Технология получения полиэтилена

По электрическим свойствам  ПЭ, как неполярный полимер, относится  к высококачественным высокочастотным  диэлектрикам, диэлектрическая проницаемость  и тангенс угла диэлектрических  потерь мало изменяются с изменением частоты электрического поля, температуры в пределах от минус 80°С до 100°С и влажности. Однако остатки катализатора в ПЭВП повышают тангенс угла диэлектрических потерь, особенно при изменении температуры, что приводит к некоторому ухудшению изоляционных свойств.

Легкий эластичный кристаллизующийся материал с теплостойкостью отдельных марок до 110 0С. Допускает охлаждение до -80 0С. Температура плавления марок: 120–135 0С. Температура стеклования: ок. -20 0С. Дает блестящую поверхность.

Характеризуется хорошей ударной  прочностью и большей теплостойкостью по сравнению с LDPE⁸.

Свойства сильно зависят от плотности  материала. Увеличение плотности приводит к повышению прочности, жесткости, твердости, химической стойкости. В  то же время при увеличении плотности  снижается ударопрочность при низких температурах, удлинение при разрыве, проницаемость для газов и паров.

Наблюдается высокая ползучесть при  длительном нагружении. Имеет очень  высокую химическую стойкость (больше, чем у LDPE). Обладает отличными диэлектрическими характеристиками. Биологически инертен. Легко перерабатывается.

В Таблицах 3-4 представлены характеристики марочного ассортимента (минимальные и максимальные значения для промышленных марок).

Таблица 3

Характеристики марочного ассортимента полиэтилена высокой плотности⁹

Показатели (23 0С)	Значения для  ненаполненных марок
Плотность	0,94–0,97 г./см3
Теплостойкость по Вика (в жидкой среде, 50 0С/ч, 50Н)	18–32 МПа
Предел текучести при  растяжении (50 мм/мин)	10–19 МПа
Модуль упругости при  растяжении (1 мм/мин)	610–1600 МПа
Относительное удлинение  при растяжении (50 мм/мин)	600–700%
Ударная вязкость по Шарпи (образец с надрезом)	2-NB кДж/м2
Твердость при вдавливании  шарика (358 Н, 30с)	38–59 МПа
Удельное поверхностное  электрическое сопротивление	10^14–10^15 Ом
Водопоглощение (24 ч, влажность 50%)	0,1%

 

Таблица 4

Характеристики марочного ассортимента (минимальные и максимальные значения для промышленных марок) полиэтилена низкой плотности

Показатели (23 0С)	Значения для  ненаполненных марок
Плотность	0,91–0,925 г./см3
Предел текучести при растяжении (50 мм/мин)	8–13 МПа
Модуль упругости при  растяжении (1 мм/мин)	118–350 МПа
Относительное удлинение  при растяжении (50 мм/мин)	100–150%
Ударная вязкость по Шарпи (образец с надрезом)	NB
Удельное поверхностное  электрическое сопротивление	1014–1015 Ом
Водопоглощение (24 ч, влажность 50%)	0,01%

 

Химические свойства полиэтилена  заключаются в следующем. У полиэтилена низкая  газо- и паропроницаемость. От его плотности и молекулярной массы зависит и химическая устойчивость. Полиэтилен  не вступает в реакции с насыщенными соляной и плавиковой кислотами, со щелочами разной концентрации, и с растворами любых солей. Полиэтилен устойчив к воде, алкоголю, овощным сокам, бензину, кислотам, маслу, растворителям и щелокам. Он разрушается лишь 50% раствором азотной кислоты, так же газообразными и жидкими хлором и фтором. Через него могут просачиваться йод и бром. В органических растворителях полиэтилен не растворяется, происходит лишь незначительное набухание.

Физические свойства: материал полиэтилен эластичный, в зависимости от плотности, бывает мягкий и жесткий. Ударостойкий, устойчив при очень низких температурах (до -70˚С), с отличными диэлектрическими свойствами, физиологически нейтральный, без запаха, с небольшой поглотительной способностью.

Полиэтилен высокой плотности (0,941 – 0,96 г/см³) — высокая кристалличность, твердый, очень жесткий; полиэтилен низкой плотности (0,92 – 0,94 г/см³) – низкая кристалличность, мягкий.

