Опис та способи застосування поліетилену

На сьогоднішній день хімічна промисловість є однією з тих, що швидко розвиваються. Дослідники працюють над розвитком новітніх наукових розробок, зокрема над створенням різноманітних інноваційних матеріалів. Одним із найпопулярніших серед них є поліетилен. Розглянемо особливості, унікальні властивості та риси поліетилену, а також сфери його застосування.

Що таке?

Насамперед слід розібратися з тим, що собою являє поліетилен. Власне, даний матеріал є термопластичним полімером етилену. Його можна зарахувати до категорії поліолефінів. Визначення поліетилену включає позначення того, що з хімічної точки зору даний матеріал являє собою органічне з'єднання, а його молекули володію істотною довжиною.

Якщо говорити про зовнішні характеристики матеріалу, то він найчастіше представлений у вигляді тонких листів, які можуть бути безбарвними або білими. На дотик поліетилен досить жорсткий. Як сировина він досить поширений і використовується для різних цілей.

Вчені, які винайшли поліетилен, не наполягають на тому, що матеріал є ідеальним. Як і будь-які інші хімічні сполуки, він має низку унікальних властивостей, які мають як позитивний, так і негативний характер.

Розглянемо їх докладніше.

До переваг поліетилену можна віднести такі характеристики:

високий рівень міцності (у цьому плані мають на увазі те що, що матеріал здатний витримувати механічні ушкодження та інші негативні впливу довкілля);
еластичність;
водонепроникність;
простота використання;
низький рівень теплопровідності;
безпека для людини (поліетилен не виділяє речовин, які могли б завдати шкоди здоров'ю людини);
доступна ціна;
широкий асортимент;
різноманітний дизайн та багато іншого.

Але навіть незважаючи на таку велику кількість позитивних характеристик, необхідно пам'ятати і про наявні недоліки:

руйнування під впливом прямих сонячних променів;
відносна недовговічність;
забруднення довкілля, що є ключовою негативною характеристикою матеріалу.

Як і із чого роблять?

Особливий інтерес для дослідників становить спосіб отримання та процес виробництва поліетилену. Так, хімічну сполуку, що обговорюється, отримують з етилену. Сировинний вихідний матеріал піддають обов'язковому процесу полімеризації.

Спочатку поліетилен складається з гранул, розмір яких варіюється в діапазоні від 2 до 5 мм. Свій остаточний склад з'єднання отримує за допомогою процесів термічної обробки, які здійснюються за допомогою спеціального обладнання.

При цьому на сьогоднішній день фахівці в галузі хімії виділяють кілька видів поліетилену, кожен з яких виготовлений за індивідуальною технологією.

Властивості

Щоб ознайомитися з матеріалом детальніше, слід проаналізувати його відмінні характеристики (зокрема фізичні і хімічні). Адже поліетилен має особливі властивості, які відрізняють його від будь-яких інших сполук.

Отже, до основних особливостей матеріалу можна віднести:

за загальним правилом поліетилен є прозорим (це стосується лише чистої хімічної сполуки, позбавленої будь-яких домішок), в процесі фарбування матеріал може набувати будь-яких інших відтінків (чорний, білий, червоний та багато інших);
за своєю структурою матеріал є жорстким;
процес кристалізації матеріалу здійснюється за температури від -60 до -369 градусів за Цельсієм;
відсутність запаху;
невеликі показники маси;
щільність матеріалу непостійна, вона залежить від того, яким способом був здобутий поліетилен;
хімічні сполуки мають властивості амортизатора;
низький рівень адгезії;
низький коефіцієнт тертя;
водонепроникність;
поліетилен піддається процесам розм'якшення при температурі від +80 до +120 градусів за Цельсієм;
стійкість до низьких температур;
гнучкість;
діелектричні характеристики;
паро- та гідроізоляція;
біологічна інертність;
теплопровідність;
при розкладанні поліетилен не виділяє речовин, які завдають шкоди людині;
стійкість до впливу агресивних хімічних сполук.

Властивості поліетилену здебільшого детермінують сфери його використання.

