πλαστικοτιοιητές (αιθέρες, εστέρες, αλογοενώσεις) που δίνουν ημίρευστη μορφή στο πολυμερές και έτσι γίνεται ευκολότερα η μορφοποίησή του. Τέλος, συμμετέχουν τα μέσα πλήρωσης (κυρίως ανόργανες ενώσεις, κυτταρίνη, ράκη) που δίνουν ειδικές ιδιότητες (π.χ. αμίαντος- μόνωση θερμική, μίκα- μόνωση ηλεκτρική κ.λ.π.).

7 1. 2 Πολυμερισμός ο παλαιότερος ορισμός της αντίδρασης του πολυμερισμού είναι «το φαινόμενο κατά το οποίο δύο ή περισσότερες οργανικές ενώσεις έχουν την ίδια ποιοτική και ποσοτική σύσταση, αλλά διαφορετικά μοριακά βάρη και μάλιστα πολλαπλάσια», αλλά αυτός αφορά μόνο την απλή πολυμέρεια. Δεν είναι ακριβής διότι το πολυμερές δεν έχει, συνήθως, πολλαπλάσιο μοριακό βάρος του μονομερούς. Ο σύγχρονος ορισμός ονομάζει τον πολυμερισμό ως μία χημική αντίδραση κατά την οποία μονομερή, τα οποία διαθέτουν διπλούς, τριπλούς δεσμούς ή δακτυλίους, συνενώνονται μέσω ενεργών κέντρων (ελεύθερες ρίζες ή ιόντα) σε πολυμερή. Παράδειγμα αττοτελεί ο πολυμερισμός του αιθυλενίου σε πολυαιθυλένιο. Ο πολυμερισμός είναι εξώθερμη αντίδραση και παρατηρείται απώλεια όγκου. Μηχανισμοί Πολυμερισμού Υπάρχουν τρία είδη πολυμερισμού ανάλογα με το μηχανισμό αντίδρασης για το σχηματισμό πολυμερών: α) ο «πολυμερισμός» ή αλυσιδωτός πολυμερισμός, β) η πολυσυμπύκνωση και η πολυπροσθήκη (σταδιακός πολυμερισμός), γ) ο συμπολυμερισμός. α) Στις αντιδράσεις του «πολυμερισμού» τα μικρά μόρια του μονομερούς συνενώνονται και σχηματίζουν μακρομόρια. Αναγκαία προϋπόθεση είναι η ύπαρξη στο μονομερές διπλού ή τριπλού δεσμού μεταξύ δύο ατόμων. Σε αυτόν τον

8 πολυμερισμό τταίρνουν μέρος ακόρεστα μόρια, όπως οι αιθυλενικοί ή ακετυλενικοί υδρογονάνθρακες, οι κετόνες, οι αλδεύδες, αλλά και ετεροκυκλικές ενώσεις όπως τα οξείδια του αιθυλενίου, το προπυλένιο και οι λακτάμες. Ανάλογα με το μηχανισμό της αντίδρασης έναρξης ή αύξησης της αλυσίδας, οι αντιδράσεις του «πολυμερισμού» διακρίνονται σε: > Αντιδράσεις πολυμερισμού με ελεύθερες ρίζες, > Αντιδράσεις πολυμερισμού με ιόντα (ανιόντα ή κατιόντα), > Ανπδράσεις στερεοειδικού πολυμερισμού. Παράδειγμα αλκενίων Η 1 v C = 1 1 Η Η Η Η 1 - C Η Η 1 C -X 1 1 Η Το μόνο που παρατηρείται κατά τη διάρκεια των αντιδράσεων «πολυμερισμού» είναι η αλλαγή της θέσης ενός ατόμου υδρογόνου. Ένα καλό παράδειγμα αντίδρασης «πολυμερισμού» είναι ο σχηματισμός των πλαστικών πολυουρεθάνης από ένα μονομερές, που έχει τουλάχιστον δύο αλκοολικές ομάδες (-ΟΗ) και ένα μονομερές που έχει τουλάχιστον δύο ισοκυανικές ομάδες (-NCO). Οι αλκοολικές αντιδρούν με τις ισοκυανικές ομάδες με μια αντίδραση προσθήκης και έτσι σχηματίζονται δεσμοί με τη δομή -Ν Η - CO- Ο -.

9 β) Πολυσνμπύκνωση είναι η συνένωση όμοιων ή διαφορετικών μορίων που έχουν περισσότερες από μία δραστικές ομάδες, με παράλληλη απόσχιση ενός μικρομοριακού σώματος. Κατά την αντίδραση, απομακρύνονται ενώσεις χαμηλού μοριακού βάρους, στην περίπτωση των πολυεστέρων υδρατμοί (HjO). Αναγκαία προϋπόθεση είναι όλες οι δραστικές ομάδες των μονομερών να είναι ισοδύναμες και να δρουν ανεξάρτητα. Μόρια με δύο σημεία συνένωσης σχηματίζουν πολυσυμπυκνώματα που έχουν τη μορφή αλυσίδας, μόρια με τρία σημεία συνένωσης σχηματίζουν δικτυωτά στο χώρο πολυσυμπυκνώματα. Ο σχηματισμός πολυμερούς από μονομερή με δύο χαρακτηριστικές ομάδες γίνεται με δυο τρόπους; Από ένα μονομερές με δύο διαφορετικές δραστικές ομάδες, π.χ. Πολυσυμτώκνωση υδβοξυ- καρβονικών οξέων: νηο - R - COOH.... R - C C R - C Από δύο διαφορετικά μονομερή, τα οποία έχουν δύο ίδιας δραστικότητας χαρακτηριστικές ομάδες και αντιδρούν, π.χ. Πολυσυμτώκνωση διοξέος με διαλκοόλη: HOOC- R - COOH +ΗΟ- R - ΟΗ... - O - R - C O - O - R - O - O C - R - C O.. Πολυπροσθήκη είναι η συνένωση όμοιων ή διαφορετικών μορίων χωρίς την απόσχιση ενός σώματος. Κατά την αντίδραση σχηματίζονται γραμμικά και δικτυωτά μακρομόρια. Κατά την πολυπροσθήκη εμφανίζεται σε πολλές περιπτώσεις μία μετατότηση ενός ατόμου υδρογόνου, όπως π.χ. Σύνθεση πολυουρεθάνης από διϊσοκυανικό και διόλη: O O i-r -N C O + H O -R -O H OCN - R -N C O - Ο - R - Ο - OCN - R - N C O -

10 ο σταδιακός πολυμερισμός, όπως προδίδει το όνομά του, γίνεται σταδιακά χωρίς φάση έναρξης και με ατώ,ή θέρμανση ή με επίδραση καταλύτη, ενώ τα πολυμερή ανατττύσσονται όλα μαζί. Χαρακτηριστικά πλαστικά πολυσυμπύκνωσης είναι οι ρητίνες φορμαλδεύδης, όπως επίσης και διάφορα πολυεστερικά πλαστικά, ενώ μεταξύ των πιο σημαντικών προϊόντων πολυπροσθήκης είναι οι πολυουρεθάνες. γ) Συμπολυμερή είναι μακρομοριακές ενώσεις οι οποίες περιέχουν περισσότερα από ένα διαφορετικά μονομερή. Αναλόγως τη διάταξη των μονομερών στο πολυμερές, τα συμπολυμερή διακρίνονται σε: Στατιστικά συαπολυιιερτι (οι δομικές ομάδες κατανέμονται τυχαία στο πολυμερές). Για το σχηματισμό τους οι διπλοί δεσμοί των μονομερών πρέπει να έχουν την ίδια πολικότητα και η ελεύθερη ρίζα στο τέλος της αλυσίδας να αντιδρά με τα άλλα δύο μονομερή με την ίδια ταχύτητα. Εναλλάζ συμπολυμερή (οι δομικές ομάδες κατανέμονται εναλλάξ στο πολυμερές). Τα δυο μονομερή έχουν την ίδια χημική δραστικότητα, αλλά διαφορετική πολικότητα. Η ελεύθερη ρίζα στο τέλος της αλυσίδας συνδέει τα μονομερή εναλλάξ. Οααδικά συμπολυμερή (οι δομικές ομάδες κατανέμονται κατά ομάδες στο πολυμερές). Τα μονομερή έχουν διαφορετική χημική δραστικότητα. Έτσι, πολυμερίζεται πρώτα το ένα μονομερές και μετά το άλλο. Ενοφθαλαισαένα συοπολυαερή (τα μόρια του ενός πολυμερούς αποτελούν παράπλευρες διακλαδώσεις του άλλου). Σχηματίζονται, κυρίως, κατά τις αντιδράσεις μεταφοράς σε περίπτωση αντιδραστηρίων π.χ. όζον ή ακτινοβολίας (π.χ. UV), ιοντική σε πολυμερή με χαρακτηριστικές ομάδες.