Эксплуатационные свойства: материал имеет стойкость к нагреванию в атмосфере инертного газа и вакууме; разрушается при температуре, превышающей +80˚С. Подвергается фотостарению при прямом воздействии УФ лучей и солнечной радиации, для устранения этого, в качестве светорегулятора используются производные бензофенонов и сажа. Непосредственно из полиэтилена в окружающую среду не выделяются вредные для человека вещества.

Существуют две модификации  полиэтилена [–CH2–CH2–]n, которые отличаются по свойствам и структуре. Обе  существующие формы происходят из этилена CH2=CH2.

Для одной из них свойственно, чтобы  мономеры были связаны между собой в линейные цепи со степенью полимеризации (СП), обычно 5000 и более, для другой формы - к основе цепи присоединены  случайным способом разветвления из 4 или 6 атомов углерода. Для производства линейных полиэтиленов, происходит полимеризация, происходящая при умеренных температурах (до 150° С) и давлениях (до 20 атм) и используются особые катализаторы¹⁰.

На физические свойства образцов линейных полиэтиленов влияют области кристалличности. Полиэтилен высокой плотности гораздо прочнее полиэтилена низкой плотности. Он очень широко применяется для выдувного и литьевого формования емкостей, предназначенных для промышленности и домашнего хозяйства. Он представляет собой прочный, жесткий и твердый термопласт.

 

4. Область применения полиэтилена

 

Полиэтилен ПНД (высокой плотности) применяется преимущественно для  выпуска тары и упаковки. За рубежом  примерно третья часть выпускаемого полимера используется для изготовления контейнеров выдувным формованием (емкости для пищевых продуктов, парфюмерно-косметических товаров, автомобильных и бытовых химикатов, топливных баков и бочек). При этом стоит отметить, что по сравнению с другими областями, опережающими темпами растет использование ПЭНД для производства упаковочных пленок. ПЭ НД находит также применение в производстве труб и деталей трубопроводов, где используются такие достоинства материала как долговечность (срок службы – 50 лет), простота стыковой сварки, дешевизна (в среднем на 30% ниже по сравнению с металлическими трубами)¹¹.

Полиэтилен высокого давления имеет обозначения: PE-LD, PEBD (французское и испанское обозначение). Легкий эластичный кристаллизующийся материал с теплостойкостью без нагрузки до 60°С (для отдельных марок до 90°С). Допускает охлаждение (различные марки в диапазоне от -45 до -120°С).

Полиэтилен низкой плотности широко применяется в производстве упаковочных  материалов и изделий, изготовляемых  методом литьевого формования, так  же  в производстве покрытий. Этот материал - очень пластичный и слегка упругий термопласт, прочный, легче формуемый и выдавливаемый, более мягкий, чем полиэтилен высокой плотности¹².

Упаковочный материал, детали к электронным  устройствам, упаковочные пленки и  игрушки, покрытие картонных молочных пакетов – это то, что делают из полиэтилена, и, естественно, это далеко не  полный список. На сегодняшний день полиэтилен является одним из важных и полезных материалов, используемых в широчайшем диапазоне мировой промышленности.

Технология переработки полиэтилена достаточно проста. Полиэтилен перерабатывается всеми способами, известными для переработки пластмасс. В переработке полиэтилена не требуется задействования  специального оборудования, которое нужно для переработки, например, ПВХ. Для окрашивания изделий из полиэтиленов, на сегодняшний день выпускается сотни марок различных красителей и пигментов, которые подходят и для остальных полиолефинов.

Путем применения экструзии получают полиэтиленовые кабели, полиэтиленовые трубы (PE63, PE80, PE100), листовой полиэтилен для упаковки и строительства, пленки самых разнообразных видов и марок,  для потребностей абсолютно всех отраслей промышленности. Разнообразный упаковочный материал из полиэтилена получают путем  термо -вакуумного формования и литья под давлением. На сегодняшний день, это самый развивающийся сегмент рынка пластиковых изделий. Для получения различного рода сосудов, тары и емкостей, полиэтилен перерабатывается ротационным и экструзионно-выдувным способами. Достаточно крупными отечественными потребителями полиэтилена являются компании, которые производят игрушки, канцелярские товары, а так же товары бытового назначения.