Огляд видів за щільністю

На сьогоднішній день існує велика кількість видів поліетилену. Так, на ринку ви зможете знайти екструдований, низькомолекулярний, пухирчастий, рулонний, високоміцний та високомодульний матеріал. Відповідно, при виборі поліетилену свою увагу необхідно звертати на маркування.

Для зручності користувача виробниками прийнято класифікацію з'єднання за кількома категоріями. Розглянемо відмінні характеристики та особливості кожної з них.

Високою

Для виробництва поліетилену високої густини потрібно дотримання низки обов'язкових умов. Зокрема, температура повітря повинна бути в діапазоні від 200 до 260 градусів за Цельсієм, тиск не повинен перевищувати показника 300 МПа. Крім того, обов'язково наявність каталізатора, функцію якого може виконувати кисень або пероксид органічний. Сама собою процедура виробництва здійснюється в автоклавному або трубчастому реакторі.

Що стосується безпосередніх характеристик матеріалу, то поліетилен високої густини є легким і еластичним. Йому притаманні яскраво виражені діелектричні характеристики. Особливістю матеріалу є те, що такий поліетилен досить легко переробляється.

Низький

Умови, необхідні для отримання поліетилену низької щільності, повинні бути такими:

показники температури – 120-150 градусів за Цельсієм;
рівень тиску – 0,1-2 МПа;
наявність каталізатора, наприклад, каталізаторів Циглера-Натта.

У результаті процесу полімеризації утворюється матеріал, який допускає охолодження до -80 градусів за Цельсієм.

Крім того, поліетилен низької щільності виходить дуже легким і еластичним, а його поверхня має характерний блиск.

Середній

Поліетилен середньої щільності виготовляється при температурі 100-120 градусів за Цельсієм. Тиск при цьому повинен перебувати на рівні 3-4 МПа, а як каталізатор реакції рекомендується використовувати суміш TiCl4 і AlR3. Слід пам'ятати, що підсумкове з'єднання утворюватиметься як пластівців.

Таким чином, існуючі різновиди поліетилену розрізняються як за своїми властивостями та характеристиками, так і за способами одержання.

Застосування

Як було сказано вище, поліетилен є одним із найпоширеніших і затребуваних матеріалів, відповідно, він застосовується у великій кількості областей та для виробництва різних виробів.

Застосування поліетилену:

виробництво тари та пакувальної продукції (наприклад, поліетиленових пакетів);

виготовлення каналізаційних труб та труб для водопостачання;

виготовлення полотна для ізоляції (наприклад, електричної ізоляції);

Це, звісно, далеко не повний перелік.

Проте слід пам'ятати те що, що повсюдне використання поліетилену може негативно зашкодити екологічному стані довкілля.

Вся справа в тому, що цей матеріал розкладається досить тривалий період (у деяких випадках матеріал зовсім не розкладається). Це може призвести до забруднення атмосфери, світового океану та планети в цілому, а також до інших негативних наслідків (наприклад, через поїдання поліетилену гинуть багато тварин).

Утилізація

Поліетилен може бути як первинним, і вторинним. Тут мається на увазі, що після того, як спочатку виготовлений поліетиленовий виріб приходить в непридатність, його можна переробити і використати заново. Для переробки поліетиленових сполук застосовують такі методи, як екструзія, екструзія з роздуванням, лиття під тиском і пневматичне формування.

Що стосується безпосереднього процесу утилізації, то найчастіше це метод спалювання. При цьому як тільки поліетилен нагрівається (наприклад, під прямим сонячним промінням), він виділяє леткі продукти. Відповідно, відбувається процес утворення низькокиплячих сполук.

Таким чином, процес спалювання поліетилену за своїми характеристиками та особливостями є комплексним хімічним процесом.

Особливості розкладання

Як уже говорилося, поліетилен - це матеріал, який розкладається дуже тривалий час, для завершення цього процесу буде потрібно багато років. При цьому на сьогоднішній день все популярнішими стають методи біологічного розкладання даної хімічної сполуки.

Так, для здійснення процесів біологічного розкладання використовують спеціальні плісняві грибки Penicillium simplicissimum. За допомогою поліетилен може бути частково утилізований за 90 днів. Однак для того, щоб цей процес був максимально ефективним, попередньо матеріал потрібно обробити азотною кислотою. Крім зазначеного вище типу бактерій також рекомендовано використання мікроорганізмів Nocardia asteroides. При цьому слід враховувати, що розкладання поліетилену (навіть із використанням специфічних бактерій) може тривати кілька років (як мінімум 8).