11 Βιομηχανικές μέθοδοι Πολυμερισμού ο πολυμερνσμός γίνεται με καθαρές πρώτες ύλες. Πριν από αυτήν τη διαδικασία προστίθενται στο μονομερές σταθεροποιητές, ενώ κατά τη διάρκεια καταλύτες, ρυθμιστές, γαλακτοματοποιητές, διαλυτικά μέσα κ.λ.π. Υπάρχουν βασικά τιέντε διαφορετικές τεχνικές πολυμερισμού: α) ο πολυμερισμός μάζας, β) ο πολυμερισμός διαλύματος, γ) ο πολυμερισμός αιωρήματος, δ) ο πολυμερισμός με κατακρήμνιση και ε) ο πολυμερισμός γαλακτώματος. Α) Πολυμερισμός μάζας Είναι ο πολυμερισμός του καθαρού υγρού μονομερούς με απουσία διαλύτη ή ο πολυμερισμός στην αέρια κατάσταση. Έτσι, επιτυγχάνονται μεγάλες ταχύτητες αντίδρασης και μεγάλα μοριακά βάρη. Η αυξημένη ταχύτητα δημιουργεί μεγάλη έκλυση θερμότητας με αποτέλεσμα την ακόμα μεγαλύτερη αύξηση ταχύτητας του πολυμερισμού. Αυτό το φαινόμενο της αυτοεπιτάχυνσης του πολυμερισμού ονομάζεται «gel effect» ή «Tromsdorff effect» ή «Tromsdorff- Norrish- effect». Εάν το πολυμερές είναι διαλυτό στο μονομερές γίνεται ομογενής πολυμερισμός μάζας, ενώ εάν το πολυμερές είναι αδιάλυτο στο μονομερές γίνεται ετερογενής πολυμερισμός μάζας.

12 Β) Πολυμερισμός διαλύματος Ο πολυμερισμός διαλύματος διακρίνεται στον οαονενή πολυαεοισαό διαλύματος και στον πολυμερισμό καθίζησης. Στην πρώτη τιερίπτωση, τόσο το πολυμερές όσο και το μονομερές είναι διαλυτά στο διαλυτικό μέσο, π.χ. οξικό βινύλιο, ισοβουτυλένιο. Το κόστος της μεθόδου είναι υψηλό. Στην δεύτερη τιερίπτωση, το πολυμερές είναι αδιάλυτο στο διαλυτικό μέσο ενώ το μονομερές είναι, αντίθετα, διαλυτό. Το πολυμερές καθιζάνει σαν σκόνη και στη συνέχεια διηθείται ή φυγοκεντρείται. Η διάρκεια του πολυμερισμού καθίζησης είναι μικρότερη από τον ομογενή πολυμερισμό διαλύματος. Γ) Πολυμερισμός αιωρήματος Γίνεται σε υδατική φάση. Στην αρχή της διαδικασίας αυτής το, αδιάλυτο στο νερό, μονομερές και ο, διαλυτός στο μονομερές, καταλύτης διασπείρονται στο νερό με ισχυρή ανάδευση και με μορφή μικρών σφαιρικών σταγονιδίων, με αποτέλεσμα τα ενεργοποιημένα μονομερή να σχηματίζονται μέσα στα σταγονίδια. Εάν το τιολυμερές είναι αδιάλυτο στο μονομερές καθιζάνει σαν σκόνη, ενώ εάν το πολυμερές είναι διαλυτό στο μονομερές έχει τη μορφή σφαιριδίων. Ως διαλυτικά μέσα χρησιμοποιούνται, εκτός του νερού, και αλειφατικοί υδρογονάνθρακες, με καταλύτες Ziegler- Natta. Δ) Πολυμερισμός με κατακρήμνιση Όταν το πολυμερές είναι αδιάλυτο στο μονομερές ή εάν το μονομερές, αλλά όχι και το πολυμερές, είναι διαλυτό σε προστιθέμενο διαλύτη, τότε πρόκειται για πολυμερισμό με κατακρήμνιση. Διότι το πολυμερές κατακρημνίζεται αμέσως μετά το σχηματισμό του, συνήθως με τη μορφή μικρών σωματίων.

13 Ε) Πολυμερισμός γαλακτώματος Όταν ενεργοποιημένα μονομερή σχηματίζονται μέσα στην υδατική φάση και όχι στα σταγονίδια και όταν συγχρόνως προστίθενται γαλακτοματοποιητές π.χ. ανιοντικό τασενεργό ή σαπωνοδιάλυμα, τότε έχουμε πολυμερισμό γαλακτώματος. Η θερμοκρασία του πολυμερισμού γαλακτώματος κυμαίνεται μεταξύ 6θ - 90 C, ενώ η διάρκεια αντίδρασης από 30 λετττά έως 3 ώρες. Βασικό μειονέκτημα αυτής της τεχνικής είναι ότι στα πολυμερή παραμένει συνήθως υπόλειμμα καταλύτη ή γαλακτοματοποιητή. Σ αυτόν τον πολυμερισμό ο γαλακτοματοτκηητής προκαλεί τον πολύ λεπτό διασκορπισμό του μονομερούς μέσα στο μέσο αντίδρασης και τα σωμάτια του μονομερούς και πολυμερούς που προκύπτουν είναι πολύ μικρότερα από την περίπτωση του πολυμερισμού αιωρήματος. Τέλος, πρέπει να αναφέρουμε ότι ο πολυμερισμός γαλακτώματος αποτελεί πολυμερισμό σε σύστημα δύο φάσεων.

14 1. 3. Ταξινόμηση Πολυμερών Η ταξινόμηση των πολυμερών μπορεί να γίνει με διάφορα κριτήρια. Α) Με βάση τη θερμοκρασία διαιρούνται σε: θερμοτιλαστικά, θερμοσκληρυνόμενες ρητίνες και ν' ελαστομερή, τα οποία παρουσιάζονται στον τήνακα 1. Πίνακας 1. Σύντμηση των Θερμοπλαστικών, Θερμοσκληρυνόμενων και Ελαστομερών Πολυμερών Θερμοπλαστικά Πολυαιθυλένιο ΡΕ Τερεφθαλικός εσπέρας του ΡΕΤΡ πολυαιθυλενίου Τερεφθαλικός εστέρας του ΡΒΤΡ πολυβουτυλενίου Πολυπροπυλένιο ΡΡ Πολυβινυλοχλωρίδιο PVC Πολυστυρόλιο PS Πολυαμίδια ΡΑ Πολυπαράγωγα ανθρακικού οξέος PC θερμοσκληρυνόμενα Πολυεστέρας UP Εποξειδικές ρητίνες ΕΡ

15 Φαινολικά τιολυμερή (Φαινοπλάστες) Πολυμερή Μελαμίνης Πολυμερή Ουρίας Πολυουρεθάνη Ελαστομερή Φυσικό Καουτσούκ Συμπολυμερές Στυρολίου Βουταδιενίου Πολυβουταδιένιο Πολυχ^ροπροτιένιο Τα θερμοπλαστικά είναι τα πολυμερή υλικά που έχουν την ιδιότητα της θερμοπλαστικότητας. Μαλακώνουν όταν ζεσταίνονται και σκληραίνουν όταν κρυώσουν. Το μαλάκωμα και η σκλήρυνση δε μεταβάλλουν σημαντικά πς ιδιότητες ενός θερμοπλαστικού υλικού. Ένα θερμοπλαστικό υλικό ενώ ζεσταίνεται γίνεται αρχικά ελαστικό, όπως το φυσικό καουτσούκ και στη συνέχεια εντελώς ευμετάβλητο, όπως ένα πολύ ιξιυδες υγρό. Σε κανονική θερμοκρασία είναι εύθρυπτα ή σκληρά ελαστικά, ενώ όταν ζεσταίνονται παίρνουν το σχήμα που επιθυμούμε με διάφορες τεχνικές μεθόδους, όπως είναι η έγχυση σε τύπους (καλούπια), το καλούπωμα με εξώθηση, με φύσημα, η πίεση και η έλαση. Η θερμική αντίσταση των θερμοπλαστικών κυμαίνεται από C. Υψηλότερη, μέχρι και 130 C, έχουν τα πλαστικά που παράγονται με βάση το πολυπροπυλένιο, τα πολυκαρβονικά, τα πολυαμίδια και την πολυφορμαλδεύδη. Ο συντελεστής θερμικής διαστολής είναι της τάξης του 10^ περίπου. Βασικό μειονέκτημα των θερμοπλαστικών υλικών είναι ότι σε μικρές, σχετικώς, διακυμάνσεις της θερμοκρασίας υφίστανται έντονες μεταβολές των ιδιοτήτων τους και μικρή αντίσταση παραμόρφωσης κάτω από πίεση. Τα θερμοπλαστικά πολυμερή αποτελούνται από γιγαντιαία μόρια γραμμικών ή διακλαδισμένων αλυσίδων μονομερών που δεν έχουν μεταξύ τους ισχυρούς δεσμούς (εικόνα 1). Πολυμερή με μόρια δικτυωτά στο χώρο δε μπορούν ή μπορούν ελάχιστα να διαμορφωθούν πλαστικά.

