Polyéthylène

Les premières traces documentées de synthèse de polyéthylène remontent à 1898 par le chimiste allemand Hans Von Pechmann à partir de daizométhane, sans pouvoir reproduire les conditions de synthèse originelles. En mars 1933, deux chimistes Eric Fawcett et Reginald Gibson des laboratoires anglais de l'ICI, Imperial Chemical Industries, réalisent une expérience nocturne avec du gaz éthylène à très haute pression, découvrant une couche cireuse au fond de l'autoclave. En 1936, Michael Willcox Perrin a breveté la synthèse du polyéthylène et en 1939, la première production industrielle de ce que nous pouvons facilement identifier dans l'acronyme LDPE (Low Density Polyéthylène) a commencé. Les premiers essais ont montré ses propriétés exceptionnelles d'isolant et il a été immédiatement utilisé comme substitut de la gutta-percha pour l'isolation des câbles électriques des sous-marins. Pendant la Seconde Guerre mondiale, le polyéthylène est devenu un matériau "top secret" car ses propriétés efficaces de blindage haute fréquence ont été découvertes qui, combinées à sa légèreté, en ont fait le produit indispensable pour l'utilisation des radars sur les avions dont ils avaient vraiment besoin. ces deux caractéristiques.

En 1951, deux chimistes John P. Hogan et Robert L. Banks de la Phillips Petroleum Company avec l'utilisation de catalyseurs spécifiques ont réussi à produire un polyéthylène beaucoup plus résistant que le HDPE (polyéthylène haute densité, polyéthylène haute densité). La catalyse de type Phillips était inhomogène avec de grandes quantités de polyéthylène produites avec des caractéristiques incohérentes et hors spécifications. En 1954, le chimiste allemand Karl Ziegler, directeur de l'Institut Max Planck de Mülheim en Allemagne, lors d'une de ses expériences avec l'éthylène, en raison d'un nettoyage incorrect du réacteur laissé sale avec des sels de nickel, a synthétisé un dimère d'éthylène ; cet incident l'a conduit à une analyse systématique de tous les sels métalliques, trouvant ainsi la combinaison qui permettait de produire un polyéthylène à structure linéaire régulière à haut poids moléculaire et à caractéristiques constantes production après production. En 1980, avec les progrès de la technologie des catalyseurs, un polyéthylène linéaire basse densité (LLDPE Low Linear Density Polyéthylène) a été développé, intermédiaire entre le HDPE et le LDPE.

Le polyéthylène qu'il soit LDPE, LLDPE ou HDPE se présente sous forme semi-cristalline avec un pourcentage pouvant varier de 40 à 80% selon le grade de polyéthylène.

Le monomère de base, c'est-à-dire l'unité qui se répète sur toute la longueur de la chaîne, est le même pour tous les types de polyéthylène. Ce qui distingue structurellement le LDPE, le LLDPE et le HDPE est la quantité et le type de ramification, comme on peut le voir dans la représentation schématique ci-dessous.

Comme on peut le voir d'après le nom, la densité est le maître de la distinction entre les catégories macro. Cette propriété intensive dans les polymères semi-cristallins est fonction de la cristallinité, c'est-à-dire la fraction de polymère capable de s'ordonner de manière régulière occupant le moins de volume possible. A l'inverse, la partie amorphe est due à l'introduction de ramifications dans la chaîne principale, comme le montre l'image ci-dessus, qui empêchent la bonne organisation du polymère en cristaux et, par conséquent, impliquent une baisse de la densité. La structure cristalline contrôle de nombreuses propriétés du polymère, comme par exemple les propriétés optiques, le point de fusion et de ramollissement, le module d'élasticité, la limite d'élasticité, etc. Les différences les plus frappantes entre le LDPE, le LLDPE et le HDPE sont celles relatives aux propriétés mécaniques. Il s'avère que le HDPE est toujours plus résistant à la traction et à la flexion, il est plus dur et opaque que le LLDPE qui, à son tour, est plus performant que le LDPE. Les températures de fusion plus élevées du HDPE le rendent plus adapté aux applications à proximité de sources de chaleur. Même les propriétés pare-gaz et pare-vapeur suivent la même tendance que les propriétés mécaniques : le meilleur reste le HDPE suivi du LLDPE et enfin du LDPE.

Les deux polymères peuvent avoir la même densité et le même point de fusion mais le LLDPE présente de meilleures caractéristiques mécaniques, cela est dû à la présence, dans le LLDPE, de petites ramifications (maximum de 6 unités) à partir de la macromolécule principale qui, étant linéaires, justifient l'équivalence de valeur de densité avec des propriétés mécaniques plus élevées. En ce qui concerne la résistance aux agents atmosphériques, les trois familles étudiées sont endommagées par les rayons ultraviolets avec une détérioration des caractéristiques physiques. La résistance aux attaques chimiques du LLDPE et du HDPE est meilleure que celle du LDPE. Le LDPE est quant à lui le moins cher de tous les polyéthylènes.