Поліетилен – це популярний та затребуваний матеріал, який використовується для різних цілей. За своїми фізичними та хімічними властивостями він відрізняється від багатьох інших матеріалів, завдяки чому і є широко поширеним. При цьому існує кілька його різновидів, кожен з яких має свої унікальні характеристики.

Про поліетилен і продукцію з нього дивіться у відео.

Поліетилен

Це один із найпоширеніших пластиків, який широко використовується в різних галузях промисловості та побутової сфері. Він відрізняється високою міцністю, стійкістю до впливу хімічних речовин та низькою вартістю. У цій статті ми розповімо про особливості виробництва поліетилену, його переваги та сфери застосування.

Поліетилен – це термопластичний полімер, який одержують із етилену – газоподібного вуглеводню. Цей матеріал відноситься до класу поліолефінів, які мають високий ступінь міцності, стійкість до впливу хімічних речовин та низьку вартість. Поліетилен може мати різні фізико-хімічні властивості, які залежать від технології виробництва та конкретного виду поліетилену.

Існує кілька видів поліетилену, які різняться за структурою та властивостями:

Поліетилен низької щільності (ПНД) – має низьку щільність та високу міцність на розтяг. Цей вид поліетилену використовується для плівки, пакувальних матеріалів, мішків та інших виробів.
Поліетилен високої щільності (ПВД) – має високу щільність та жорсткість, що робить його міцним та стійким до впливу хімічних речовин. Цей вид поліетилену використовується для труб, пляшок, контейнерів та інших виробів.
Лінійно-низхідний поліетилен низької щільності (ЛНПЕ) – має високу міцність на розрив та стійкість до стирання. Цей вид поліетилену використовується для пакувальних матеріалів, плівки, мішків та інших виробів.

Виробництво поліетилену

Виробництво поліетилену починається з отримання етилену з нафти чи газу. Потім етилен проходить через реактор, де він піддається полімеризації - процесу, в результаті якого етилен перетворюється на поліетилен. У процесі полімеризації застосовуються каталізатори, які прискорюють реакцію та дозволяють отримати необхідний вид поліетилену.

Після полімеризації поліетилен переводять у стан твердого пластику, який потім піддають механічній обробці - пресування, різання, формування і т.д. Залежно від конкретного виду поліетилену та його властивостей виробляють різні вироби – плівку, труби, пляшки, контейнери, пакувальні матеріали тощо.

Використання поліетилену у нашому житті

Поліетилен широко використовується в різних галузях промисловості та побутовій сфері. Він застосовується для виробництва пакувальних матеріалів, труб, пляшок, контейнерів, плівки, мішків та інших виробів.Завдяки високій міцності, стійкості до впливу хімічних речовин та низької вартості, поліетилен є одним із найпопулярніших матеріалів для пакування та транспортування товарів.

Крім того, поліетилен може використовуватися для створення різноманітних видів рекламної продукції, таких як плакати, банери, наклейки та інші матеріали. Завдяки високій міцності та стійкості до впливу зовнішніх факторів, поліетилен дозволяє створювати якісну та довговічну рекламну продукцію.

Основні переваги поліетилену

Поліетилен має низку переваг у порівнянні з іншими матеріалами. По-перше, він має високу міцність та стійкість до впливу хімічних речовин, що робить його надійним та безпечним матеріалом для пакування товарів. По-друге, поліетилен має низьку вартість, що робить його доступним для широкого кола споживачів. По-третє, поліетилен легко піддається механічній обробці, що дозволяє робити різні види виробів.

Ще однією перевагою поліетилену є його екологічна безпека. Він не містить шкідливих хімічних речовин і може перероблятися для повторного використання. Завдяки цьому поліетилен вважається одним із найбільш екологічно безпечних матеріалів для пакування та транспортування товарів.

26 червня – вихідний

Сьогодні, у зв'язку з постановою мера Москви, офіс і склад нашої компанії не працюють, просимо вибачення за тимчасові незручності.