16 Εικόνα 1. Άμορφα θερμοπλασηκά (γραμμικά ή διακλαδούμενα μακρομόρια) Τα θερμοσκληρυνόμενα είναι τα πολυμερή που μαλακώνουν κατά τη θέρμανοτη, σκληραίνουν, όμως, με την ψύξη και δε μαλακώνουν αν ξαναζεσταθούν όπως προηγουμένως. Αποτελούνται από μακρές αλυσίδες μικρών οργανικών μορίων που συνδέονται σταυροειδώς με ισχυρούς δεσμούς, σχηματίζοντας τρισδιάστατα δίκτυα (εικόνα 2). Γι αυτό το λόγο, τα υλικά αυτά είναι πολύ σκληρότερα από τα θερμοπλαστικά, έχουν μεγαλύτερο συντελεστή ελαστικότητας, θερμική αντίσταση και όριο αντοχής, ενώ ο συντελεστής θερμικής διαστολής είναι μικρότερος από εκείνον των θερμοπλαστικών. Ταυτόχρονα, τα θερμοσκληρυνόμενα δεν εξαρτώνται από τη θερμοκρασία, διογκώνονται ελάχιστα, δεν τήκονται, δεν πλαστικοποιούνται και δεν συγκολλούνται. Επίσης, δεν έχουν τη δυνατότητα να περιέρχονται σε παχύρρευστη κατάσταση κι έτσι το πολυμερές πρέπει να κατεργαστεί σε διάφορες φάσεις και να συντεθεί στη συνέχεια. Η αντίδραση παραγωγής τους ονομάζεται σκλήρυνση, κατά την οποία αντιδρούν παχύρρευστες ενώσεις, χαμηλού μοριακού βάρους για να δώσουν υψηλής δικτύωσης προϊόντα, υψηλού μοριακού βάρους. Υφίστανται κατεργασία με τύποκτη εν θερμώ και περιέχουν ισχυρές εκατοστιαίες ποσότητες αδρανών ουσιών, όπως ασβέστη, κόνι μαρμάρου κ.λ.π. Εικόνα 2. Θερμοσκληρυνόμενες ρητίνες (μακρομόρια με πολύ πυκνή δικτύωση)

17 Τα ελαστομερή σε χαμηλές θερμοκρασίες είναι σκληρά ελαστικά, ενώ σε συνθήκες χρήσης είναι μαλακά ελαστικά. Δεν τήκονται, είναι αδιάλυτα αλλά διογκούμενα. Παράγονται όταν τα μακρομόρια του πολυμερούς είναι άτακτα καμπυλωμένα και πλεγμένα μέσα στο υλικό και συνδέονται μεταξύ τους με τέτοιο τρόπο ώστε να περιορίζεται η ευθυγράμμιση των μακρομορίων, με συνέπεια την ελαστική συμπεριφορά που παρατηρείται. Τέλος, αποτελούνται από μακρομόρια με μικρό βαθμό δικτύωσης (εικόνα 3). Από τα παραπάνω πολυμερή μπορούν να ξαναχρησιμοποιηθούν με τήξη μόνο τα θερμοπλαστικά. Ενώ τα θερμοσκληρυνόμενα και τα ελαστομερή μπορούν να υποστούν θερμική επεξεργασία ή να διασπαστούν στις αρχικές ύλες. Στον πίνακα 2 αναφέρονται οι διαφορές μεταξύ των διάφορων πολυμερών ως προς το σχήμα των μακρομορίων τους. Πίνακας 2. Διαφορές των Πολυμερών ως προς το σχήμα ιων μακρομορίων τους Πολυμερή Σχήμα μακρομορίων Θερμοτιλαστικά Γραμμικά ή διακλαδούμενα μακρομόρια Ελαστομερή Μακρομόρια με αραιή δικτύωση Θερμοσκληρυνόμενες ρητίνες Μακρομόρια με πολύ πυκνή δικτύωση

18 Β) Με βάση τη χημική σύσταση διακρίνονται σε: μακρομοριακά πολυμερή που λαμβάνονται με πολυμερισμό ενός μόνο τύπου μορίου (πολυμερή ή ομοιοπολυμερή) και ν' (συμπολυμερή). μακρομοριακά πολυμερή που σχηματίζονται από διάφορα μόρια Γ) Με βάση τον τρόπο παρασκευής των πολυμερών διακρίνονται σε: ν' πολυμερή προσθήκης και ν' πολυμερή συμπύκνωσης. Πολυμερή προσθήκης είναι το Teflon που παρασκευάζεται από τετραφθοραιθυλένιο, το πολυαιθυλένιο που παρασκευάζεται σε 1000 At και 200 C από καθαρό αιθυλένιο. Επίσης, το πολυβινυλοχλωρίδιο (PVC) που παράγεται με πολυμερισμό του βινυλοχ^ριδίου και προσθήκη HC1 στο ακετυλένιο. Τέλος, στα πολυμερή προσθήκης ανήκουν και οι ιοντοανταλλακτικές ρητίνες. Πολυμερή συμπύκνωσης είναι ο βακελίτης τιου φτιάχνεται με τη συμπύκνωση φαινόλης και φορμαλδεύδης. Τα πολυαμίδια είναι πολυμερή συμπύκνωσης διαμικών και διακαρβονικών οξέων. Τέτοια είναι π.χ. το Nylon 66, το Nylon 6 ή Perlon L, το Nylon 610 κ.λ.π. Τέλος, οι πολυεστέρες παρασκευάζονται από δικαρβονικά οξέα και πολυαλκοόλες, π.χ. αυτά που χρησιμοποιούνται για την κατασκευή ινών Dacron, Terylen. Τα πολυμερή ουρίας είναι προϊόντα συμπύκνωσης ουρίας ή θειουρίας και φορμαλδεύδης.

19 Δ) Με βάση τον τρόπο χρήσηςβνακρχναντοχ σε: συνθετικά νήματα (Nylon, Vinyon, orlon) ελαστομερή με αξιόλογες ελαστικές ιδιότητες, συνθετικές ρητίνες (οι ιοντοανταλλακτικές amberlite dowex) και σε άλλες ετημέρους κατηγορίες ανάλογα με την ειδική χρήση τους. Ε) Με βάση τη διάταξη στο χώρο διακρίνονται σε πολυμερή: ν' γραμμικά, ν' διακλαδωτά (δικτυωτά) ή δισδιάστατα και ν' τρισδιάστατα ή στερεοδομικά.

20 4. Βασικές ιδιότητες Πολυμερών Οι ιδιότητες των πολυμερών εξαρτώνται από τη χημιισί τους σύσταση, από το μοριακό βάρος και από τη διάταξη στο χώρο των μοριακών αλυσίδων από τις οποίες αποτελούνται. Α) Μηχανικές ιδιότητες Στις μηχανικές ιδιότητες περιλαμβάνονται η αντοχή στον εφελκυσμό, η αντοχή στην θλίψη, η σκληρότητα, η κάμψη, η κάμψη με κρούση, η επανατακτικότητα (επαναφορά) και η στρέψη. Τα μη ενισχυμένα πολυμερή έχουν σχετικά μικρή μηχανική αντοχή, ενώ τα ενασχυμιένα πολυμερή μπορούν να συγκριθούν με ορισμένα άλλα υλικά. Στους δύο τήνακες που ακολουθούν βλέπουμε τις τιμές αντοχής στον εφελκυσμό (πίνακας 3) και τις τιμές αντοχής στην θλίψη ορισμένων υλικών (τήνακας 4). Οι μηχανικές ιδιότητες των πολυμερών εξαρτώνται εκτός από το μοριακό βάρος, από τη διάταξη των μορίων στο χώρο, την πολικότητα και από το βαθμό κρυστάλλωσης. Επιπλέον, εξαρτώνται αττό τη θερμοκρασία, τον χρόνο που δρα η τάση, από το βαθμό διόγκωσης και από την επίδραση στερεών μέσων πλήρωσης. Πίνακας 3. Τιμές αντοχής στον εφελκυσμό (N/mm^) ορισμένων υλικών Αντοχή στον εφελκυσμό (N/mm^) Υλικό Χάλυβας Πολυεστέρες με ενίσχυση ινών γυαλιού Σίδηρος Αλουμίνιο, ελαφρά μέταλλα Θερμοτιλαστικά με ενίσχυση ινών γυαλιού Γυαλί Μη ενισχυμένες θερμοσκληρυνόμενες ρητίνες 70-2 Μη ενισχυμένα θερμοπλαστικά

