Основные способы получения полиэтилена

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

Особенности технологии производства полиэтилена

Первый опыт полимеризации этилена в конце XIX века получил выходец из России – учёный Густавсон, проведя этот процесс с катализатором AlBr3. На протяжении долгих лет полиэтилен производился в небольших объемах, но в 1938 году процесс промышленного производства освоили англичане. В то время метод полимеризации был ещё не совершенен.

1952 год совершил прорыв в процессе промышленного производства полиэтилена. Немецкий химик Циглер изобрёл эффективный вариант полимеризации этилена под действием металл-органических катализаторов. Впрочем, настоящая технология производства полиэтилена основана именно на данном методе.

Сырье

Исходным материалом для получения является этен – простейший представитель ряда алкенов. Простота данного способа производства сильно зависит от наличия этилового спирта, который используется как сырьё. Современные промышленные линии для получения полимера разрабатывают с учётом их работы на нефтяных и попутных газах – легкодоступных фракций нефти.

Такие газы выделяются при пиролизе или крекинге нефтепродуктов при очень высоких температурах и содержат в себе примеси H2, CH4, C2H6 и другие газы. Попутный газ в свою очередь содержит такие компоненты как газы-парафины, поэтому при подвергании их термической обработке с высоким выходом получают этилен.

Технология производства полиэтилена высокого давления

Процесс получения ПЭ идёт по радикальному механизму. При проведении применяют разного рода инициаторы для снижения активационного порога молекулы. В качестве примера таковых можно привести перекись водорода, органические перекиси, О2, нитрилы. Радикальный механизм, в общем, не имеет отличий от обычной полимеризации:

• 1 стадия – инициирование;
• 2 стадия – увеличение цепи;
• 3 стадия – обрыв цепи.

Цепь инициируется посредством выделения свободных радикалов при термической обработке их источника. Этен реагирует с выделившимся радикалом, наделяется определённой Еакт, увеличивая тем самым число молекул мономера вокруг себя. В дальнейшем наблюдается нарастание цепи.

Технология процесса

Существует два варианта процесса полимеризации – либо полиэтилен образуется в массе, либо в суспензии. Первый получил наибольшее распространение и представляет собой совокупность процессов.

Газ этилен, являющийся смесью, а не чистым веществом, вначале проходит путь фильтрации через тканевый фильтр, задерживающий механические примеси. Далее к очищенному этену подводят инициатор в баллоне, объём которого рассчитывается исходя из условий процесса. Поправка делается на наибольший выход полимера.

После, смесь транспортируют, фильтруют и подвергают сжатию в две стадии. На выходе из реактора получают практически чистый полиэтилен с примесью этилена, от которого избавляются дросселированием смеси в приёмнике под низким давлением.

Технология производства полиэтилена низкого давления

Источниками сырья для получения данного вида полиэтилена служат чистый, без примесей этилен и катализатор – триэтилат алюминия и тетрахлорид Ti. Заменой Al(C2H5)3 может послужить как хлорид диэтилалюминия, так и дихлорид этилата алюминия. Катализатор получается в 2 стадии.

Технология процесса

Для данного процесса получения ПЭ низкого давления характерна как периодичность, так и непрерывность. От выбора технологии зависит и схема процесса, каждая их которых различна по конструкции оборудования, объёму реакторов, методу очистки полиэтилена от примесей и др.

Самая распространённая схема получения полимера включает три непрерывных стадии: полимеризация сырья, очистка продукта от остатков катализатора и его высушивание. Аппараты для катализаторной подачи выделяют в мерники пятипроцентный раствор смешанного катализатора, после чего он поступает в бак, в котором смешивается с органическим растворителем до необходимой концентрации в 0.2%. Из бака готовая смесь катализатора отводится в реактор, где поддерживается при необходимом давлении.

Этилен подводится в реактор снизу, где впоследствии перемешиваясь с катализатором, образует рабочую смесь. Для производства полиэтилена при пониженном давлении характерно загрязнение продукта остатками катализаторной смеси, которые изменяют его окраску на коричневую. Очистка основного продукта производится нагреванием смеси, в результате чего происходит разрушение катализатора, дальнейшее отделение примесей и их прямая фильтрация от полиэтилена.

