Polyethylen. Geschichte der Erfindung und Produktion

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Polyethylen ist ein thermoplastisches Polymer des Ethylens. Es ist eine organische Verbindung und hat lange Moleküle ...-CH2-CH2-CH2-CH2-..., wobei „-“ kovalente Bindungen zwischen Kohlenstoffatomen bezeichnet. Der häufigste Kunststoff der Welt.

Es ist eine wachsartige Masse von weißer Farbe (dünne Blätter sind transparent und farblos). Es ist chemisch und frostbeständig, ein Isolator, unempfindlich gegen Stöße (Stoßdämpfer), erweicht beim Erhitzen (80-120 °C), gefriert beim Abkühlen, die Adhäsion (Kleben) ist äußerst gering.

Strukturformel von Polyethylen

Tüten im Supermarkt, Lebensmittelverpackungen, Plastikutensilien, Flaschen, Rohre, Klebeband … All dies und mehr wird aus einem Material hergestellt, dem König der Kunststoffe – Polyethylen.

Es wurde zweimal geöffnet und beide Male völlig zufällig. Dieses Material wurde erstmals 1898 vom deutschen Chemiker Hans von Pechmann durch Erhitzen von Diazomethan gewonnen. Dann achtete er einfach nicht auf das unerwartete Ergebnis seines Experiments – einen wachsartigen Rückstand am Boden des Reagenzglases. Polyethylen wurde zum zweiten Mal von Reginald Gibson und Eric Fawcett, Chemikern des britischen Unternehmens ICI, entdeckt. Die Abteilung, in der sie arbeiteten, beschäftigte sich mit der Untersuchung neuer chemischer Reaktionen, die bei hohen Drücken ablaufen.

Am 27. März 1933 pumpten Gibson und Fawcett eine Mischung aus Ethylen und Benzaldehyd bei einem Druck von 1900 atm und einer Temperatur von 170 °C in das Reaktionsgefäß. Plötzlich sank der Druck im Tank – es stellte sich heraus, dass sich die Gase in einen weißen Feststoff, polymerisiertes Ethylen, verwandelt hatten. Doch Versuche, das Experiment zu wiederholen, endeten größtenteils mit einem durchschlagenden Misserfolg – einer Explosion und der Zersetzung in Wasserstoff und Kohlenstoff. Es war nicht möglich, die Bedingungen für die Gewinnung von Polyethylen konsequent zu reproduzieren, und die Unternehmensleitung schloss das Projekt ab, da sie befürchtete, dass sich die Angelegenheit eines Tages nicht nur auf eine Rußwolke beschränken würde.

Zwei Jahre später beschloss der Leiter der ICI-Forschungsabteilung, Michael Perrin, sich mit den Experimenten von Gibson und Fawcett zu befassen. Das Glück lächelte ihn an: Das allererste Experiment endete nicht mit einer Explosion, sondern mit der Bildung von Polyethylen. Doch die folgenden zeigten erneut, wie schwer fassbar ein neuer Stoff sein kann.

Das Rätsel wurde vom Oxford-Chemiker Paul Hinshelwood gelöst, der einen ungeklärten Faktor entdeckte – die Wechselwirkung mit Sauerstoff. Damals war es üblich, Flaschen zum Füllen von Gasen mit geöffneten Ventilen abzugeben, in denen noch eine kleine Menge Luft verblieb. Infolgedessen schwankte die Sauerstoffkonzentration im Gasgemisch in verschiedenen Flaschen erheblich. Und es stellte sich heraus, dass die Polymerisationsreaktion nicht nur auf die Anwesenheit, sondern auch auf die richtige Menge an Sauerstoff reagierte – war sie niedrig, bildete sich kein Polyethylen, war sie zu groß, zersetzte sie sich explosionsartig.

Gibson, Fawcett und Perrin hatten unglaubliches Glück – sie nahmen Flaschen mit genau der richtigen Sauerstoffkonzentration. Nach der Entdeckung dieser Tatsache wurde der Rest eine Frage der Technologie und einige Jahre später wurde die industrielle Produktion von Polyethylen etabliert.

Seine erste Anwendung war die Verwendung als elektrische Isolierung von Drähten. Allerdings ließ das Material zu wünschen übrig – es war weich und schmelzbar, bis der deutsche Chemiker Karl Ziegler Katalysatoren für die Herstellung von hochdichtem Polyethylen entwickelte.

Polyethylen
Rolle aus PE-Schaum

Von diesem Moment an trat das neue Material seinen Siegeszug an und entwickelte sich zum massivsten Kunststoff der Welt: Jährlich werden etwa 80 Millionen Tonnen Polyethylen produziert.

Autor: S.Apresov

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