21 Πίνακας 4. Τιμές αντοχής στη θλίψη (N/ram^) ορισμένων υλικών Αντοχή στη θλίψη (N/mm^) Υλικό Γυαλί Χυτοσίδηρος Ενισχυμένες θερμοσκληρυνόμενες ρητίνες Χάλυβας Μη ενισχυμένες θερμοσκληρυνόμενες ρητίνες Θερμοπλαστικά Αλουμίνιο 8-0,01 Ελαστομερή, αφρώδη πολυμερή Β) Θερμοτεχνικές ιδιότητες Οι θερμοτεχνακές ιδιότητες τιεριλαμβάνουν τη διαστολή των πολυμερών, τη θερμοαγωγιμότητα και τη θερμοχωρητικότητα. Η θερμική διαστολή των πολυμερών είναι μεγαλύτερη από αυτή των μετάλλων, του γυαλιού και διάφορων ανόργανων υλικών όπως τσιμέντο, πορσελάνη κ.λ.π. (τήνακας 5). Ενώ η θερμοαγωγιμότητα (πίνακας 6) και η θερμοχωρητικότητα (τήνακας 7) είναι πολύ μικρότερη των προαναφερθέντων υλικών. Πίνακας 5. Διαστολή σε mm ράβδου διάφορων υλικών και μήκους Im κατά τη θέρμανσή της κατά 10 C Διαστολή (mm) Υλικό 2,2-1,5 Ελαστομερή 2,3-0,6 Θερμοπλαστικά 0,9-0,1 Θερμοσκληρυνόμενες ρητίνες 0,10-0,08 Πολυεστέρας ενισχυμένος με ίνες γυαλιού 0,25 Ελαφρά μέταλλα 0,15 Τσιμέντο 0,13 Σίδηρος <0,1 Γυαλί

22 Πίνακας 6. Συντελ στής θερμικής αγωγιμότητας (kj/mh C) διάφορων υλικών Συντελεστής αγωγιμότητας (kj/mh Q Υλικό 1344 Χαλκός 1050 Αλουμίνιο 210 Χάλυβας 2,94 Γυαλί 3,78-1,47 Πολυμερή με πρόσθετα 2,1 Νερό 1,47-0,37 Θερμοπλαστικά 0,21-0,03 Αφρώδη πολυμερή Πίνακας 7. Ποσό θερμότητας σε ποσοστό όγκου Θερμοχωρητικότητα cal/mol.grad Υλικό 100 Νερό 85 Σίδηρος 58 Αλουμίνιο Θερμοπλαστικά Ελαστομερή και θερμοσκληρυνόμενες ρητίνες Γυαλί Ξύλο 0,3-0,1 Διογκούμενα υλικά Γ) Ηλεκτρικές ιδιότητες Τα πολυμερή εμφανίζουν μεγάλη αντίσταση στη ροή του ηλεκτρικού ρεύματος. Παρόλα αυτά, μερικές φορές, παρουσιόιζουν αγοργιμότητα εξαιτίας της ύπαρξης ιοντικών προσμίξεων στη μάζα τους. Οι μονωτικές ιδιότητές τους επηρεάζονται πολύ από τις ατμοσφαιρικές συνθήκες, καθώς και από τη δομή τους. Τα μη πολικά πολυμερή όταν δεν περιέχουν υπολείμματα καταλύτη και γαλακτωματοποιητή έχουν πολύ καλή μονωτική ικανότητα.

23 Δ) Ακουστικές ιδιότητες Στα πολυμερή υλικά η απορρόφηση του ήχου είναι μεγάλη, σε αντίθεση με την ταχύτητα διάδοσής του σε αυτά. Σκληρά ελαστικά ή μαλακά- ελαστικά, διογκούμενα και μη πολυμερή εμφανίζουν καλή ηχομονωτική ικανότητα, για αυτό χρησιμοποιούνται σαν ηχομονωτικά υλικά και για χτυπογενείς θορύβους. Επίσης, τα πολυμερή έχουν: Οτττικές ιδιότητες, παρουσιάζουν αντοχή στο φως, στις καιρικές συνθήκες και στην πάροδο του χρόνου, αντοχή στην ακτινοβολία και αντοχή στη φωτιά. Σύμφωνα με τις παραπάνω ιδιότητες, τα πολυμερή ως υλικά παρουσιάζουν πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα συγκρινόμενα με άλλα υλικά και παρουσιάζονται στον παρακάτω πίνακα 8. Πίνακας 8. Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα πολυμερών Πλεονεκτήματα Πολυμερών Μειονεκτήματα Πολυμερών Μικρό ειδικό βάρος Μικρός συντελεστής ελαστικότητας Πολύπλευρη ειδική συμπεριφορά Μικρή συνοχή στη θερμοκρασία Μικρή φθορά Μεγάλη επιμήκυνση κατά τη θέρμανση Καλές ηλεκτρικές ιδιότητες Μικρή θερμοαγωγιμότητα Ευκολία θραύσης στο ψύχος Οππκές και ακουστικές ιδιότητες Ευκολία κατεργασίας και βαφής Η νέα γενιά των πλαστικών περιλαμβάνει σώματα που έχουν ασύγκριτα καλύτερες ιδιότητες από πολλά (ρυσικά σώματα. Τα RTV 615 είναι πλαστικά σιλικόνης με πάρα πολύ μεγάλη αντοχή στη θερμοκρασία (8000 C ). Το EASTMAN

24 910 είναι πάρα πολύ ισχυρό συγκολλητικό πλαστικό. Το LEXAN έχει μεγάλη αντοχή στα χτυπήματα και, τέλος, το CAPTON έχει μεγάλη αντοχή στη θερμοκρασία.

25 1. 5. Χρήσεις Πολυμερών Υλικών Η χρήση των πολυμερών υλικών είναι ευρεία, αν σκεφτεί κανείς ότι σήμερα, μόνο στην Ευρώπη, τιαράγονται κάθε χρόνο τιάνω από ογδόντα κιλά ανά κάτοικο. Πιο αναλυτικά, σύμφωνα με τις εκτιμήσεις της ΑΡΜΕ, της Ένωσης Κατασκευαστών Πλαστικών Ευρώττης, το 1999 παράχθηκαν από τις βιομηχανίες τόνοι πλασπκές ύλες, δηλαδή 83, 9 kg ανά κάτοικο. Την πρώτη θέση στην παραγωγή κατέχουν οι ΗΠΑ και ακολουθούν η Ιαπωνία και η Γερμανία. Στην εικόνα 4 παρουσιάζεται η παραγωγή και κατανάλωση των πολυμερών σε διάφορες χώρες. Βέλγιο - Εικόνα 4. Παραγωγή και κατανάλακτη πολυμερών Σχετικά με την κατανάλωση πολυμερών για το έτος 1989 (εικόνα 5) η Ευρωπαϊκή Ένωση και η ΗΠΑ κατέχουν κυρίαρχη θέση σχετικά με την Ιαπωνία. Επιπλέον, το μεγαλύτερο μέρος της κατανάλωσης καλύπτουν η συσκευασία και οι κατασκευές.

26 Εικόνα 5. Κατανάλωση πολυμερών το 1989 Οι τομείς στους οποίους χρησιμοποιούνται τα πολυμερή είναι απεριόριστοι. Συσκευάζουν τα κάθε λογής προϊόντα, προφυλάσσουν τα τρόφιμα, ντύνουν τον άνθρωπο. Είναι το υλικό από το οποίο κατασκευάζονται αντικείμενα πολύτιμα στην καθημερινή μας ζωή και όταν εκπληρώσουν το σκοπό τους πετιούνται. Η βιομηχανία πολυμερών παράγει μεγάλο αριθμό προϊόντων ευρείας κατανάλωσης όπως υπολογιστές, τηλεοράσεις, ραδιόφωνα, παιχνίδια, είδη ρουχισμού ή χαλιά και οικιακά σκεύη. Στον πίνακα 9 παρουσιάζεται η χρήση των πολυμερών στο νοικοκυριό. Σε πολλές χρήσεις αντικατέστησαν τα μέταλλα και το ξύλο και ετιεκτάθηκαν στην αυτοκινητοβιομηχανία και στα αεροπλάνα. Στον πίνακα 10 παρουσιάζεται η κατανομή των χρήσεων των πολυμερών σε διάφορες τομείς και χώρες. Πίνακας 9. Πολυμερή στο νοικοκυριό Πολυμερή Χρήση ΡΕ, ΡΡ, PVC, ΡΑ, PS, PC, EPS Είδη κουζίνας PVC (μαλακό) Τραπεζομάντιλα, ρουχισμός PVC Είδη μπάνιου PE Συσκευασία PE, PVC Σακούλες PE, PETP, PVDC Συσκευασία τροφίμων PETP Συσκευασία PE, PVC (μαλακό) Συσκευασία

27 ΡΕ, PVC PVC, PS, DE, EPS ΡΕ, ΡΡ, PVC Καπάκια για συσκευασία τροφίμων Συσκευασία Δοχεία, φιάλες κ.λ.π. Πίνακας 10. Η κατανομή των χρήσεων των πολυμερών υλικών, σε διάφορες χώρες και τομείς Περιοχή χρησιμοποίησης ( % στο σύνολο χρησιμοποίησης) Δυτική Γ ερ μανία Ανατολική Γ ερμανία Βιομηχανίες ηλεκτρικών ειδών- Ηλεκτρονική Μηχανοκατασκευές Ελαφρά βιομηχανία ειδών ευρείας κατανάλωσης Οικοδομές Αγροτικές δραστηριότητες Συγκεκριμένα, στην αυτοκινητοβιομηχανία η συμμετοχή των πολυμερών το 1970 ήταν περίπου 30 kg ανά αυτοκίνητο. Το 1988 η συμμετοχή τους έςιτασε τα 117 kg, δηλαδή περίπου 11 %. Στην ηκόνα 6 παρουσιάζεται η συμμετοχή των πολυμερών στο ευρωπαϊκό αυτοκίνητο, ενώ στην εικόνα 7 παρουσιάζεται η κατανάλωση διάφορων ειδών πολυμερών στην ευρωπαϊκή αυτοκινητοβιομηχανία. Το πολυπροπυλένιο (ΡΡ), οι πολυεστέρες (PU), τα θερμοσταθερά, το στυρόλιο/ακριλονιτρίλιο και πολυβουταδιένιο (ABS), το πολυβινυλοχλωρίδιο (PVC) και τα πολυαμίδια (ΡΑ) κατέχουν το 90 % των πολυμερών των αυτοκινήτων.