Увлажнённый продукт поступает на сушку в сушильные камеры бункера, где полностью очищается на кипящем слое азота (T = 373 K). Сухой порошок высыпается из бункера на пневмолинию, где отправляется на гранулирование. На эту же линию отправляется пыль с частицами полиэтилена, оставшаяся после очистки азота.

Источник

Полиэтилен

Что такое полиэтилен

Полиэтилен (ПЭ, PE) – один из самых первых из крупнотоннажных и самый распространенный полимерный материал. Не будет преувеличением сказать, что полиэтилен известен практически всем людям и само это понятие в быту является синонимом пластмассы, как таковой. Не специалисты часто называют полиэтиленом многие материалы, которые ничего общего с ним не имеют.

ПЭ является простейшим из полиолефинов, его химическая формула (–CH2–)n, где n – степень полимеризации. Основными разновидностями ПЭ являются полиэтилен низкого давления (ПЭНД, ПНД), он же полиэтилен высокой плотности (ПВП, PEHD, HDPE) и полиэтилен высокого давления (ПЭВД, ПВД), он же полиэтилен низкой плотности (ПНП, PELD, LDPE). Далее мы рассмотрим эти и другие виды ПЭ подробнее.

Полиэтилен – синтетический полимер, его получают при помощи полимеризации этилена (химическое название – этен) по свободно-радикальному механизму. Крупнотоннажный синтез ПЭВД и ПЭНД производится практически всеми ведущими мировыми нефтяными и газовыми концернами. В России полиэтилен производится на нефтехимических заводах «Роснефти», «Лукойла», «Газпрома», СИБУРа, на «Казаньоргсинтезе» и «Нижнекамскнефтехиме». В странах бывшего СССР полимер выпускают в Белоруссии, Узбекистане, Азербайджане. Серийные марки полиэтилена выпускают в виде гранул размером 2-5 мм, однако существуют и марки в виде порошка, например так выпускают в продажу сверхвысокомолекулярный полиэтилен (СВМПЭ).

Рис.1. Полимер в гранулах

Полиэтилену уже более 100 лет. Впервые его получил инженер из Германии Ганс фон Пехманн в 1899 году, с тех пор он считается изобретателем этого полимера. Но, как часто бывает, важное открытие сразу не нашло применения. Оно пришло только к концу 1920-х годов, а в 1930-е годы производство полиэтилена было окончательно налажено, в чем сыграли большую роль инженеры Эрик Фосет и Реджинальд Гибсон. Изначально они синтезировали низкомолекулярный парафиновый продукт, который можно назвать полиэтиленовым олигомером. В итоге большой работы, в 1936 году изыскания инженеров по разработке установки высокого давления закончились получением патента на ПЭНП (ПЭВД). В 1938 году производство товарного полиэтилена стартовало. Первоначально он предназначался для производства оболочек телефонных кабелей и несколько позже – для выпуска упаковки.

Технологию производства полиэтилена высокой плотности (ПЭНД) начали разрабатывать также в 1920-х годах. Большую роль в производстве этого материала сыграл Карл Циглер – известный в среде пластмасс изобретатель катализаторов ионно-координационной полимеризации, самым важным из которых позже было присвоено имя Циглера-Натта. Окончательно процесс получения ПЭНД был полностью описан лишь в 1954 году и тогда же на нее был выдан патент. Промышленное производство нового полиэтилена с более высокими, чем ПЭВД свойствами стартовало несколько позже.

Получение полиэтилена

Опишем вкратце технологию производства обоих главных типов полиэтиленов.

ПЭВД (LDPE)

Этот полиэтилен, как понятно из названия, синтезируют при повышенном давлении. Синтез обычно проводят в реакторе трубчатого типа или автоклаве. Синтез проходит под действием окислителей – кислорода, пероксидов или и того, и другого. Этилен смешивают с инициатором полимеризации, сжимают до величины давления в 25 МПа и нагревают до 70 градусов С. Обычно реактор состоит из двух ступеней: в первой смесь еще больше разогревают, а во второй уже непосредственно проводят полимеризацию при еще более жестких условиях – температуре до 300 градусов С и давлении до 250 МПа.

