Що таке поліетилен?

  1. Історія і виробництво поліетилену
  2. Фізико-хімічні властивості поліетилену

10.09.2013

Рейтинг: 4.1 / 5 з 29

Поліетилен (ПЕ) [-CH2-CH2-] n - органічна сполука. Молекула ПЕ являє собою довгий ланцюг з атомів вуглецю, до кожного з яких приєднано по два атома водню.

Молекула ПЕ являє собою довгий ланцюг з атомів вуглецю, до кожного з яких приєднано по два атома водню

Нерідко помилково поліетилен називають целофаном. Це абсолютно різні матеріали, хоча зовні вони дуже схожі. Целофан - речовина, сировиною для якого служить перероблена целюлоза. Завдяки натуральному складу він швидше розкладається в природі і має властивість влагопроницаемости. Виробництво целофану занадто багато роботи і затратно, тому поліетилен потроху витісняє целофан з харчової та інших галузей економіки поряд своїх переваг.

До властивостей поліетилену відносяться:

  • слабка волого і паропроникність;
  • прозорість;
  • гнучкість, розтяжність,
  • еластичність в інтервалі від -70 до +100 ° С;
  • легка переробка усіма придатними для термопластів методами;
  • не проводить електрику;
  • низький ступінь адгезії;
  • відсутність реакції з водою, лугами і розчинами солей;
  • хороша зварюваність;
  • невелику питому вагу (легше води).

Це з'єднання існує в двох модифікаціях, різних за структурою, властивостями та методу виготовлення. Залежно від останнього утворюються макромолекули поліетилену різного ступеня розгалуження і щільності. Поліетилен поділяють на дві основні групи:

  • Поліетилен низької щільності (ПЕНЩ, low density polyethylene - LDPE) - матеріал з сильно розгалуженою макромолекулою і низькою щільністю (0,916-0,935 г / см3). Розгалуження з 4-6 вуглецевих атомів приєднані до основного ланцюга випадковим способом. Процес отримання такого поліетилену протікає при тиску від 100 до 300 МПа і температурі 100-300 ° С. Через це дана речовина позначають як поліетилен високого тиску (ПЕВТ).
  • Поліетилен високої щільності (ПЕВЩ, high density polyethylene - HDPE) - матеріал з лінійної макромолекулою і відносно високою щільністю (0,960 г / см3). Його отримують шляхом полімеризації зі спеціальними катализаторную системами при помірній температурі (до 150 ° С) і тиску не більше 2 МПа. З цієї причини ПЕВП називають поліетиленом низького тиску (ПЕНД).

З цієї причини ПЕВП називають поліетиленом низького тиску (ПЕНД)

HDPE міцніше LDPE. Це дуже твердий, міцний, твердий термопласт, застосовуваний для литого або видувного формування. Ємності, які виробляють такими способами, широко використовуються в домашньому господарстві і промисловості.

Історія і виробництво поліетилену

Сировиною для виробництва поліетилену є газ етен (етилен).

Винахідником ПЕ вважають німецького вченого Ганса фон Пехманна, який під час дослідів виявив на дні пробірки осад, що нагадує віск. Відкриття було скоєно в кінці XIX століття, але не заслужило загального визнання.

Промислове виробництво поліетилену почалося в Англії в 1933 році. Спочатку матеріал отримували при 180 ° С, тиску до 152 МПа і використанні кисню як ініціатора процедури полімеризації. До 1950-х років з матеріалу створювали телефонні кабелі, а пізніше він знайшов застосування в харчовій промисловості, у ролі упаковки.

Даний період часу ознаменувався відкриттям професором Циглером (Ziegler) каталізаторів ( "прискорювачів"), що дозволили проводити полімеризацію етилену при атмосферних тисках і температурах. У ці ж роки в США компаніями Phillips Petroleum і Standard Oil були розроблені інші методи створення поліетилену в умовах низького тиску. Ці відкриття були важливі тому, що одержувані продукти суттєво відрізнялися від звичайного ПЕ.