28 Κάτω από τον κινητήρα 10% Ηλεκτρικά Εσωτερικό ' I αυτοκινήτου 56% Ε»)νο 6. se 1 στην Ευροίπαΐκή «ηο^νητοβκ,μηχανία

29 2. ΑΙΘΥΛΕΝΙΟ - ΠΟΛΥΑΙΘΥΛΕΝΙΟ Αλκένια (γενικά) Τα αλκένια που ονομάζονται και ολεφίνες είναι ακόρεστοι αλειφατικοί υδρογονάνθρακες με γενικό μοριακό τύπο CvH2v, όπου ν ένας ακέραιος αριθμός που υποδηλώνει τον αριθμό των ατόμων άνθρακα. Χαρακτηριστικό τους γνώρισμα είναι ο διπλός δεσμός μεταξύ δύο ατόμων άνθρακα. Το πρώτο μέλος της ομόλογης σειράς των αλκενίων είναι το αιθυλένιο (C2H4 ή CH2=CH2). Η γενική τους ονομασία είναι αλκένια. Η κατάληξη «-ένια» υποδηλώνει έναν διπλό δεσμό μεταξύ δύο ατόμων άνθρακα. Κατά γενικό κανόνα, η άριστη γεωμετρική διάταξη δημιουργείται από τέσσερα άτομα (τον άνθρακα και τρία άλλα άτομα που συνδέονται μαζί του) σε ένα επίπεδο, με τρεις ίσες γωνίες δεσμών των 120. Το μέσο μήκος του διπλού δεσμού μεταξύ ατόμων άνθρακα είναι 1,34 άνγκστρεμ (1 άνγκστρεμ = 10"* εκατοστόμετρα). Τα κατώτερα αλκένια παρασκευάζονται βιομηχανικά με πυρόλυση Φυσικού Αερίου ή πετρελαίου ή μιγμάτων υδρογονανθράκων ή με μερική υδρογόνωση των αλκινίων. Οι ωυσικέε ιδιότητεε των αλκενίων είναι γενικά όμοιες με εκείνες των αλκανίων. Τα αλκένια αντιδρούν κυρίως με προσθήκες. Τα αλογόνα, όπως το βρώμιο, προστίθενται αμέσως στα περισσότερα αλκένια. Τα αλκένια μπορούν να μετατραπούν σε αλκάνια με υδρογόνο (καταλυτική υδρογόνωση). Επίσης, μετατρέπονται σε αλκοόλες με ενυδάτωση. Οι αλκοόλες, επιπλέον, προστίθενται στα αλκένια με επίδραση οξέος. Τα αλκένια μπορούν να μετατραπούν σε κυκλοπροπάνια και αντιδρούν αμέσως με το όζον και με επίδραση υπεριώδους φωτός και καταλύτη διμερίζονται. Αυτά αποτελούν τις γτιαικέε ιδιότητεε των αλκενίων.

30 2. 2. Αιθένιο (Αιθυλένιο) Ονομασία - Τύποι Αιθενίου Παλανότερες ονομασίες τιεριλαμβάνο\)ν ένα -υλ - πριν από την κατάληξη -ένιο και ονομαζόταν αιθυλένιο. Σύμφωνα όμως με την ονοματολογία που καθιερώθηκε από τη Διεθνή Ένωση Καθαρής και Εφαρμοσμένης Χημείας (IUPAC) παραλήφθηκε η συλλαβή - υλ - και ονομάζεται αιθένιο. Ο μοριακός τύπος είναι C2H4, ενώ ο συνεπτυγμένος συντακτικός τύπος (χημικός τύπος) είναι CH2=CH2. Ο συντακτικός τύπος είναι \, C=C^ και τέλος ο ηλεκτρονικός τύπος είναι Διπλός δεσμός Αιθενίου Κατά γενικό κανόνα, η άριστη γεωμετρική διάταξη που ελαττώνει την άπωση μεταξύ των ηλεκτρονίων των δεσμών δημιουργείται από τέσσερα άτομα με τρεις ίσες γωνίες δεσμών των 120. Αλλά οι γωνίες αυτές διαφέρουν ελαφρά από τις 120 όπως φαίνεται: ^ >» / C = C \ Η 121 Η Σύμφωνα με την κλασική ατομική θεωρία η αστάθεια του αιθενίου εξηγείται με την ευπάθεια του διπλού δεσμού ανάμεσα στα άτομα του άνθρακα, εξαιτίας της κάμψης των μονάδων συγγενείας του. Η σύγχρονη ατομική θεωρία εξηγεί την

31 ευπάθεια του διπλού δεσμού με την ηλεκτροστατική άπωση των δύο ζευγαριών ηλεκτρονίων, εξαιτίας της γειτνίασης ομώνυμων φορτίων. Λόγω της αστάθειας του αιθενίου οξειδώνεται ή πολυμερίζεται, για αυτό βρίσκεται ελεύθερο στα φυσικά προϊόντα, μόνο όμως στα προϊόντα της τιυρόλυσης αυτών. Έτσι, π.χ. βρίσκεται σε ίχνη στο φωταέριο, στο τεχνητό υγραέριο και στην τεχνητή βενζίνη Παρασκευή Αιθενίου Το αιθένιο παρασκευάζεται θεωρητικά με πολλούς τρόπους: α) με αφυδραλογόνωση αιθυλαλογονιόίων CH3CH2X + NaX + Η2Ο β) με αφαλογόνωση δι-αλογονιδίων CH2XCH2Xi^CH2=CH2 + ΖηΧ2 γ) με αφυδάτωση αιθανόλης (οινόπνευμα) με H2SO4 και άμμο σε 20(fC CH3CH2OH CH2=CH2 + Η2Ο Στην πράξη, όμως, δε χρησιμοποιούνται αυτές οι μέθοδοι. Το αιθένιο παρασκευάζεται βιομηχανικά με ττυρόλυση φυσικού αερίου ή πετρελαίου ή μιγμάτων υδρογονανθράκων που παράγονται από αυτά:

32 α) με τωρόλυση αιθανίου σε 35(fC CH3CH3^CH2=CH2+H2 β) με μερική υδρογόνωση ακετυλενίου (με την προσθήκη νικελίου) C H = C H _^ CH2=CH Ιδιότητες Αιθενίου»ί Φυσικές Ιδιότητες Αιθενίου Το αιθέννο είναι το απλούστερο μέρος της σειράς των αλκενίων και είναι αέριο άχρωμο, άγευστο, με χαρακτηριστική οσμή. Είναι εύφλεκτο, ελάχιστα διαλυτό στο διαιθυλικό αιθέρα και στο βενζόλιο και ασφυκτικό. Έχει σημείο ζέσης = -103,9 C και πήζει στους -169,4 C. Η ττυκνότητά του είναι p =l,25gr/lit και η σχετική πυκνότητα του d =28/29. Χημικές Ιδιότητες Αιθενίου Οι χημικές ιδιότητες του αιθενίου καθορίζονται αττό δύο παράγοντες: α) Η περιοχή του μορίου μεταξύ των ανθράκων του διπλού δεσμού είναι πλούσια σε αρνητικό φορτίο (είναι συγκεντρωμένα 4 ηλεκτρόνια). Έτσι, στην περιοχή αυτή μπορούν να δεσμευτούν σωματίδια μικρού μεγέθους με θετικό φορτίο, συνήθως υδρογονοκατιόντα:

33 \ / / - C - H \ β) Ο διπλός δεσμός αποτελείται από δύο ομοιοπολικούς δεσμούς διαφορετικής σταθερότητας. Ο σ- δεσμός είναι τιολύ σταθερός και διασπάται δύσκολα, ενώ ο π- δεσμός είναι ασταθής και διασπάται πολύ ευκολότερα, με θέρμανση, ακτινοβολία ή παρουσία καταλυτώχ^ / \ / / Το αιθένιο αντιδρά, κυρίως, με προσθήκες. Διάιρορα αντιδραστήρια προστίθενται στο διπλό δεσμό μεταξύ των ανθράκων, όπως υδρογόνο, υδραλογόνα, αλογόνα, υποχ^ριώδες οξύ, υδρογονάνθρακες, θειικό οξύ και νερό. Τα αλογόνα, όπως το βρώμιο, προστίθενται αμέσως στο αιθένιο. Ενώνεται με το χλώριο ή το βρώμιο προς το σχηματισμό των αντίστοιχων διαλογονούχων ενώσεων αιθενίου: CH2 = CH2 + Br2, Br-CH2-CH2-Br διβρωμοαιθάνιο Το αιθένιο ανπδρά με υδρογόνο, συνήθως κάτω από πίεση και με τη βοήθεια μεταλλικού καταλύτη λεπτά διαμερισμένου (λεπτόκοκκη σκόνη), όπως ο λευκόχρυσος, το παλλάδιο ή το νικέλιο. Η αντίδραση αυτή ονομάζεται καταλυτική υδρογόνωση και η αξία της πρωτοεκτιμήθηκε από τον Γάλλο χημικό Paul Sabatier; C = C +Η2.

