Полиэтилен для чего применяется
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:
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.
Также среди собратьев выделяют класс линейного полиэтилена.
Полиэтилен высокого давления
Свойства находятся в зависимости от плотности. Чем выше плотность, тем выше прочность, жесткость, твердость, стойкость к действию химических реагентов.
Полиэтилен низкого давления
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:
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.
Получение полиэтилена
Основным сырьем для получения служит чистый этилен. Определены две основные химические технологии получения полиэтилена:
По данным технологиям получают два вида материала:
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.
Технологию получения можно представить следующими стадиями:
Полиэтилен низкого давления
Название говорит само за себя. В технологии получения используют низкое давление. Исходным сырьем является также мономер – этилен.
По способу получения разделяют:
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.
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.
Полиэтилен: свойства и применение
Полимер представляет собой органическое соединение, относится к классу полиолефинов. Термопластичный полимер этилена своеобразная масса прозрачных тонких листов имеет множество практичных качеств, сделавших его незаменимых в обиходе. Его часто называют целлофаном.
История возникновения
Первая дата упоминания об изобретения полиэтилена относится к 1899 г. Родина возникновения химического соединения – Германия. Однако заслуга практичного применения и распространения материала в его современном виде принадлежит инженерам Гибсону и Фосету. С середины прошлого столетия для производства кабельной продукции, позднее для выработки упаковочного материала широкое использование получил синтетический полимерный материал. Так применение полиэтилена в промышленности позволило создавать новые виды продукции.
Химическая формула полиэтилена (CH2CHR)n
Разновидности
Известно две основные группы полимеров, которые различают по прочности и плотности основы материала. Это
В разных источниках можно встретить другие названия, к примеру, сополимеры и гомополимеры. Но все они являются производными от двух основных групп. В процессе производства разработаны различные технологии выпуска широко востребованного материала. Именно технологические различия и физические свойства полиэтилена обосновывают разнообразность данного вида продукции.
Высокая прочность материала, другие востребованные свойства, которые обосновывают широкое использование тонкой прозрачной пленки, в сочетании с относительно низкой стоимостью производства, позволяют постоянно расширять область применения. Особенное свойство, обуславливающее термопластичность полиэтилена, вывело продукт на верхние позиции популярных упаковочных материалов.
Особенности химического состава дают поистине неограниченные возможности его использования. В своей основе вещество является высокомолекулярным соединением, которое состоит из длинных разветвленных цепей. В зависимости от технологических особенностей производственного процесса при полимеризации вещества изменяются свойства конечного продукта.
Свойства
В зависимости от плотности молекулярной массы продукта могут меняться его физические свойства полиэтилена.
Полиэтилен низкого давления свойства:
Полиэтилен низкого давления применение:
Полиэтилен высокого давления свойства:
В промышленности из него изготавливается тара, упаковка для парфюмерной и пищевой промышленности (бутылки, тюбики и др.). Пригоден для изготовления контейнеров, труб и деталей трубопроводов. Разнообразие и физические свойства полиэтилена делают возможным успешно использовать материал в разных сферах деятельности. Материал занимает лидирующие позиции по использованию среди других пластмасс.
Важно. Полиэтилен безопасный для здоровья и экологически безвредный материал. Легко подлежит переработке, используется во вторичной форме.
Основные особенности присущие синтетическому материалу придают различия молекулярно-массовых распределений внутри полимера. Чем выше плотность молекулярной массы, тем жестче и тверже становится пластмасса. Эти химические свойства полиэтилена влияют на влагопроницаемость, прозрачность и стойкость при сохранении целостности поверхности готовой продукции.
Сферы применения
Изделия из полиэтилена применяются практически везде. Из прочного и недорогого материала изготавливают упаковку и контейнера для транспортировки товаров на длительные расстояния. Уникальные диэлектрические свойства полиэтилена нашли свое применение в производстве инструмента, защитной и рабочей одежды, кабельной продукции, товарах бытового применения и многое другое.
Универсальные свойства и применение полиэтилена в самых различных сферах повышает спрос и стимулирует разработку новых видов товаров и изделий. Из пнд изготавливают:
Сфер применения полимера много, так применение пнд обусловливают особенности физических свойств и технические характеристики готовой продукции. Структура молекулы полиэтилена нд отличается кристалличностью и имеет иную плотность. Особенности производства – температура изготовления 120-150 0 С, давление до 2 МПа. Для выработки требуется присутствие специального катализатора.
При охлаждении полимера в процессе производства образуются плотные соединение имеющие стабильную устойчивость к высоким температурам. Из такого материала изготавливаются изделия, пригодные для кипячения и контакта с высокотемпературной средой.
Не менее широко используется полиэтилен высокого давления.Его примененяют при изготовлении товаров для морской, автомобильной, строительной промышленности и иных сферах производства. В основу производства легли некоторые химические отличия пластмассы, которые базируются на более низкой степени кристаллизации вещества. ПВД примененяют в следующих направлениях:
Процесс изготовления ПЭВД — температура 200- 260 0 С, давление 150 – 300 МПа. Присутствие кислорода или органического пероксида обязательно.
Важно. Легкий эластичный, кристаллизующийся материал с теплостойкостью до 60 0 имеет один существенный недостаток – быстро стареет.
Пленки из полиэтилена
При производстве пленки и листов из полиэтилена может быть использован материал любой плотности. Популярная полиэтиленовая пленка, характеристики которой значительно выше, чем у других видов упаковки — один из самых востребованных и экономичных товаров. Современные технологии позволяют создать пленку из ПЭ толщиной от 0,03 мм, длина рулона достигает 300 м.
Пленка пригодна для упаковки пищевой продукции, сохраняет качество и внешний вид товара. Давно стали привычными некоторые виды спецодежды, изготовленные из непромокаемой пленки – плащи, накидки, перчатки хозяйственные и многое другое.
Армированная пленка характеризуется высокой прочностью и используется для изготовления скатертей, упаковки, защитной одежды, для производства теплиц. Сферы применения изделий из ПЭ постоянно расширяются, свойства полиэтиленовой пленки поистине универсальны.
Упаковочный материал в листах толщиной от 1 до 6 мм с шириной до 1400 мм вырабатывают методом вакуумного формирования. Крупногабаритные изделия из ПЭНД прочно вошли в нашу жизнь. Это трубы сантехнические, ванны, бачки и емкости различного назначения. Технологические приемы разнообразят ассортимент и назначение изделий, товары народного потребления из пластмассы вошли в каждый дом.
Ведущее место в мире сегодня занимает производство изделий из полимера. Ширится разновидность марок изделий. Основные группы, выпускаемые на сегодняшний день из полиэтилена и сополимеров, насчитывает не один десяток, давая возможность развиваться новым технологиям. Выпуск востребованных и качественных товаров постоянно увеличивается, находя новые сферы применения.
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:
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