Что такое полиэтилен способ получения

Виды и свойства полиэтилена

Полиэтиленовые пакеты знают все. В них упаковывают конфеты, фрукты, рыбу, бытовые товары. Но мало кто задумывается о том, из чего их получают. Познакомимся с пакетами поближе.

Характеристика полиэтилена

Полиэтилен – полимер этилена. Органическое соединение, имеющее формулу:—CH2—CH2—CH2—CH2—. Связь между атомами углерода – ковалентная.

Свойства полиэтилена

Полиэтилен представляет собой массу белого цвета. Тонкие листы полиэтилена бесцветные или прозрачные.

Обладает следующими свойствами:

• Не проводит электрический ток.
• Не подвергается изменению формы при ударе – амортизирует.
• Размягчается при нагревании свыше 800С.
• Имеет низкую адгезию.
• Не реагирует с водой, она просто с него стекает.
• Не вступает в химическую реакцию со щелочами, кислотами, солями.
• Подвергается химическому разрушению – 50% азотной кислотой, а также галогенами – хлором и фтором.

Но данный минус может быть переведен в плюс: возможно использование данной реакции для утилизации полимера, получения новых соединений.

Мономер этилен подвергают полимеризации двумя способами, в зависимости от способа получения выделяют полиэтилен высокого (ПЭВД) и низкого (ПЭНД) давления.

• ПВД – полиэтилен низкой плотности.
• ПНД – полиэтилен высокой плотности.

Также среди собратьев выделяют класс линейного полиэтилена.

Полиэтилен высокого давления

Молекулярный вес 80000-500000. Полученный материал легкий, теплостойкий, переносит охлаждение до -1200С.

Свойства находятся в зависимости от плотности. Чем выше плотность, тем выше прочность, жесткость, твердость, стойкость к действию химических реагентов.

Полиэтилен низкого давления

• Теплостойкость до 1100С.
• Переносимое охлаждение до – 800С.
• Имеет глянцевую, блестящую поверхность.
• Характеризуется ударопрочностью, высокими диэлектрическими показателями.

Свойства также определяются плотностью. Повышение прочности приводит к увеличению жесткости, химической стойкостью, но при этом уменьшается ударопрочность при низких температурах, проницаемость для газов. Материал инертен к биопоражению. Но с легкостью подвергается переработке.

Виды полиэтилена

Полиэтилен нашел широкое применение у потребителей. Растущий к материалу интерес был двигателем науки, создавались все новые и новые материалы, обладающие новыми свойствами. В настоящее время можно выделить четыре основные группы полиэтилена. Способ получения, определяет свойства, которыми награжден материал, ну а свойства, определяют область использования.

Четыре основных вида полиэтилена:

1. Линейный полиэтилен высокого давления, обозначающийся аббревиатурой ЛПВД.
2. Полиэтилен высокого давления, обозначающийся аббревиатурой ПВД.
3. Полиэтилен среднего давления, обозначающийся аббревиатурой ПСД.
4. Полиэтилен низкого давления, обозначающийся аббревиатурой ПНД.

Следует отметить, что полиэтилен среднего и низкого давления, это достаточно условное разделение, так как получаемый материал имеет одинаковую плотность и молекулярную массу, и схожие условия синтеза.

Существует дополнительная классификация полиэтилена, так сказать более специфическая. Данные материалы применяют для строительных, медицинских нужд.

• Сшитый полиэтилен, имеющий обозначение РЕХ.
• Вспененный полиэтилен, имеющий обозначение ПП.
• Свервысокмолекулярный полиэтилен, имеющий обозначение СВМП.
• Хлорсульфированный полиэтилен, имеющий обозначение ХСП.

Получение полиэтилена

Основным сырьем для получения служит чистый этилен. Определены две основные химические технологии получения полиэтилена:

• радикальная полимеризация, которая протекает в газовой фазе;
• координационно-ионая полимеризация, которая осуществляется в жидкой среде бензина.