Список тематичних статей

Поліетилен (ПЕ, PE) – один з найперших з великотоннажних та найпоширеніший полімерний матеріал. Не буде перебільшенням сказати, що поліетилен відомий практично всім людям і саме це поняття у побуті є синонімом пластмаси як такої.Чи не фахівці часто називають поліетиленом багато матеріалів, які нічого спільного з ним не мають.

ПЕ є найпростішим із поліолефінів, його хімічна формула (–CH2–)n, де n – ступінь полімеризації. Основними різновидами ПЕ є поліетилен низького тиску (ПЕНД, ПНД), він поліетилен високої щільності (ПВП, PEHD, HDPE) і поліетилен високого тиску (ПЕВД, ПВД), він же поліетилен низької щільності (ПНП, PELD, LDPE). Далі ми розглянемо ці та інші види ПЕ докладніше.

Поліетилен – синтетичний полімер, його одержують за допомогою полімеризації етилену (хімічна назва – етен) за вільно-радикальним механізмом. Великотоннажний синтез ПЕВД і ПЕНД виробляється практично всіма провідними світовими нафтовими та газовими концернами. У Росії поліетилен виробляється на нафтохімічних заводах «Роснефти», «Лукойлу», «Газпрому», СІБУРу, на «Казаньоргсинтезі» та «Нижньокамськнафтохімі». У країнах колишнього СРСР полімер випускають у Білорусії, Узбекистані, Азербайджані. Серійні марки поліетилену випускають у вигляді гранул розміром 2-5 мм, однак існують і марки у вигляді порошку, наприклад випускають у продаж надвисокомолекулярний поліетилен (СВМПЭ).

Рис.1. Полімер у гранулах

Поліетилену вже понад сто років. Вперше його отримав інженер із Німеччини Ганс фон Пехманн у 1899 році, відтоді він вважається винахідником цього полімеру. Але, як часто буває, важливе відкриття одразу не знайшло застосування. Воно прийшло лише до кінця 1920-х років, а в 1930-х роках виробництво поліетилену було остаточно налагоджено, в чому відіграли велику роль інженери Ерік Фосет і Реджінальд Гібсон. Спочатку вони синтезували низькомолекулярний парафіновий продукт, який можна назвати поліетиленовим олігомером.Через війну великої роботи, 1936 року дослідження інженерів із розробки установки високого тиску закінчилися отриманням патенту на ПЕНП (ПЭВД). 1938 року виробництво товарного поліетилену стартувало. Спочатку він призначався для оболонок телефонних кабелів і трохи пізніше - для випуску упаковки.

Технологію виробництва поліетилену високої густини (ПЕНД) почали розробляти також у 1920-х роках. Велику роль у виробництві цього матеріалу зіграв Карл Циглер – відомий у середовищі пластмас винахідник каталізаторів іонно-координаційної полімеризації, найважливішим з яких пізніше було надано ім'я Циглера-Натта. Остаточно процес отримання ПЕНД був повністю описаний лише 1954 року і тоді ж її було видано патент. Промислове виробництво нового поліетилену з вищими, ніж ПЕВД властивостями, стартувало дещо пізніше.

Одержання поліетилену

Опишемо коротко технологію виробництва обох основних типів поліетиленів.

ПЕВС (LDPE)

Цей поліетилен, як відомо з назви, синтезують при підвищеному тиску. Синтез зазвичай проводять у реакторі трубчастого типу або автоклаві. Синтез проходить під дією окислювачів - кисню, пероксидів або і того, і іншого. Етилен змішують з ініціатором полімеризації, стискають до величини тиску 25 МПа і нагрівають до 70 градусів. Зазвичай реактор складається з двох ступенів: у першій суміш ще більше розігрівають, а в другій вже безпосередньо проводять полімеризацію за ще більш жорстких умов – температури до 300 градусів С та тиску до 250 МПа.

Стандартний час знаходження етиленової суміші у реакторі 70-100 секунд. За цей період 18-20 відсотків етилену перетворюється на поліетилен.Потім непрореагував етилен відправляється на рециркуляцію, а ПЕ, що вийшов, охолоджують до і піддають грануляції. Поліетиленові гранули знову охолоджуються, сушаться та відправляються на упаковку. Поліетилен низької щільності виробляють у формі незабарвлених гранул.