Стандартное время нахождения этиленовой смеси в реакторе 70-100 секунд. За этот промежуток 18-20 процентов этилена преобразуется в полиэтилен. Затем непрореагировавший этилен отправляется на рециркуляцию, а получившийся ПЭ охлаждают до и подвергают грануляции. Полиэтиленовые гранулы вновь охлаждаются, сушатся и отправляются на упаковку. Полиэтилен низкой плотности производят в форме неокрашенных гранул.

ПЭНД (HDPE)

ПНД (ПЭ высокой плотности) производят при низком давлении в реакторе. Для синтеза применяют три основные вида техпроцесса полимеризации: суспензионный, растворный, газофазный.

Для производства ПЭ чаще всего применяют раствор этилена в гексане, который нагревают до 160-250 градусов С. Процесс проводят при давлении 3,4-5,3 МПа в течение времени контакта смеси с катализатором 10-15 минут. Готовый ПЭНД отделяют при помощи испарения растворителя. Гранулы получившегося полиэтилена проходят пропарку паром при температуре выше Т плавления ПЭ. Это нужно для перевода в водный раствор низкомолекулярных фракций ПЭ и удаления следов катализаторов. Как и ПЭВД, готовый ПЭНД обычно бывает бесцветным и отгружается в мешках по 25 кг, реже в биг-бэгах, цистернах или другой таре.

Виды полиэтилена

Помимо детально описанных в этой статье ПЭНД и ПЭВД промышленностью производятся и используются другие многочисленные типы полиэтиленов, основными группами из которых являются:

ЛПНП, LLDPE — линейный полиэтилен низкой плотности. Этот тип завоевывает всё большую популярность. По свойствам этот полиэтилен подобен ПЭВД, однако превосходит его по многим параметрам, в том числе по прочности и стойкости изделий к короблению.

mLLDPE, MPE — металлоценовый ЛПЭНП.

MDPE — ПЭ средней плотности.

ВМПЭ, HMWPE, VHMWPE — высокомолекулярный.

СВМПЭ, UHMWPE — сверхвысокомолекулярный.

Также существует большое количество сополимеров этилена с различными другими мономерами. Наиболее известными из них являются сополимеры с пропиленом, которые производят под общими названиями рандом- или статсополимер и блоксополимер. Помимо них производят сополимеры этилена с акриловой кислотой, бутил- и этилакрилатом, метилакрилатом и метилметилакрилатом, винилацетатом и т.д. Существуют и эластомеры на основе этилена, их обозначают аббревиатурами POP и POE.

Свойства полиэтилена

Говоря о характеристиках ПЭ нужно понимать, что свойства различных типов этого полимера сильно отличаются. Рассмотрим, как и в случае с синтезом, показатели двух наиболее распространенных типов.

ПЭ высокого давления (LDPE)

Молекулярная масса ПЭВД колеблется от 30 000 до 400 000 атомных единиц.

ПТР в зависимости от марки варьируется от 0,2 до 20 г/10 минут.

Степень кристалличности ПВД примерно составляет 60 процентов.

Температура стеклования равна минус 4 градуса С.

Температура плавления марок материала от 105 до 115 градусов С.

Плотность около 930 кг/куб.м.

Технологическая усадка при переработке от 1,5 до 2 процентов.

Основное свойство структуры полиэтилена высокого давления – разветвленное строение. Отсюда проистекает его низкая плотность, обусловленная рыхлой аморфно-кристаллической структурой материала на молекулярном уровне.

ПЭ низкого давления (HDPE)

Молекулярная масса ПЭНД колеблется от 50 000 до 1 000 000 атомных единиц.

ПТР в зависимости от марки варьируется от 0,1 до 20 г/10 минут..

Степень кристалличности ПНД составляет от 70 до 90 процентов.

Температура стеклования равна 120 градусов С.

Температура плавления марок материала от 130 до 140 градусов С.

Плотность около 950 кг/куб.м3.

Технологическая усадка при переработке от 1,5 до 2,0 процентов.

Общие свойства полиэтиленов

Химические свойства. ПЭ имеет низкую газопроницаемость. Его химстойкость зависит от молекулярной массы и от плотности полимера. ПЭ инертен к разбавленным и концентрированным основаниям, растворам всех солей, некоторым сильнейшим кислотам, органическим растворителям, маслам и смазкам. Полиэтилен не стоек к 50-процентной азотной кислоте и галогенам, например чистому хлору и брому. Причем бром и йод имею свойство диффузии сквозь полиэтилен.