По данным технологиям получают два вида материала:

• первое — это полиэтилен высокого давления;
• второе – это полиэтилен низкого давления.

Полиэтилен высокого давления

Синтезируется при давлении 150-300 МПа, температуре 200-2600С, в присутствии кислородсодержащего катализатора – кислород, перекись водорода.

Технология получения протекает через образование промежуточного соединения с последующим его распадом.

Радикалы, которые образуются, являются основоположниками полимеризации мономера.

nСН2 =» СН2 (-СН2-СН2-)n.

Технологию получения можно представить следующими стадиями:

• Смешение исходного сырья с возвратным газом и «товарищем» кислородом.
• Сжатие газовой смеси, протекающее в две стадии.
• Этап полимеризации исходного сырья.
• Разделения продукта и непрореагировавшего сырья.
• Перевод жидкого продукта в гранулы.

Полиэтилен низкого давления

Название говорит само за себя. В технологии получения используют низкое давление. Исходным сырьем является также мономер – этилен.

По способу получения разделяют:

• Полимеризацию, протекающую в суспензии.
• Полимеризацию, протекающую в растворе, чаще всего жидкой средой служит гексан.
• Полимеризация в газовой среде.

Реакции, протекающие в жидкой фазе, нашли более широкое применение, нежели в газовой.

Процесс в жидкой среде протекает при высокой температуре до 25000 С. При этом установленном давлении, находящемся в диапазон 3,4-5,3 МПа.

Контакт с катализатором недолгий и составляет всего 10-15 минут.

Из реакционной смеси продукт выделяют удалением растворителя. Этот процесс протекает в испарителе, затем смесь передается в сепаратор, а из него в вакуумную камеру, где происходит уже грануляция. Полученный твердый продукт пропаривают водяным паром.

Применение полиэтилен

Полиэтилен очень широко распространен в нашей жизни.

Полиэтиленовая пленка применяется для упаковки продуктов товаров, пузырчатая пленка используется в перевозке хрупких материалов. В сельском хозяйстве полипропиленовыми пленками укрывают парники, для повышения температуры внутри них и сохранении тепла – это повышает урожайность.

Из полиэтилена производят различную тару – это и бутылки, ящики, канистры под различные, в том числе агрессивные жидкости, опять-таки для сельского хозяйства производят лейки и горшки для выращивания рассады.

В строительной сфере из полиэтилена производят канализационные, дренажные трубы, трубы газового и водоснабжения.

Из полиэтиленного порошка изготавливают термоклей.

Что может показаться удивительным, но также полиэтилен идет на производство бронежилетов, корпусов судоходных плавательных средств, двигателей некоторой технической аппаратуры.

Вспененный полиэтилен применяется в качестве теплоизолятора.

А полиэтилен высокого давления идет на строительство накопителей твердых и жидких отходов, опасных для окружающего мира.

Сверхвысокомолекулярный полиэтилен – это индивидум, но он специфичен. Не имеет низкомолекулярных добавок, характеризуется высокой линейностью, большой молекулярной массой. Применяется в медицинской области для замены хрящевой ткани суставов. Сфера применения, несмотря на выгодно отличающие его свойства, не очень велика. Так как этот полимер плохо поддается переработке.

Экология и вторичное использование

Удобство использования полиэтилена омрачено сложностью утилизации. Поэтому во многих странах уже ввели ограничение на выпуск, продажу и применение полиэтиленовых пакетов.

Переработка материала проводится известными для пластика способами: литье под давлением, экструзией.

Также возможно проводить сжигание, но при этом в атмосферу выделается огромное количество продуктов горения.

Новая жизнь полиэтилену дается следующим способом: исходный мусор отмывают, измельчают, отделяют от влаги и мусора в центрифуге, вновь промывают, отправляют в сушильную камеру – на выходе получают вторичное сырье, которое пригодно для нового использования. Так методом экструдирования из него производят трубы, второсортную пленку.

