Полиэтилен

Материал полиэтилен получают путем полимеризации газа этилена. Производство полиэтилена налажено на нескольких российских нефтехимических заводах, а также в странах СНГ - Белоруссии и Узбекистане. На обработку полиэтилен обычно поступает в гранулированном виде. Новое слово на рынке упаковки – вспененный полиэтилен, который обладает незаменимыми свойствами: низкой плотностью, что значительно уменьшает его вес, отменными термоизоляционными свойствами, очень низким влагопоглощением, механической прочность и мн. др. Производство вспененного полиэтилена налажено на заводах, работающих с методом экструзии. Специальным видом полиэтилена является сшитый полиэтилен. Соединение линейных молекул получается в результате ионизирующего излучения при высоком давлении, что вызывает дополнительное образование поперечных связей. Применяется шитый полиэтилен для изготовления труб для водопровода, газопровода, систем отопления. Для выпуска термоформовочных изделий используется полиэтилен листовой, всё чаще находит применение полиэтилен из вторично переработанных изделий. По качеству вторичный полиэтилен обычно всего на 10% уступает первичному сырью, но стоимость его значительно ниже. Основное производство полиэтилена в РФ сосредоточено в Татарстане, Ставропольском крае и Сибири. Изделия из полиэтилена пользуются широким спросом повсеместно: в быту, для упаковки, для технических нужд, в сельском хозяйстве и строительстве.

Полиэтилен - PE (выпускается под торговыми марками: Ставролен, Казпелен, HOSTALEN LD, LUPOLEN, MALEN-E и др.). Крупнотоннажное производство полиэтилена налажено как в России и СНГ, так и во многих зарубежных странах. Производители полиэтилена - практически все крупные нефтехимические компании мира. Производство вспененного полиэтилена организовано на более мелких предприятиях, это разновидность переработки уже синтезированного ПЭ в изделия.

Получение полиэтилена. Сырьем для производства полиэтилена служит газ этилен. Полиэтилен синтезируют путем полимеризации этилена при высоком и низком давлениях. Как правило, полиэтилен выпускают в виде гранул диаметром 2-5 миллиметров (намного реже в виде порошка). ПЭ относится к классу полиолефинов. Существует два основных класса полиэтиленов: Полиэтилен Низкой Плотности (Высокого Давления) LDPE и Полиэтилен Высокой Плотности (Низкого Давления) HDPE. Кроме того, существует несколько подклассов полиэтилена, а также композиций, т.е. материалов на основе ПЭ. Примером иможет служить производство вспененного полиэтилена. 

LDPE

Полиэтилен, получаемый при высоком давлении, называют полиэтиленом высокого давления (ПЭВД, ПВД) или низкой плотности (ПЭНП, LDPE). В промышленности полиэтилен высокого давления получают полимеризацией этилена в трубчатом реакторе или в автоклаве. Подробнее рассмотрим производство полиэтилена в трубчатом реакторе. Процесс при высоком давлении протекает по радикальному механизму под действием О2, пероксидов (бензоила, лаурила) или их смесей. При производстве полиэтилена в трубчатом реакторе этилен, смешанный с инициатором, сжатый компрессором до 25 МПа и нагретый до 700С, поступает сначала в первую зону реактора, где подогревается сначала до 1800С, а затем во вторую, где полимеризуется при 190-300 град. С и давлении 130-250 МПа. Среднее время пребывания этилена в реакторе 70-100 сек, степень превращения - 18-20%, в зависимости от количества и типа инициатора. Из полиэтилена удаляют непрореагировавший Этилен, расплав охлаждают до 180-1900С и гранулируют. Гранулы, охлажденные водой до 60-70 град. С, подсушивают теплым воздухом и упаковывают в мешки. Товарный полиэтилен ВД выпускают окрашенным и неокрашенным, в гранулах.

HDPE

Полиэтилен, получаемый при низком давлении, называют полиэтиленом низкого давления (ПЭНД, ПНД) или высокой плотности (ПЭВП, HDPE). Используются три основные технологии получения полиэтилена низкого давления: реакция проводится в суспензии, реакция проводится в растворе, осуществление газофазной полимеризации. Рассмотрим процесс получения LDPE в растворе. Процесс производства полиэтилена в растворе (чаще в гексане) проводят при 160-2500С, давлении 3,4-5,3 МПа, время контакта с катализатором 10-15 мин (катализатор – CrO3 на силикагеле, Ti-Mg или др.). Полиэтилен из раствора выделяют удалением растворителя последовательно в испарителе, сепараторе и вакуумной камере гранулятора. Гранулы полиэтилена пропаривают водяным паром при температуре, превышающей температуру плавления полиэтилена (в воду переходят низкомолекулярные фракции полиэтилена и нейтрализуются остатки катализатора). Товарный полиэтилен НД выпускают окрашенным и неокрашенным, в гранулах и иногда в порошке.

Свойства полиэтилена низкой плотности (LDPE):

Молекулярная масса ММ = (30-400)*103; показатель текучести расплава (2300С/2,16кг, г/10мин) 0,2-20; степень кристалличности 60%; температура стеклования (температура размягчения) -4 град. С; температура плавления 105-115 град. С; диапазон технологических температур 200-260 град.С; плотность 0,93 г/см3; усадка (при изготовлении изделий) 1,5-2,0%. Главная особенность молекулярной структуры LDPE – разветвленность строения, что является причиной образования рыхлой аморфно-кристаллической структуры и, как следствие, уменьшение плотности полимера.