ПЕНД (HDPE)

ПНД (ПЕ високої щільності) виробляють за низького тиску в реакторі. Для синтезу застосовують три основні види техпроцесу полімеризації: суспензійний, розчинний, газофазний.

Для виробництва ПЕ найчастіше застосовують розчин етилену в гексані, який нагрівають до 160-250 градусів. Процес проводять при тиску 34-53 МПа протягом часу контакту суміші з каталізатором 10-15 хвилин. Готовий ПЕНД відокремлюють за допомогою випаровування розчинника. Гранули поліетилену, що вийшов, проходять пропарку парою при температурі вище Т плавлення ПЕ. Це потрібно для переведення у водний розчин низькомолекулярних фракцій ПЕ та видалення слідів каталізаторів. Як і ПЕВД, готовий ПЕНД зазвичай буває безбарвним і відвантажується в мішках по 25 кг, рідше в біг-бегах, цистернах чи іншій тарі.

Види поліетилену

Крім детально описаних у цій статті ПЕНД та ПЕВД промисловістю виробляються та використовуються інші численні типи поліетиленів, основними групами з яких є:

ЛПНЩ, LLDPE - лінійний поліетилен низької щільності. Цей тип завойовує дедалі більшу популярність. За властивостями цей поліетилен подібний до ПЕВД, проте перевершує його за багатьма параметрами, у тому числі за міцністю та стійкістю виробів до короблення.

mLLDPE, MPE – металоценовий ЛПЕНП.

MDPE – ПЕ середньої щільності.

ВМПЕ, HMWPE, VHMWPE – високомолекулярний.

СВМПЕ, UHMWPE - надвисокомолекулярний.

Також існує велика кількість кополімерів етилену з різними мономерами. Найбільш відомими з них є сополімери з пропіленом, які виробляють під загальними назвами рандом або статсополімер і блоксополімер. Крім них виробляють кополімери етилену з акриловою кислотою, бутил- та етилакрилатом, метилакрилатом і метилметилакрилатом, вінілацетатом і т.д. Існують і еластомери на основі етилену, їх позначають абревіатурами POP та POE.

Властивості поліетилену

Говорячи про характеристики ПЕ потрібно розуміти, що властивості різних типів цього полімеру сильно відрізняються. Розглянемо, як і у випадку із синтезом, показники двох найбільш поширених типів.

ПЕ високого тиску (LDPE)

Молекулярна маса ПЕВД коливається від 30000 до 400000 атомних одиниць.

ПТР в залежності від марки варіюється від 0,2 до 20 г/10 хвилин.

Ступінь кристалічності ПВД становить приблизно 60 відсотків.

Температура склування дорівнює мінус 4 градуси.

Температура плавлення марок матеріалу від 105 до 115 градусів.

Щільність близько 930 кг/куб.

Технологічна усадка під час переробки від 1,5 до 2 відсотків.

Основна властивість структури поліетилену високого тиску – розгалужена будова. Звідси походить його низька щільність, обумовлена пухкої аморфно-кристалічної структурою матеріалу на молекулярному рівні.

ПЕ низького тиску (HDPE)

Молекулярна маса ПЕНД коливається від 50000 до 1000000 атомних одиниць.

ПТР в залежності від марки варіюється від 0,1 до 20 г/10 хвилин.

Ступінь кристалічності ПНД становить від 70 до 90 відсотків.

Температура склування дорівнює 120 градусів.

Температура плавлення марок матеріалу від 130 до 140 градусів.

Щільність близько 950 кг/куб.

Технологічна усадка під час переробки від 1,5 до 2,0 відсотків.

Загальні властивості поліетиленів

Хімічні характеристики. ПЕ має низьку газопроникність. Його хімстійкість залежить від молекулярної маси та від щільності полімеру. ПЕ інертний до розведених і концентрованих основ, розчинів усіх солей, деяких сильних кислот, органічних розчинників, мастил і мастил. Поліетилен не стійкий до 50-відсоткової азотної кислоти та галогенів, наприклад чистого хлору та брому. Причому бром та йод маю властивість дифузії крізь поліетилен.