Стоит отметить, что природа пытается сама спасти себя от пагубного действия полиэтилена. Выведены плесневые грибы, которые способны за три месяца «слопать» полиэтилен, который был «приготовлен» для них – обработкой азотной кислотой.

Наша планета создала все условия, для проживания человека, мы должны пользоваться ее дарами с уважением и беречь природу. Разделить отходы по разным мусорным корзинам – это простое, но очень полезное действие, которое спасает нашу Землю и позволяет получать новые полезные материалы.

Источник

Что такое полиэтилен и в чем отличия его основных видов, особенности получения и применения

Оглавление

Полиэтилен – это самый часто встречающийся в мире полимер, и его популярность объясняется большим перечнем физико-эксплуатационных характеристик и массой практичных бытовых и промышленных свойств. А меняя показатель давления, применяемого для получения того или иного вида полиэтилена, параметры этого полимера можно варьировать в широком спектре.

Что такое полиэтилен?

Полиэтилен (ПЭ, PE) – полимер, который добывается путем термополимеризации этилена, в свою очередь получаемого из газа и нефти путем химического реагирования. В быту полиэтиленом называют пластмассу практически в любом ее виде. Этот синтетический полимер в наиболее потребляемых его видах производится передовыми компаниями, специализирующимися на добыче нефти и газа. В частности, в России его синтезируют на заводах «Роснефть», «Газпром», «Лукойл», «Нижнекамскнефтехим». Серийные марки ПЭ производят в виде микрогранул не более 2-5 мм, однако, есть разновидность этого полимера, поступающая в промышленный обиход в виде порошка. Сырьем для выработки полиэтилена служит бесцветный газ этилен, его особенность – характерный сладковатый запах.

Этилен может растворяться в этаноле и в воде при некоторых условиях, а для синтезирования полиэтилена применяют только газ, прошедший глубокую очистку – до 99,8%. Посторонние примеси препятствуют нормальному течению реакции синтеза, а материал может поменять свой окрас.

Как появился полиэтилен

Полиэтилен известен уже более века. Его изобретателем признан инженер Ганс фон Пехманн, который сделал свое открытие в 1899 году в Германии. Однако в те годы полезное изобретение не было воспринято «на ура», ему долгое время не могли найти применения. Лишь в конце 1920-х годов синтез ПЭ был налажен. Но сначала это не был полиэтилен в привычном для современности понимании: первоначально проводился синтез низкомолекулярного парафинового вещества – олигомера полиэтилена. Только в 1936 году им удалось разработать меры для успешного синтеза ПЭ низкой плотности и получить на него патент. И в 1938 году было запущено синтезирование промышленного ПЭ, сферой применения которого на начальном этапе стало производство проводов для телефонов, а чуть позже – выпуск упаковки для продовольственных товаров.

Формула полиэтилена

ПЭ является органическим веществом, имеющим длинные «тела» молекул. Химический состав молекулы этого полимера имеет простой вид и визуализируется как цепочка из атомов углерода, к каждому из которых прикреплены по две молекулы водорода. Формула полиэтилена может быть записана как

где n – степень полимеризации.

Полиэтилен синтезируется в двух вариантах, получаемых из СН2=СН2, отличных по структуре, а значит, и по свойствам. В одной из модификаций мономеры связываются в линейные цепи с показателем полимеризации выше 5000. В другой – ответвления из 4-6 атомов углерода крепятся к цепи хаотично. Для синтеза линейных полиэтиленов используются специальные катализаторы, выработка происходит при температурном режиме до 150°С и давлении до 20 атмосфер.