Свойства полиэтилена высокой плотности (HDPE):

Молекулярная масса ММ = (50-1000)*103; показатель текучести расплава (2300С/2,16кг, г/10мин) 0,1-15; степень кристалличности 70-90%; температура стеклования (температура размягчения) -120 град. С; температура плавления 130-140 град. С; диапазон технологических температур 220-2800С; плотность 0,95 г/см3; усадка (при изготовлении изделий) 1,5-2,0%.

Химические свойства: Полиэтилен обладает низкой паро- и газопроницаемостью. Химическая стойкость зависит от молекулярной массы и плотности. Полиэтилен не реагирует со щелочами любой концентрации, с растворами любых солей, карбоновыми, концентрированной соляной и плавиковой кислотами. Устойчивый к кислотам, щелокам, растворителям, алкоголю, бензину, воде, овощным сокам, маслу. Он разрушается 50%-ной HNO₃, а также жидкими и газообразными Cl₂ и F₂. Бром и йод через полиэтилен диффундируют. Полиэтилен не растворим в органических растворителях и ограниченно набухает в них.

Физические свойства: эластичный, жесткий – до мягкого, в зависимости от веса изделия устойчивый к низким температурам до -70°С, ударостойкий, не ломающийся, с хорошими диэлектрическими свойствами, с небольшой поглотительной способностью. Физиологически нейтральный, без запаха. Полиэтилен низкой плотности (0,92 – 0,94 г/см³⁾ – мягкий; полиэтилен высокой плотности (0,941 – 0,96 г/см³) – твердый, очень жесткий.

Эксплуатационные свойства: полиэтилен стоек при нагревании в вакууме и атмосфере инертного газа; деструктируется при нагревании на воздухе уже при 80⁰С. Под действием солнечной радиации, особенно УФ лучей, подвергается фотостарению (в качестве светостабилизаторов используется сажа, производные бензофенонов). Полиэтилен практически безвреден; из него не выделяются в окружающую среду опасные для здоровья человека вещества.

Основные группы марок полиэтилена и сополимеров этилена, выпускаемые на сегодняшний день:

 Полиэтилен

HDPE - Полиэтилен высокой плотности (полиэтилен низкого давления)  
LDPE - Полиэтилен низкой плотности (полиэтилен высокого давления)   
LLDPE - Линейный полиэтилен низкой плотности 
mLLDPE, MPE - Металлоценовый линейный полиэтилен низкой плотности 

MDPE - Полиэтилен средней плотности  
HMWPE, VHMWPE - Высокомолекулярный полиэтилен  
UHMWPE - Сверхвысокомолекулярный полиэтилен  
EPE - Вспенивающийся полиэтилен  
PEC - Хлорированный полиэтилен  

Cополимеры этилена

EAA - Сополимер этилена и акриловой кислоты  
EBA, E/BA, EBAC - Сополимер этилена и бутилакрилата  
EEA - Сополимер этилена и этилакрилата  
EMA - Сополимер этилена и метилакрилата  
EMAA - Сополимер этилена и метакриловой кислоты, Сополимер этилена и метилметилакрилата  
EMMA - Сополимер этилена и метил метакриловой кислоты  
EVA, E/VA, E/VAC, EVAC - Сополимер этилена и винилацетата  
EVOH, EVAL, E/VAL - Сополимер этилена и винилового спирта  
POP, POE - Полиолефиновые пластомеры 
Ethylene terpolymer - Тройные сополимеры этилена  

Основные направления применения полиэтилена.

Полиэтилен - наиболее широко использующийся полимер. Технология переработки полиэтилена сравнительно проста, он перерабатывается всеми способами переработки пластмасс. Для переработки полиэтилена не требуется применения узкоспециализированного оборудования, как, например, для переработки ПВХ. Современной промышленностью выпускаются сотни марок красителей и концентратов пигментов для окрашивания изделий из полиэтилена (которые подходят также для других типов полиолефинов).

При использовании экструзии получают полиэтиленовые трубы (существует специальные марки - трубный PE63, PE80, PE100), полиэтиленовые кабели, пленки, листовой полиэтилен для упаковки и строительства, а также самые разнообразные полиэтиленовые пленки для нужд всех отраслей промышленности. Сюда же относится производство вспененного полиэтилена. Применяя литье под давлением и термо-вакуумное формование для изготовления изделий, получают разнообразные упаковочные материалы из полиэтилена. Упаковка из полиэтилена - бурно развивающийся сегмент сегодняшнего рынка пластиковых изделий. Кроме того, достаточно крупными потребителями полиэтилена в России являются компании, призводящии товары бытового назначения, канцтовары, игрушки. Полиэтилен перерабатывается также экструзионно-выдувным и ротационным способами для получения разного рода емкостей, сосудов и тары.

Различные специальные виды полиэтилена, такие, как сшитый ПЭ, вспененный ПЭ, хлорсульфированный ПЭ, сверхвысокомолекулярный ПЭ, успешно применяются для создания специальных стройматериалов. ПЭ не является конструкционным материалом, но армированный полиэтилен используется в изделиях конструкционного назначения. Широко распространена также сварка изделий из полиэтилена, который может свариваться всеми основными способами: контактная, горячим газом, присадочным прутком, трением и т.д.

Отдельный сегмент современного рынка - рециклинг полиэтилена. Многие компании в России и мире специализируются на покупке полиэтиленовых отходов с дальнейшей переработкой и продажей или использованием вторичного полиэтилена. Как правило, для этого применяется технология экструдирования очищенных отходов с последующим дроблением и получением вторичного гранулированного материала, пригодного для изготовления изделий.