Фізичні властивості. Поліетилен є еластичним досить жорстким матеріалом (ПЕВС – значно м'якше, ПЕНД – жорсткіше). Морозостійкість виробів із поліетилену – до мінус 70 градусів. Висока ударна в'язкість, міцність, добрі діелектричні характеристики. Водо- та паропоглинання у полімеру невисоке. З погляду фізіології та екології ПЕ є нейтральною інертною речовиною, без запаху та смаку.

Експлуатаційні властивості поліетилену. Деструкція ПЕ в атмосфері починається з температури 80 градусів. Поліетилен без спеціальних добавок не стійкий до сонячної радіації та найбільше до ультрафіолету, легко піддається фотодеструкції. Для зменшення цього ефекту композиції ПЕ додають стабілізатори, наприклад сажу для світлостабілізації. Поліетилен не виділяє шкідливі для здоров'я та природи хімікати у навколишнє середовище, при цьому він самостійно розкладається дуже повільно – процес займає десятиліття. ПЕ досить пожежонебезпечний та підтримує горіння, цей факт потрібно враховувати при його використанні.

Застосування поліетилену

Поліетилен є найпопулярнішим полімером у світі.Він невибагливий у переробці і добре піддається повторному використанню. Отримати вироби з поліетилену можна практично всіма розробленими на сьогоднішній день методами переробки пластмас. Він не вимогливий до якості та конструкції обладнання та оснащення, ПЕ не потребує спеціальної підготовки перед переробкою, наприклад сушіння. Індустрією концентратів та добавок до полімерів виробляється величезна кількість суперконцентратів пігментів для ПЕ та на основі поліетилену. У багатьох випадках вони застосовні для фарбування в масі виробів не тільки інших поліолефінів, але і інших полімерів.

У разі переробки поліетилену методом екструзії отримують плівку, що застосовується на кожному кроці як у чистому вигляді, так і у вигляді пакетів в упаковці, фасуванні, сільському господарстві; ПЕ труби для водопостачання та газу; оболонки кабелів; листи; спінені профілі і т.д.

Литтям поліетилену під тиском виробляють численні пакувальні вироби, наприклад кришки та пробки, баночки. Також литтям виготовляють медичні вироби, господарські товари побутового призначення, канцтовари, іграшки.

Поліетилен можна переробити екструзійно-видувним та інжекційно-видувним формуванням, ротоформуванням, каландруванням, а також пневмо-або вакуумформуванням з листів.

Більш рідкісні, спеціалізовані типи поліетилену, наприклад, зшитий, хлорсульфированный, надвисокомолекулярний використовують у багатьох галузях, але найбільше в будівництві. Наприклад, надвисокомолекулярний ПЕ входить до складу композицій для випуску оболонок оптиковолоконного кабелю. Армований поліетилен, на відміну чистого полімеру, може бути конструкційним матеріалом. Вироби з ПЕ добре піддаються зварюванню будь-якими методами: термоконтактним, газовим, із застосуванням прутка присадки, тертям і т.п.

Екологія та вторинне використання поліетилену

В останні роки поліетилен зазнає серйозного тиску через свою нібито не екологічність. Насправді цей матеріал – один із найбезпечніших. Проблема ПЕ в тому, що це основний полімер, що застосовується для плівок, у тому числі тонких, і пакетів з них. Не маючи адекватної політики щодо роздільного збору сміття, багато низькорозвинених країн займаються похованням величезної кількості ПЕ відходів, що призводить до потрапляння поліетилену в довкілля та водні ресурси та забруднення їх.

Рис.3. Пакети для сміття – типове застосування вторинного ПЕ

При цьому у разі правильного збору та сортування сміття, поліетиленові відходи стають цінним ресурсом та чудовою вторинною сировиною. Вже досить велика кількість підприємств у країнах колишнього СРСР закуповують відходи полімеру для переробки у вторинній сировині, отриманням гранул та подальшим використанням у своєму виробництві або продажем вторинного ПЕ на ринку. Таким чином, забруднення планети поліетиленом має незабаром зійти нанівець.

З чого роблять поліетилен