Физические характеристики. Полиэтилен является эластичным достаточно жестким материалом (ПЭВД – существенно мягче, ПЭНД – жестче). Морозостойкость изделий из полиэтилена – до минус 70 градусов С. Высокая ударная вязкость, прочность, хорошие диэлектрические характеристики. Водо- и паропоглощение у полимера невысокое. С точки зрения физиологии и экологии ПЭ является нейтральным инертным веществом, без запаха и вкуса.

Эксплуатационные свойства полиэтилена. Деструкция ПЭ в атмосфере начинается с температуры 80 градусов С. Полиэтилен без специальных добавок не стоек к солнечной радиации и больше всего к ультрафиолету, легко подвергается фотодеструкции. Для уменьшения этого эффекта в композиции ПЭ добавляют стабилизаторы, например сажу для светостабилизации. Полиэтилен не выделяет вредные для здоровья и природы химикаты в окружающую среду, при этом он самостоятельно разлагается очень медленно – процесс занимает десятилетия. ПЭ довольно пожароопасен и поддерживает горение, этот факт нужно учитывать при его использовании.

Применение полиэтилена

Полиэтилен является самым популярным полимером в мире. Он неприхотлив в переработке и отлично поддается повторному использованию. Получить изделия из полиэтилена можно практически всеми разработанными на сегодняшний день методами переработки пластмасс. Он не требователен к качеству и конструкции оборудования и оснастке, ПЭ не нуждается в специальной подготовке перед переработкой, например сушке. Индустрией концентратов и добавок к полимерам производится огромное количество суперконцентратов пигментов для ПЭ и на основе полиэтилена. Во многих случаях они применимы для окраски в массе изделий не только из других полиолефинов, но и прочих полимеров.

В случае переработки полиэтилена методом экструзии получают пленку, применяющуюся на каждом шагу как в чистом виде, так и в виде пакетов в упаковке, фасовке, сельском хозяйстве; ПЭ трубы для водоснабжения и газа; оболочки кабелей; листы; вспененные профили и т.д..

Литьем полиэтилена под давлением производят многочисленные упаковочные изделия, например крышки и пробки, баночки. Также литьем производят медицинские изделия, хозяйственные товары бытового назначения, канцтовары, игрушки.

Полиэтилен можно переработать экструзионно-выдувным и инжекционно-выдувным формованием, ротоформованием, каландрованием, а также пневмо- или вакуумформованием из листов.

Более редкие, специализированные типы полиэтилена, например сшитый, хлорсульфированный, сверхвысокомолекулярный используют во многих отраслях, но больше всего в строительстве. Например сверхвысокомолекулярный ПЭ входит в состав композиций для выпуска оболочек оптиковолоконного кабеля. Армированный полиэтилен, в отличие от чистого полимера, может являться конструкционным материалом. Изделия из ПЭ хорошо поддаются сварке любыми методами: термоконтактным, газовым, с применением присадочного прутка, трением и т.п.

Экология и вторичное использование полиэтилена

В последние годы полиэтилен подвергается серьезному давлению из-за своей якобы не экологичности. На самом деле этот материал – один из самых безопасных. Проблема ПЭ в том, что это основной полимер, применяемый для производства пленок, в том числе тонких, и пакетов из них. Не имея адекватной политики по раздельному сбору мусора, многие низкоразвитые страны занимаются захоронением огромного количества ПЭ отходов, что приводит к попаданию полиэтилена в окружающую среду и водные ресурсы и загрязнению их.

Рис.3. Пакеты для мусора – типичное применение вторичного ПЭ

При этом в случае правильного сбора и сортировки мусора, полиэтиленовые отходы становятся ценным ресурсом и отличным вторичным сырьем. Уже достаточно большое количество предприятий в странах бывшего СССР закупают отходы полимера для переработки во вторсырье, получением гранул и последующим использованием в своем производстве или продажей вторичного ПЭ на рынке. Таким образом загрязнение планеты полиэтиленом должно в скором времени сойти на нет.

Объявления о покупке и продаже оборудования можно посмотреть на

Обсудить достоинства марок полимеров и их свойства можно на

Зарегистрировать свою компанию в Каталоге предприятий

Источник