Получение полиэтилена

Принцип построения макромолекул полиэтилена – линейный, они также имеют некоторое число боковых ответвлений. Способ полимеризации материала отражается на свойствах, которыми будет обладать готовый ПЭ. Его получение возможно в двух химических концепциях:

• С помощью радикальной полимеризации этилена в газовой среде – так получают ПВД – это полиэтилен высокого давления. Синтезируется в автоклаве под окисляющим воздействием О2 или пероксидов. Сила давления – 25МПа, показатель температуры обычно не превышает 70°С. Используется двухступенчатый ректор: в первой стадии смесь сильнее разогревают, а во второй – полимеризуют при ужесточенных показателях – температуре до 300°С и давлении до 250 МПа.
• Путем ионной термополимеризации этилена в гексановом растворе – так синтезируется полиэтилен сниженного давления. Раствор этилена в бензине доводят до температуры 180-250°С. Показатель давления, необходимый для процесса – 3,4-5,3 МПа, катализатор воздействует на смесь в течение 15 минут. Степень готовности полиэтилена определяют по испарению растворителя.

Общий процесс выработки ПЭ можно охарактеризовать такими основными технологическими фазами:

• соединение этилена с газовой средой и кислородом;
• сжатие газово-этиленовой субстанции в двух стадиях;
• собственно, полимеризация массы;
• отделение непосредственно ПЭ от этилена, не вступившего в реакцию;
• гранулирование продукта.

Виды полиэтилена

Полиэтилен низкого давления – он же полиэтилен высокой плотности (ПЭВП). Для этого вида полиэтилена характерно малое число молекулярных ветвей, производят его при сниженном уровне давления, применяя суспензионный, растворный и газофазный техпроцессы полимеризации. ПЭНД обычно получается бесцветным и может отгружаться в любой подходящей таре – от мешков до цистерн. Используется для изготовления канистр, контейнеров для растворителей и мусора, отличается повышенной прочностью (к примеру, пакет из ПЭНД может выдержать до 20 кг).

Полиэтилен высокого давления (низкой плотности) ПЭВД или ПЭНП. Производится при повышенном давлении, а особенность его структуры – в сочетании продольных и укороченных ответвлений, которым богата формула ПЭВД. Производят его чаще всего в форме бесцветных гранул. Самая известная сфера применения этого вида полиэтилена – выработка оберточного материала, производство пластиковых пакетов и емкостей.
И хотя основными используемыми в промышленности видами полиэтилена являются ПЭНД и ПЭВД, есть другие формы производства этого полимера.

Линейный полиэтилен – это низкоплотный ПЭ с большим числом коротких ответвлений в молекулярной цепи. При растяжении и разрыве имеет максимальные значения прочности и растяжения. Плавится линейный ПЭ при повышенном температурном показателе, что делает его идеальным сырьем для упаковки под горячие продукты. Многочисленные боковые укороченные ветви, которыми характеризуется структура его молекул, делает особенно высокой эластичность расплава, и это свойство используют для произведения тонкой пленки. По сравнению с другими видами ПЭ наименее прозрачен, бывает разных уровней плотности.

Пенополиэтилен – материал с пористой структурой, что делает его хорошим вариантом средства для гидро- и теплоизоляции. В качестве материла для изоляции, вспененный полиэтилен производят в виде гибких листов или жгутов.

Сшитый полиэтилен – ПЭ, молекулы которого сшиты поперек, и за счет этих поперечных связей звенья его молекул образуют трехмерную сеть. Эта особенность наделяет ПЭ жесткостью и термоустойчивостью.

Свойства полиэтилена

Химические свойства

ПЭ практически газонепроницаем, а его химическая устойчивость зависит от плотности полиэтилена. Он инертен ко всем солевым растворам и концентратам, растворителям и отдельным сильным кислотам, маслам и смазывающим веществам, не взаимодействует с органическими растворителями. Но при показателе выше 60°С полиэтилен поддается воздействию азотной и серной кислот в концентрации 50%, не устойчив к хлору и брому.

Физические свойства

ПЭ – материал достаточной жесткости, эластичный, морозоустойчивый (выдерживает температуру до -70°С), гибкий. Обладает высокой вязкостью, диэлектрик, не увлажняется жидкостями. Полиэтилен – нейтральное вещество, бесцветное, но непрозрачное в толстом слое, не имеющее запаха и вкуса. Температура плавления полиэтилена в среднем 105-115°С, но точный показатель колеблется в зависимости от вида ПЭ.