У Циглера прискорював хімічну реакцію тетрахлорид титану, у Phillips - частково відновлений оксид хрому, нанесений на алюмосилікат, а у Standard Oil of Indiana застосований оксид нікелю на активованому вугіллі. Використовувані принципи можна розглянути, звертаючись до процесу Циглера:

  1. каталітична система суспендованих (зважена) в рідкому вуглеводні;
  2. через суспензію пропускається газоподібний етилен;
  3. встановлюється тиск, близьке до атмосферного, температура: 50-75 ° С;
  4. продукт випадає у вигляді зернистого порошку;
  5. утворилося речовина перемішують, поки в'язкість його не стане такою, щоб перешкоджати ефективному диспергированию (подрібнення твердих тіл / рідин);
  6. стадія дезактивації, розкладання, видалення каталізатора;
  7. регенерація розчинника;
  8. сушка, екструзія, грануляція полімеру.

Залишки "прискорювача" можуть вплинути на електричні властивості матеріалу, тому стадія їх ефективного видалення має велике значення. Для цього використовують різні способи:

- Пропущення сухого хлориду водню і утворення розчинної в спирті комплексного з'єднання з титаном. Після попередньої відмивання спиртом полімер ретельно промивають водою. Отриману в результаті суспензію фільтрують і центрифугують, а потім сушать.

- Використання більш високих температур ( '100475 ° С) і тисків (2750-3450 кН / м2). Як розчинник використовують циклогексан при температурах розчинення ПЕ, видаляючи приблизно 100% розчину. Каталізатор прибирають за допомогою центрифугування, а полімер отримують після охолодження, гранулювання і сушіння.

У 1960-і роки фірма Union Carbide Corp. створила газофазний процес виробництва ПЕВП, використовуючи спеціально створену каталітичну систему. Етилен, водень, каталізатор і сомономером (якщо він застосовується) подають безперервно в газофазний реактор, де йде полімеризація при 1960 кН / м2 і 85-100 ° С. З реактора субстанцію вивантажують в резервуар для очищення, згодом направляючи її через Газозапірна вентиль в силоси - сховища. З силосів продукт відбирають для змішування і грануляції. При газофазной полімеризації не використовується розчинник, тому його не потрібно відокремлювати від високомолекулярного з'єднання або регенерувати. Видалення залишків каталізатора теж не потрібно, так як ефективність його дуже висока.

Виробництво поліетилену при низькому тиску не вимагає складного технічного оснащення. У цьому полягає його основна перевага. Однак етапи створення ПЕ при високому тиску не потребують синтезі каталізатора, очищення полімеру від його залишків, регенерації розчинників. Вибір конкретного методу роблять, враховуючи конкретні умови: існуючі системи газоразделенія / газоочистки, вимоги до готового матеріалу та інші.

Фізико-хімічні властивості поліетилену

Плівка з поліетилену високої щільності (HDPE) міцніше і прозоріше плівки LDPE, формовані деталі можуть мати менший перетин, труби і волокна мають більшу міцність.

Область його застосування звужує висока проникність матеріалу для кисню, двоокису вуглецю, ароматичних речовин, а також проблема розтріскування при контакті з певними середовищами (розчинами змочують речовин).

Різні властивості HDPE в порівнянні з LDPE обумовлені його високою щільністю. При однаковій товщині вироби з HDPE жорсткіше, а їх поверхня твердіше. Температура плавлення на 20 ° С вище, що дає можливість виготовлення упаковок з більш високою теплостійкістю (короткочасно до 100 ° С).

Поліетилен вдало поєднує:

  • хімічну стійкість;
  • механічну міцність;
  • морозостійкість;
  • хороші діелектричні властивості;
  • стійкість до радіоактивних випромінювань;
  • низькі газопроникність і вологопоглинання;
  • легкість і нешкідливість.

ПЕНД переробляється практично всіма базовими способами, використовуваними при роботі з термопластами - екструзія , Видув, лиття під тиском, ротоформованіе (ротаційне формування).