Il polimero del mese: polietilene (PE)
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Fra i materiali polimerici il polietilene (PE) è indubbiamente uno dei più diffusi e utilizzati. Polimero dell'etilene è una delle materie plastiche più semplici in assoluto dal punto di vista strutturale. Infatti, la sua struttura chimica è costituita da lunghe catene di atomi di carbonio più o meno ramificate quindi con un grado di polimerizzazione modulabile; questo è l'aspetto che gli dà caratteristiche più o meno versatili. Il polietilene per le sue proprietà può essere impiegato in una vastissima gamma di applicazioni: dalla produzione di materiali per l’imballaggio alle protesi medicali, passando per tubazioni, raccordi e valvole. Insomma, un polimero semplice, ma dalle proprietà straordinarie.

E pensare che è stato una scoperta del tutto accidentale. Il polietilene è stato sintetizzato per la prima volta nel 1898 da Hans Von Pechmann mentre scaldava del diazometano. Alla fine del suo esperimento notò la formazione di una sostanza cerosa di colore bianco che rivestiva le pareti del contenitore. L'analisi permise di capire che era formata da lunghe catene di atomi di carbonio cui fu dato il nome di polimetilene.

La prima sintesi industriale fu ancora frutto del caso. I chimici Eric Fawcett e Reginald Gibson, nel 1933ottennero nuovamente un materiale ceroso di colore bianco conducendo una reazione chimica tra l'etilene e il benzaldeide a pressioni elevate. Si trattò di una sintesi non riproducibile. La reazione, infatti, era stata innescata dalla presenza di tracce di ossigeno. Per arrivare al primo processo industriale riproducibile si dovrà attendere il 1935, quando il chimico Michael Perrin mise a punto il primo processo di sintesi del polietilene a bassa densità (LDPE).

Oggi il polietilene è prodotto attraverso l’uso di diversi sistemi catalitici che consentono di lavorare a basse pressioni e temperature. L’uso di catalizzatori consente, inoltre, di pilotare al meglio la sintesi ottenendo polimeri con proprietà specifiche e facilmente ingegnerizzabili. Questo offre la possibilità di ottenere un’ampia gamma di materie plastiche utili per quasi ogni tipo di applicazione. Il polietilene si trova in tre diverse forme:

-        Polietilene ad altissimo peso molecolare (UHMWPE): si tratta di un materiale polimerico costituito da catene lunghissime e non ramificate. Viene utilizzato per la costruzione di giubbotti antiproiettile e protesi

-        Polietilene ad alta densità (HDPE o PEAD): costituito da catene lunghe e poco ramificate. Si caratterizza per un'elevata resistenza meccanica. Per questo trova ampia applicazione nel settore idraulico dove viene utilizzato per la costruzione di sistemi di tubazioni interrati che possono lavorare anche ad elevate pressioni e in un ampio intervallo di temperature

-        Polietilene a bassa densità (LDPE): materiale molto più ramificato rispetto all’HDPE. Viene solitamente utilizzato per la produzione di sistemi di imballaggio morbidi come sacchetti, contenitori, schiume, ecc.

Tra questi il materiale più utilizzato nel settore idraulico e convogliamento fluidi è indubbiamente l’HDPE o PEAD. La sua ottima inerzia chimica lo rende il materiale ideale per il trasporto di acque potabili in quanto per la sua elevata stabilità non tende a rilasciare sostanze tossiche e quindi a contaminare l'acqua che trasporta.

L'elevata versatilità applicativa del PE consente al materiale di essere applicato al trasporto di gas, come per esempio il gas per il riscaldamento residenziale. Inoltre, il PE, tra tutti i materiali termoplastici, è quello che presenta un'interessante idoneità al trasporto dell'idrogeno, vettore energetico particolarmente attenzionato. 

L'elevato coefficiente di dilatazione è prova del fatto che sia un materiale capace di adattarsi alle condizioni ambientali in cui viene impiegato e quindi adattabile a condizioni climatiche particolari, dalle basse alle medio-alte temperature. Questo permette al materiale una buona resistenza agli agenti atmosferici consente di utilizzarlo in installazioni all'aperto. Per questo le tubazioni in HDPE trovano ampia applicazione in campo agricolo dove sono utilizzate per la costruzione degli impianti di irrigazione

La straordinaria duttilità di questo materiale ha consentito di impiegarlo in un ventaglio ampissimo di applicazioni. Le sue caratteristiche lo rendono ideale per la progettazione e la messa in opera di impianti di distribuzione dell'acqua in tutti gli ambiti. La continua ricerca permetterà in futuro di ingegnerizzare ulteriormente questo materiale trovando nuove e diverse applicazioni, considerando anche la riciclabilità del materiale.