34 To αιθένιο σχηματίζει με το θειικό οξύ μίγματα θειικών ενώσεων, τα οποία μπορούν να υδρολυθούν σε αιθυλική αλκοόλη: CH2=CH2 + H20 αιθένιο CH^iCH^OH αιθυλική αλκοόλη (οινόπνευμα) Η αιθυλική αλκοόλη προστίθεται στο αιθένιο με επίδραση οξέος και παράγεται διαιθυλαιθέρας: CH2=CH2 + CH3CH2 0 H, CH7CH7QCH7CH-. αιθένιο αιθυλική αλκοόλη διαιθυλαιθέρας Η αντίδραση αιθενίου και οξυγόνου πάνω από θερμαινόμενο άργυρο δίνει αιθυλενοξείδιο: CH2=CH2 + Ο2 A g ^ H2C - CH2 \ / 0 αιθένιο αιθυλενοξείδιο HjO CH2 CH2 H2C -C H C OH OH αιθυλενογλυκόλη Κατά την αντίδραση του αιθενίου με το όζον, το όζον τφοστίθεται πρώτα στο διπλό δεσμό και η τελική αντίδραση είναι η διάσπαση του μορίου, μία αντίδραση που

35 ονομάζεται οζονόλυση. Αυτή χρησιμεύει για να εντοπιστεί η θέση του διπλού δεσμού από το είδος των προϊόντων. Στη συνέχεια αν ξαναδιασπαστεί το οζονίδιο με νερό δίνει υπεροξείδιο του υδρογόνου και φορμαλδεΰδη: CH2 = CH αιθένιο όζον -»CH2 I ο ο CH2 2 2CH2O I οζονίδιο φορμαλδεύδη υπεροξείδιο του υδρογόνου Το αιθένιο, με ετιίδραση υτιεριώδους φωτός και καταλύτη, διμερίζεται με μία αντίδραση, που ονομάζεται κοκλοποίηση: CH2 CH2 υπερώδες φως H2C CH2 CH2 υδράργυρος H2C CH2 I CH2 Το αιθένιο μπορεί να μετατραπεί σε πολυαιθυλένιο με διαφόρους τρόπους; nch2=ch2 αιθένιο -CH2CH2-(CH2CH2)n-2- πολυαιθυλένιο Επίσης, προϊόντα του αιθενίου αποτελούν: Το αιθυλενοβενζόλιο, το στυρένιο, το βινυλοχ^ρίδιο, το οξεϊκό οξύ, ο οξεϊκός ανυδρίτης και η αιθανόλη. Το αιθένιο ανιχνεύεται ατιό τον ατιοχρωματισμό που προκαλεί σε βρωμιούχο νερό ή όξινο διάλυμα υπερμαγγανικού καλίου ή από το κίτρινο σύμπλοκο, το οποίο σχηματίζει με τετρανιτρομεθάνιο [C(N02)4].

36 Χρήσεις Αιθενίου Η ετήσια βιομηχανική παραγωγή αιθενίου, που είναι το σπουδαιότερο αλκένιο και ένας από τους σημαντικούς υδρογονάνθρακες της πετροχημικής βιομηχανίας, είναι ανώτερη από τόνους. Το 35% περίπου χρησιμοποιείται ως πρώτη ύλη για την παραγωγή του πλαστικού πολυαιθυλενίου, ενώ το 25% για την παραγωγή αιθυλενοξειδίου, το οποίο χρησιμοποιείται για την παραγωγή του αντιψυκηκού γλυκόλης, υφάνσιμων υλών και απορρυπανηκών. Το 20% μετατρέτιεται σε αιθυλική αλκοόλη που παράγεται για βιομηχανική χρήση. Το 10% καταναλώνεται στην παραγωγή του πλαστικού πολυστυρενίου. Το υπόλοιπο 10% χρησιμοποιείται για συνθετικά ελαστικά, για πρόσθετα στη βενζίνη και στην τιαραγωγή των φιλμς και Teflon. Ετήσης, στη βοτανική το αιθένιο αποτελεί μια (ρυτοορμόνη που αναστέλλει την ανάπτυξη και ενισχύει το πέσιμο των παλαιών φύλλων. Στα φρούτα το αιθένιο χρησιμοποιείται σαν ορμόνη για την τεχνητή ωρίμανσή τους. Τέλος, το αέριο χρησιμοποιήθηκε από το 1924 σε περιορισμένη έκταση ως αναισθητικό, επειδή η τοξικότητά του είναι σχεδόν ανύπαρκτη και οι παρενέργειες που προκαλεί ελάχκττες. Δεν επικράτησε, όμως, διότι αναμιγμένο με οξυγόνο είναι ισχυρό εκρηκτικό.

37 2. 3. Πολυαιθυλένιο Σχηματισμός Πολυαιθυλενίου Το πολυαιθυλένιο αποτελεί μία από τις κυριότερες πολυολεφίνες και είναι ένα λευκό θερμοπλασπκό πολυμερές, το οποίο παράγεται από τον πολυμερισμό του αιθυλενίου (αιθένιο), με τύτιο [- CH2 - CH2 - ]η, (εικόνα 8). ΣΧΗΜΑΤΙΚΗ ΠΑΡΑΣΤΑΣΗ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΜΕΡΙΚΩΝ ΠΛΑΣΤΙΚΩΝΎΛΩΝ ΠΟΛΥΜΕΡΙίΜΟΙ ' 1. Γ 'Ί -.. ΠΟΛΥΑΙΘΥΛΕΝΙΟ Κ0ΚΚ0Π0ΙΗ3Η /ϊυ/ϋ ΕΚ80ΛΗ ιιολυαιθιιλίνιο at φύλλο Εικόνα 8. Σχηματική παράσταση παραγωγής πολυαιθυλενίου Ο πολυμερισμός είναι αντίδραση προσθήκης, κατά την οποχα το ένα μόριο αιθυλενίου προστίθεται στο άλλο και σχηματίζονται μακριές αλυσίδες, που είναι τα μόρια του πολυαιθυλενίου. Πρακηκά ο πολυμερισμός του αιθυλενίου γίνεται με τους παρακάτω τρόπους, σε υψηλή, μέση ή χαμηλή πίεση. Α) Σε υνι/τιλΰ πίεση (πολυαιθυλένιο χαμηλής πυκνότητας - L.D.P.E.). Ο πολυμερισμός γίνεται στην αέρια φάση (μηχανισμός ελεύθερων ριζών), σε αυλωτό αντιδραστήρα. Για την έναρξη της αντίδρασης πολυμερισμού 37

38 χρησιμοποιείται το οξυγόνο ως καταλύτης. Πραγματοποιείται πολυμερισμός μάζας σε πολύ υψηλές πιέσεις bar ( atm) και σε θερμοκρασίες C. Το πολυαιθυλένιο (ΡΕ) υψηλής πίεσης αποτελείται από διακλαδιζόμενα μακρομόρια εξαιτίας της αντίδρασης μετάδοσης. Κατά τον πολυμερισμό του αιθυλενίου με υψηλή πίεση με το μηχανισμό των ελεύθερων ριζών μπορούν να παραχθούν μακρομόρια με πλευρικές μεθυλικές ομάδες. Το πολυαιθυλένιο που παράγεται με αυτό τον τρόπο απαλλάσσεται από το αιθυλένιο που παρέμεινε και στερεοποιείται με ψύξη. Το τελικό στάδιο κατά την παραγοογή του ΡΕ χαμηλής τυυκνότητας είναι η παραγαιγή κόκκων πολυμερούς. Η μέθοδος αυτή χρησιμοποιείται για την παραγιογή ΡΕ πυκνότητας από 0,915gr/cm^ έως 0,935gr/cm^Kai η απόδοσή της μπορεί να φτάσει μέχρι 25%. Β) Σε αέση πίεση (πολυαιθυλένιο μέσης πυκνότητας - M.D.P.E.). Η μέθοδος παρασκευής των ΡΕ μέσης πίεσης έχει ως βάση μία αντίδραση πολυμερισμού διαλύματος. Χρησιμοποιείται ως διαλυτικό μέσο υγρός υδρογονάνθρακας (συνήθως ξυλόλη) και για καταλύτης οξείδια του χρωμίου προσροφημένα σε στερεό φορέα (πυριτικές βάσεις). Πραγματοποιείται σε πιέσεις 30-50bar και σε θερμοκρασίες C. Το ΡΕ που σχηματίζεται παραμένει διαλυμένο στο διαλύτη και ο καταλύτης απομακρύνεται με διήθηση. Η μέθοδος αυτή χρησιμοποιείται για την παραγιογή ΡΕ πυκνότητας 0,925gr/cm^ έως 0,940gr/cm^. Γ) Σε γαατιλπ τιίεση (πολυαιθυλένιο υψηλής πυκνότητας - H.D.P.E.)- Το H.D.P.E. παράγεται με τη μέθοδο του πολυμερισμού με κατακρήμνιση ή καθίζησης. Ο καταλύτης έναρξης του πολυμερισμού εδώ, είναι ο Ziegler - Natta (Ζήγκλερ - Νάτα) που έχει το όνομα των εφευρετών του. Είναι μία ένωση του τιτανίου σε συνδυασμό με μία οργανομεταλλική ένωση (αλκυλοπαράγωγο) του αργιλίου, είτε ένα μεταλλοξείδιο, τοποθετημένο πάνω σε ένα κατάλληλο υπόστρωμα, που έχει υποστεί μερική αναγωγή (A1(C2H5)3 και TiCU). Ο πολυμερισμός του αιθυλενίου σε χαμηλή πίεση γίνεται σε πιέσεις γειτονικές με την ατμοσφαιρική πίεση (έως 40atm) και σε θερμοκρασίες C. Σαν διαλυτικό μέσο χρησιμοποιείται το πετρέλαιο. Το αιθυλένιο διοχετεύεται απουσία αέρα και υγρασίας σε πετρέλαιο, στο οποίο είναι διεσπαρμένα τα σωματίδια του αδιάλυτου καταλύτη. Ο πολυμερισμός 38