Наименование физических характеристик	Средние показатели ПЭ
Плотность, г/см3	0,955 — 0960
Напряжение при растяжении, МПа	22 — 23
Температурная амплитуда применения	от -50°С до 80°С
Удлинение при разрыве, %	300-600
Ударная вязкость, кДж/м2	12
Теплопроводность, В/(м·°С)	44·10-2
Теплоемкость при 20-25 °С, Дж/кг·°С	1880
Кристаллизация при температуре	от -60 °С ­до -369 °С

Эксплуатационные характеристики

При температуре выше 80°С полиэтилен начинает разрушаться. Без добавления спецдобавок и стабилизаторов материал абсолютно неустойчив к УФ-излучению, подвержен фотодеструкции. ПЭ не источает в окружающую среду вредные вещества, но разлагаться самостоятельно может на протяжении десятилетий. Стоит учитывать пожароопасность материала и его свойство поддерживать горение.

Физические свойства полимера и характер его эксплуатации будут разниться в зависимости от вида ПЭ.

Остановимся на самых распространенных его типах – ПЭВД и ПЭНД.

Вид полиэтилена	Мол. масса, а.е.м.	Плотность, кг/м3	Температурный показатель плавления, °С	Показатель упругости, МПа	Кристалличность	Относ. удлинение, %	Температура стеклования, °С	Показатель усадки при обработке
ПЭВД	30 тыс. – 400 тыс.	913-930	103-115	100-200	60%	100-800	-4	1,5-2%
ПЭНД	50 тыс. –1 млн	940-970	120-140	400-1250	70-90%	100-1200	120

Применение полиэтилена

Полиэтилен – самый известный и востребованный из-за своей практичности и универсальности полимер в мире. Выявлена масса способов переработки пластмассы, которые позволяют производить изделия из него.

Полиэтилен обвиняют в неэкологичности, на самом же деле этот полимер один из наиболее безопасных, неприхотливых, хорошо поддается переработке, после которой нередко используется повторно.

Рассмотрим самые распространенные формы применения полиэтилена.

• Пленка. Этот универсальный материал повсеместно используют в виде разнофактурных пленок в промышленности, на производстве, в строительных работах. Производится она с помощью экструдера из гранулированного полиэтилена, который доводят до нужной температуры, плавят, после чего формируют.
• Трубы из полиэтилена используют для выкладывания инженерных сообщений (канализация, газо- и водопроводы) и коммуникаций. Процесс их изготовления идентичен этапам производства пленки, за исключением конструкции экструдера.
• Полиэтиленовые пакеты – легкая и удобная тара, в которой потребители переносят вещи и продукты. Сегодня невозможно представить свою жизнь без прозрачных пакетов для фасовки, «маек», практичных мусорных пакетов, пакетов с логотипами супермаркетов или торговых точек.
• Упаковка. Современная тара для продуктов питания также производится преимущественно из полиэтилена – бутылки, контейнеры, пластиковые пакеты и одноразовая посуда.
• Нельзя не упомянуть о широком производстве одноразовых полиэтиленовых перчаток, которые нашли широкое применение в промышленности, медицине и быту.
• Полиэтиленовые листы, производимые из ПЭВП или ПЭНП, являются отличной альтернативой древесине и стеклу, имеют небольшой вес и высокую жесткость. ПЭ прессуется в прочные листы разной толщины с высокой термостойкостью.

Продукты из полиэтилена с каждым годом находят все больше сфер для своего применения, занимая ранее пустующие области рынка. Включая в свой производственный процесс изделия из этого полимера, многие предприятия разных отраслей промышленности существенно облегчают его, делая максимально рентабельным. Статистические данные прогнозируют и дальнейший рост популярности полиэтилена, а значит, его производство в товарных масштабах будет только расти.

Смотрите также по теме «Что такое полиэтилен и в чем отличия его основных видов, особенности получения и применения»:

Источник