Специальные виды полиэтилена, такие  как вспененный полиэтилен, сшитый полиэтилен, сверхвысокомолекулярный  полиэтилен,  хлорсульфированный полиэтилен, довольно успешно применяются для создания специальных строительных материалов. Полиэтилен, сам по себе, не конструкционный материал, однако армированный полиэтилен используется именно в изделиях конструкционного назначения. Также широко распространена сварка изделий изготовленных из полиэтилена, который сваривается всеми основными способами: горячим газом, трением, контактным, присадочным прутком и т.д.¹³

Отдельным сегментом современного рынка стоит вторичная переработка  полиэтилена (рециклинг). Многие компании в мире, в том числе и в России, специализируются на приобретении отходов из полиэтилена для дальнейшей их переработки и продажи или самостоятельного применения. Чаще всего для этого используется экструдирование очищенных отходов с последующим дроблением, в результате получается вторичный гранулированный материал пригодный для изготовления изделий.

Рециклинг полиэтилена – один из емких сегментов сегодняшнего рынка. В России и во всем мире очень  много компаний, специализирующихся на продаже и использовании вторичного полиэтилена, путем покупки и переработки отходов данного материала. В данном случае применяется технология прессования очищенных отходов, дробления их с последующим получением вторичного гранулированного полиэтилена, который тоже будет пригоден для изготовления различных изделий¹⁴.

 

 

Заключение

 

Из проделанной работы можно  сделать следующие выводы.

Полиэтилен- это термопластичный  полимер этилена (этена).

Полиэтилен высокого давления получают путем полимеризации  в трубчатом  или автоклавном реакторах. Реакция идёт по радикальному механизму.

При создании полиэтилена низкого  давления, происходит газофазная полимеризация, так же полимеризация проходит, в  растворе и в суспензии по ионно-координационному механизму.

Свойства полиэтилена сильно зависят от плотности материала. Увеличение плотности приводит к повышению прочности, жесткости, твердости, химической стойкости. В то же время при увеличении плотности снижается ударопрочность при низких температурах, удлинение при разрыве, трещиностойкость, проницаемость для газов и паров. Склонен к растрескиванию при нагружении. Не отличается стабильностью размеров.

Полиэтилен обладает отличными диэлектрическими характеристиками. Имеет очень высокую химическую стойкость. Не стоек к жирам, маслам. Не стоек к УФ-излучению. Отличается повышенной радиационной стойкостью. Биологически инертен. Легко перерабатывается.

Для создания специальных стройматериалов  используется полиэтилен специального назначения: хлорсульфированный полиэтилен, сверхвысокомолекулярный полиэтилен, сшитый полиэтилен и вспененный полиэтилен. Армированный полиэтилен используется как конструкционный материал, хотя в своем «обычном» виде таковым не является. Полиэтилен отлично поддается сварке, любым из ее способов: горячим газом, трением, присадочным прутком и контактным способом.

Выбор технологического процесса переработки (экструзия, литье, выдув и т.д.), в  первую очередь, определяется необходимостью получения марочного ассортимента с определенными свойствами.

Экструзия применяется для получения полиэтиленовых труб, полиэтиленовых кабелей, пленки, листового полиэтилена для строительства и упаковки, а также самых разнообразных полиэтиленовых пленок для нужд любых отраслей промышленности.

Термо-вакуумное формование и литье  под давлением применяется для получения разнообразных упаковочных материалов. Упаковка из полиэтилена сегодня – это быстро развивающийся сегмент рынка изделий из пластика.

Ротационный и экструзионно-выдувной способы переработки полиэтилена  применяются для получения разного  рода тары, емкостей и сосудов.

Итак, полиэтилен применяется для  производства:

• пленок (упаковочных, сельскохозяйственных, стретч, термоусадочных)
• труб (водопроводных, газовых, ненапорных, напорных)
• емкостей (канистр, цистерн, бутылей)
• волокон
• стройматериалов
• санитарно-технических изделий
• протезов внутренних органов
• предметов домашнего обихода
• изоляции электрических кабелей
• деталей автомашин и различной техники
• пенополиэтилена