39 του αιθυλενίου γίνεται στην ετηφάνεια του καταλύτη. Το σχηματιζόμενο ΡΕ εκπίπτει με τη μορφή νιφάδων και έχει κατά το μεγαλύτερο ποσοστό του γραμμικά μακρομόρια, διότι ο πολυμερισμός γίνεται με ιόντα. Η μέθοδος αυτή χρησιμοποιείται για την παραγωγή ΡΕ πυκνότητας 0,920gr/cin^ έως 0,965 gr/cm^. Επίσης, υπάρχει και το LLDPE (γραμμικό πολυαιθυλένιο χαμηλής πυκνότητας) το οποίο ονομάζεται και πολυαιθυλένιο «τρίτης γενιάς» και στο οποίο θα γίνει αναφορά στο τρίτο κεφάλαιο Κρυστάλλωση και Μοριακό Βάρος Πολυαιθυλενίου ΚΡΥΣΤΑΛΛΩΣΗ Το πολυαιθυλένιο ανήκει στα μερικώς κρυσταλλικά πολυμερή, δηλαδή με τμήματα υψηλής κρυστάλλωσης, αλλά και άμορφα τμήματα στο μόριο, επειδή το μακρομόριο έχει συμμετρική δομή. Ο Βαθμός Κρυστάλλωσης του ΡΕ είναι τόσο υψηλότερος, όσο μικρότερος είναι ο βαθμός διακλάδωσης των μορίων. Επίσης, είναι ανάλογος με την πυκνότητα και το σημείο τήξης του σχηματιζόμενου ΡΕ. Από το βαθμό κρυστάλλωσης εξαρτώνται κατά μεγάλο ποσοστό οι μηχανικές ιδιότητες του ΡΕ. Στο παραγόμενο προϊόν η συμμετοχή στην κρυσταλλική υφή του υλικού είναι τόσο υψηλότερη, όσο πιο υψηλή είναι και η πυκνότητα του προϊόντος, περίπου 50% για χαμηλή πυκνότητα και 90% για υψηλή πυκνότητα. ΜΟΡΙΑΚΟ ΒΑΡΟΣ Το μέσο μοριακό βάρος του ΡΕ ποικίλει, κυρίως, ανάλογα με τη μέθοδο παραγωγής του. Εξαρτάται, όμως, από την ποσότητα του καταλύτη και τις συνθήκες πολυμερισμού. Το μέσο μοριακό βάρος ορίζει τη ροή του τήγματος και συνεπώς την κατεργασία του ΡΕ. Από το μοριακό βάρος, επίσης, εξαρτώνται οι μηχανικές και οι φυσικές ιδιότητες του ΡΕ και επομένως η χρησιμοποίησή του. Έτσι, είναι αναγκαίο να προσδιοριστεί αυτό με την εκλογή των καταλληλότερων συνθηκών της

40 αντίδρασης, ώστε να ετητευχθεί ο βαθμός του πολυμερισμού, ο ετηθυμητός βαθμός του πολυμερισμού και οι ετηθυμητές μηχανικές ιδιότητες. Το μέσο μοριακό βάρος των πιο κοινών τύπων είναι και στον πίνακα 11 αναφέρονται διάφορες πμές του μέσου μοριακού βάρους των LDPE και HDPE. Πίνακας 11. Τιμές Μέσου Μοριακού Βάρους των LDPE-HDPE Μέσο Μοριακό Βάρος (ικανό να παραχθεί) Μέσο Μοριακό Βάρος (συνήθως χρησιμοποιούμενο) L.D.P.E H.D.P.E Το ΡΕ έχει σύσταση λίπους σε μοριακό βάρος 1.000, όψη κηρού σε μοριακό βάρος 4.000, ενώ σε μοριακό βάρος έχει σύσταση στερεού και σημείο μαλάκυνσης στους 100 C. Αν διπλασιαστεί το μέσο μοριακό βάρος λαμβάνεται στερεό με σημείο μαλάκυνσης 110 C, ενώ διπλασιάζοντας πάλι το μοριακό βάρος, το σημείο τήξης φτάνει στους 120 C Ιδιότητες Πολυαιθυλενίου ΦΥΣΙΚΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ Γνενικά) Η πυκνότητα του ΡΕ δε μεταβάλλεται πολύ και κυμαίνεται στα 0,915-0,965 gr/cm^. Αυτή η μικρή αύξηση της πυκνότητας είναι, όμως, αρκετή για να αυξήσει σε σημαντικό βαθμό τη σκληρότητα του υλικού, το μέτρο ελασηκότητας της κάμψης και τη χημική σταθερότητα. Το LDPE έχει τιυκνότητα 0,915-0,925 gr/cm^, το MDPE έχει πυκνότητα 0,925-0,940 gr/cm^ και το HDPE 0,940-0,965 gγ/cm^ Το ΡΕ, ως μακρομοριακή παραφίνη, είναι κηρώδες, θολό υλικό με χημική αντοχή. Είναι υδρόφοβο, αφού είναι μη πολικό υλικό και η θερμοκρασία ετιεξεργασίας του

41 κυμαίνεται μεταξύ C μέχρι C. Ετήσης, έχει μεγάλη αντοχή στις δυνάμεις εφελκυσμού (έως 450kgf/cm^) και ετημήκυνση μέχρι 1000%. Διαμορφώνεται με ευκολία αφού είναι εύκαμτιτο στερεό σε θερμοκρασία δωματίου και η συγκόλληση του δεν τιαρουσιάζει προβλήματα. Σημειώνεται η υψηλή αντοχή του ΡΕ σε τάσεις σύνθλιψης και η εξαιρετικά υψηλή ικανότητα ηλεκτρομόνωσής του. Συγκεκριμένα, η διηλεκτρική σταθερά κυμαίνεται ατιό 2,1-2,3. ΧΗΜΙΚΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ (γενικά! Το ΡΕ δε διογκώνεται σε πολικά διαλυηκά μέσα, αλλά διογκώνεται και διαλύεται σε υψηλές θερμοκρασίες σε μη πολικά διαλυτικά μέσα, λίπη και έλαια. Είναι αδιάλυτο στους οργανικούς διαλύτες σε θερμοκρασία μικρότερη των 60 C και δεν αντιδρά με ανόργανα και οργανικά οξέα και με διαλύματα καυστικών αλκαλίων. Επιπλέον, είναι ανθεκτικό στο πυκνό υδροχλωρικό και υδροφθορικό οξύ, όμως προσβάλλεται από το φθόριο, το χλώριο και από το πυκνό νιτρικό οξύ και οξειδώνεται. Σε θερμοκρασίες πάνω από 80 C είναι διαλυτό στους αλειφατικούς και αρωματικούς υδρογονάνθρακες και στα αλογονοπαράγωγά τους. Ακόμη, είναι σχετικά σταθερό όταν εκτεθεί στη ραδιενέργεια και αβλαβές. Τέλος, οι ιδιότητες του ΡΕ μπορούν να αλλάξουν με συμπολυμερισμό ή με ανάμειξη με άλλα πολυμερή. ΣΥΓΚΡΙΣΗ ΙΔΙΟΤΗΤΩΝ LDPE - HOPE Το LDPE έχει την όψη ημιδιαφανούς στερεού, που γίνεται αδιαφανές σε μεγάλα πάχη, είναι «λιπαρό» στην αφή. Είναι λιγότερο ή περισσότερο εύκαμπτο, ανάλογα με το πάχος του, αλλά ποτέ δύσκαμπτο, εκτός αν έχει υποβληθεί σε κατεργασία για την απόκτηση δομής πλέγματος. Ανάλογα με την ποιότητά του τήκεται σε θερμοκρασίες C. Είναι άχρωμο, μη τοξικό, τελείως αδιάλυτο στο νερό, το οποίο απορροφά σε πολύ μικρό βαθμό και ελάχιστα διαπερατό από τους υδρατμούς. Παρουσιάζει αξιοσημείωτη αντοχή σε χημικά αντιδραστήρια και, κυρίως, στα οξέα και στις βάσεις. Τέλος, χαρακτηρίζεται από ικανοποιητική θερμική σταθερότητα, διασπώμενο μόνο σε θερμοκρασίες μεγαλύτερες των 300 C. Κατά την καύση του, η

42 οποία προχωρεί κατά ήτηο και ομοιόμορφο τρόπο, δεν προκύπτουν δηλητηριώδη αέρια. Το HDPE είναι λιγότερο εύκαμτττο και μικρότερης διαφάνειας από το LDPE. Ανάλογα με την ποιότητά του, μαλακώνει σε θερμοκρασίες μεταξύ 130 C και 140 C. Χαρακτηρίζεται από ικανοποιητική αντοχή στην απότομη αύξηση της θερμοκρασίας, όπως, επίσης, και στις χαμηλές θερμοκρασίες (έχουν αναπτυχθεί προϊόντα που διατηρούν την ευλυγισία τους μέχρι και στους -115 C). Είναι τέσσερις φορές περίπου λιγότερο διαπερατό από τα αέρια σε σύγκριση με το LDPE, ενώ η διαπερατότητά του από τους υδρατμούς είναι πρακτικά μηδενική. Παρουσιάζει ακόμη αξιοσημείωτη χημική αδράνεια. Οι εφαρμογές του συνδέονται άμεσα με τον τρόπο της μορφοποίησής του. Στον τήνακα 12 παρουσιάζονται οι βασικές φυσικές ιδιότητες των πολυαιθυλενίων (LDPE, HDPE). Πίνακας 12. Βασικές φυσικές ιδιότητες πολυαιθυλενίων Ιδιότητα LDPE HDPE Πυκνότητα (gr/cm'*) 0,92 0,94-0,97 Αντοχή στη θραύση (MPa) (για πυκνότητα 0,96) Επιμήκυνση μέχρι τη θραύση (%) Σκληρότητα Shore D Συντελεστής γραμμικής 18*10'" 13*10'" διαστολής Ειδική ηλεκτρική αντίσταση 3*10" 6*10*" (Ω*ςιη) Γωνία απωλειών (tgδ) 0,0005 0,0005 Διαπερατότητα από τους υδρατμούς (kg/inm^*s) 3,7*10^ 1,18*10'*

43 Χρήσεις Πολυαιθυλενίου Το πολυαιθυλένιο είναι ένα από τα πιο φθηνά πολυμερή που συνδυάζει πολύτιμες ιδιότητες και επεξεργασία με όλες τις πιο γνωστές παραγωγικές μεθόδους που χρησιμοποιούνται για τα θερμοτιλαστικά. Είναι πρώτο μεταξύ των πολυμερών πλαστικών της παγκόσμιας παραγωγής. Η παγκόσμια τταραγίΰγή σε ΡΕ το 1973 ήταν περίπου 10 εκατομμύρια τόνοι. Οι κύριες χώρες παραγωγής ΡΕ (σε τιοσότητες που ανέρχονται σε 10*10 τόνους τιερίπου) είναι η Γερμανία, η Αγγλία, η Η.Π.Α., η Ιταλία και η Ιαπωνία. Σε αυτές τις χώρες παρασκευάζεται υψηλής τιυκνότητας πολυαιθυλένιο (HDPE) και τιεριλαμβάνουν το marlex (ΗΠΑ), hostalen και vestolen (ΓΕΡΜΑΝΙΑ), hi - zex (ΙΑΠΩΝΙΑ) και eltex (ΙΤΑΛΙΑ). Εττίσης, παρασκευάζεται και χαμηλής πυκνότητας πολυαιθυλένιο (LDPE), τα οποία είναι το bakelite και alathon (ΗΠΑ), alkathene (ATTΑΙΑ) και Lupolen (ΓΕΡΜΑΝΙΑ). Εκτός από αυτές τις χώρες ΡΕ (HDPE και LDPE) παρασκευάζεται και στη Ρωσία. Λόγω του χαμηλού κόστους παραγωγής του, το ΡΕ συναντά ευρύτατο πεδίο εφαρμογής. Χρησιμοποιείται για την παρασκευή μεμβρανών (φιλμ), οικιακών σκευών, ειδών υγιεινής, για ηλεκτρόλυση μονώσεων και τμηματικών προϊόντων. Επίσης, το ΡΕ χρησιμοποιείται στη συσκευασία (πλαστικές σακούλες), καθώς και για την παραγωγή πλαστικών παιχνιδιών. Έχει ευρεία χρήση στη μηχανική και στη γεωργία. Πιο συγκεκριμένα, το LDPE κατεργάζεται για την παραγωγή πλαστικών σωλήνων (για απόβλητα και καυστικά υγρά) και λετττών πλαστικών φύλλων που χρησιμοποιούνται ως υλικά συσκευασίας ή έχουν αγροτικές εφαρμογές. Τέλος, του τύπου LDPE είναι τα συρρικνωμένα πλαστικά ιρύλλα, πλαστικές φιάλες, πλαστικά δοχεία, τιλάκες κ.ά. Από το HDPE παράγοντας πρόσφατα, πτυσσόμενα φύλλα μεγάλης μηχανικής αντοχής που έχουν την όψη του χαρτιού (simili - papier). Επιπλέον και οι δύο τύποι ΡΕ (LDPE και HDPE) χρησιμοποιούνται για την επένδυση καλωδίων και συρμάτων και για την επικάλυψη της κάτω επιςχϊνειας των ταπήτων. Επίσης, τα συμπολυμερή με οξικό βινυλεστέρα (EVA) αποτελούν τη βάση για την παρασκευή βερνικιών, πλαστικών (ρύλλων (περίπου 10%), πλαστικοποιητών του PVC (20-40%) και ελαστομερών (50-60%). Τα χ^ριωμένα πολυαιθυλένια

44 χρησιμοποιούνται για την παραγωγή ττλαστικών πλακών, ενώ τα χ^ωιροσουλφονώμενα πολυαιθυλένια κυκλοφορούν στο εμπόριο με την ονομασία Hypalon και απέκτησαν εμπορική σπουδαιότητα. Χρησιμοποιούνται στην παραγωγή προϊόντων από καουτσούκ για τεχνική και οικιακή χρήση, για την ετήτευξη αντιδιαβρωτικών ε^καλύψεων, για τη μόνωση των καλωδίων, ως συστατικό των βερνικοχρωμάτων, καθώς και ως βάση των κολλών και των υλικών στεγανοποίησης. Το χαμηλής πυκνότητας πολυαιθυλένιο (LDPE) είναι το πιο διαδεδομένο, αλλά το υψηλής πυκνότητας πολυαιθυλένιο (HDPE) τείνει να υποκαταστήσει το πρώτο στην περίπτωση των εφαρμογών, για τις οποίες απαιτούνται υψηλή μηχανική, θερμική και χημική αντοχή.

45 3. ΠΑΡΑΓΩΓΙΚΗ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ ΣΑΚΟΥΑΑΣ ΑΙΠΑΣΜΑΤΟΣ Βιομηχανία Φωσφορικών Διπασμάτων- Ελληνική Βιομηχανία Σάκων (Ε. ΒΙ. ΣΑΚ. ) Η εταιρία Β.Φ.Λ. Α.Ε. ιδρύθηκε το 1961 από τον Όμιλο της Εμπορικής Τράπεζας. Περιλάμβανε στην τιαραγωγική της δομή δύο μεγάλες εργοστασιακές μονάδες, τη μία στη Νέά Καρβάλη Καβάλας και τη δεύτερη στη Θεσσαλονίκη. Η δεύτερη, όμως, έπαψε πλέον να λειτουργεί το έτος Διαθέτει, επίσης, μία μονάδα παραβ'ωγής θειαφιού στην Πάτρα και μία μονάδα συσκευαστηρίου λιπασμάτων στον Πύργο. Το εργοστάσιο στη Νέα Καρβάλη Καβάλας διαθέτει υψηλού ετππέδου τεχνικό εξοτιλισμό και σύγχρονα συστήματα παραγωγής. Η Β.Φ.Λ. παράγει μεγάλη ποικιλία προϊόντων υψηλής ποιότητας και πραγματοποιεί σημανηκές εξαγωγές στη διεθνή αγορά. Εκτός από την παραγωγή, ιδιαίτερη φροντίδα δείχνει για το περιβάλλον, την κοινωνική προσφορά, την έρευνα και την ανάπτυξη, καθώς εττίσης, και την ενημέρωση. Το εργοστάσιο της Νέας Καρβάλης Καβάλας άρχισε να λειτουργεί το 1965 και περιλαμβάνει τις παρακάτω παραγωγικές μονάδες: > Αμμωνίας > Φωσφορικού οξέος > Θειικού οξέος > Νιτρικού οξέος > Σύνθετων λιπασμάτων Εικόνα 9. Εργοστάσιο Ν. Καρβάλης