Полиэтилен считается одним из самых распространенных видов пластика. И его можно встретить не только в полиэтиленовых пакетах. В этой статьей мы расскажем про то, какой бывает полиэтилен, какими свойствами он обладает и где используется, кроме пищевой упаковки.
Полиэтилен — это термопластичный полимер с переменной кристаллической структурой, различные типы которого находят массу применений. Он также является рекордсменом по объему производства: ежегодно во всем мире производится десятки миллионов тонн полиэтилена. Процесс производства ПЭ с использованием катализаторов Циглера-Натта, разработанный в 1950-х годах двумя учеными, Карлом Циглером из Германии и Джулио Натта из Италии, помог этому полимеру стать таким популярным.
Применение полиэтилена
Существует несколько типов полиэтилена, и каждый из которых находит применение в своей области. Вообще говоря, полиэтилен высокого давления (ПВД) гораздо более кристаллический и часто используется в совершенно других условиях, чем полиэтилен низкого давления (ПНД). Например, ПНД широко используется для производства пластиковой упаковки, например, пакетов для продуктов или полиэтиленовой пленки.
Полиэтилен высокого давления, напротив, широко применяется в строительстве (например, при изготовлении дренажных труб). Сверхвысокомолекулярный полиэтилен высокой плотности (СВМП) находит применение в таких вещах, как медицинское оборудование и пуленепробиваемые жилеты.
Виды полиэтиленов
Полиэтилен можно разделить на несколько видов, среди которых полиэтилен низкого давления, линейный полиэтилен низкого давления, полиэтилен высокого давления и полиэтилен сверхвысокой молекулярной массы. Среди других вариантов выделяют полиэтилен среднего давления (ПСД), сверхнизкомолекулярный полиэтилен (PE-WAX), высокомолекулярный полиэтилен (HMWPE), сшитый полиэтилен высокого давления (СПВД), сшитый полиэтилен (PEX) и хлорированный полиэтилен (CPE).
- Полиэтилен низкого давления (ПНД) — это очень гибкий материал с уникальными свойствами текучести, что делает его особенно подходящим для изготовления пакетов для покупок и других пластиковых пленок. ПНД обладает высокой пластичностью, но низкой прочностью на разрыв, что проявляется в его склонности к деформации при растяжении.
- Линейный полиэтилен низкой плотности (LLDPE или ЛПНД) очень похож на ПНД, но обладает дополнительными преимуществами. В частности, свойства линейного полиэтилена низкого давления можно изменить путем корректировки компонентов рецептуры, а общий процесс производства такого полиэтилена обычно менее энергоемкий, чем в случае ПНД.
- Полиэтилен высокого давления (ПВД) — это прочный, умеренно жесткий пластик с высококристаллической структурой. Он часто используется для производства пластмассовой упаковки для молока, стиральных порошков, мусорных баков и разделочных досок.
- Сверхвысокомолекулярный полиэтилен (СВМП) представляет собой чрезвычайно плотную версию полиэтилена, молекулярная масса которого обычно на порядок больше, чем у ПВД. Он может быть скручен в нити с прочностью на разрыв во много раз большей, чем у стали, и часто используется для создания пуленепробиваемых жилетов и другого оборудования, где требуются прочные материалы.
Физические свойства полиэтилена
Полиэтилен классифицируется как «термопластичный» полимер благодаря своей реакции на нагревание. Термопластичные материалы становятся жидкими при температуре плавления (110-130 градусов Цельсия в случае ПНД и ПВД соответственно). Полезным свойством термопластов является то, что их можно нагревать до температуры плавления, охлаждать и снова нагревать без разрушения внутренней структуры.
Вместо горения термопласты, такие как полиэтилен, разжижаются, что позволяет проводить с ними литье под давлением, а затем перерабатывать. В отличие от этого, термореактивные пластмассы можно нагревать только один раз (обычно в процессе литья под давлением). При первом нагревании термореактивные материалы затвердевают (подобно эпоксидной смоле, состоящей из 2 частей), что приводит к химическим изменениям, которые невозможно обратить вспять.
Если вы попытаетесь нагреть термореактивный пластик до высокой температуры во второй раз, он загорится Эта характеристика делает термореактивные материалы плохими кандидатами для переработки. Так как полиэтилен термопластичный, его переработка относительно легкая.
Ниже представлены все основные физические характеристики полиэтилена:
| Параметр | Величина |
| Плотность | 952 — 965 кг/м3 |
| Предел текучести | 2.62×107 — 3.1×107 Па |
| Прочность на растяжение | 2.21×107 — 3.1×107 Па |
| Относительное удлинение | 11.2 — 12.9% |
| Твердость по Виккерсу | 7.75×107 — 9.71×107 Па |
| Удельная вязкость | 1.9×105 — 2×105 Дж/м2 |
| Модуль Юнга | 1.07×109 — 1.09×109 Па |
| Максимальная рабочая температура | 113 — 129 °C |
| Температура плавления | 130 — 137 °C |
| Проводимость | Изолятор |
| Удельная теплоемкость | 1.7×103 — 1.81×103 Дж/кг°C |
| Коэффициент теплового расширения | 1.06×10-4 — 1.98×10-4 °С-1 |
Таблица физических характеристик полиэтилена
Производство полиэтилена
Процесс производства полиэтилена, как и других пластмасс, начинается с перегонки углеводородного топлива (в данном случае этана) в более легкие группы, называемые фракциями. Некоторые из них объединяются с катализаторами для получения пластмасс (обычно путем полимеризации или поликонденсации).
Процесс производства полиэтилена можно разделить на:
- Метод высокого давления, который используется для производства полиэтилена низкой плотности;
- Метод среднего давления;
- Метод низкого давления.
Метод высокого давления используется для производства полиэтилена низкого давления. Этот метод был разработан рано. На полиэтилен, производимый этим методом, приходится около 2/3 от общего объема производства полиэтилена, но с развитием технологии производства и катализаторов темпы его роста значительно отстают от метода низкого давления.
Что касается метода низкого давления, существует несколько вариантов этого метода. Первый в основном используется для производства полиэтилена высокой плотности, в то время как два других — метод раствора и метод газовой фазы — позволяют не только производить полиэтилен высокой плотности, но также производить полиэтилен средней и низкой плотности путем добавления сомономеров, таких как линейный полиэтилен низкой плотности и винил. Быстро развиваются различные процессы низкого давления.
Метод высокого давления
Способ полимеризации этилена в полиэтилен низкой плотности с использованием кислорода или пероксида в качестве инициатора. Этилен поступает в реактор после вторичного сжатия и полимеризуется в полиэтилен под давлением 100-300 МПа, температурой 200-300 °C и действием инициатора. Полиэтилен в форме пластика экструдируется и гранулируется после добавления присадок.
Для полимеризации используются трубчатые реакторы (с длиной трубы до 2000 м) и резервуарные реакторы. Коэффициент конверсии за один проход трубчатого процесса составляет от 20% до 34%, а годовая производственная мощность одной линии составляет 100 тыс. тонн. Коэффициент конверсии резервуарного реактора составляет от 20% до 25%, а годовая производственная мощность одной линии составляет 180 тыс. тонн.
Метод низкого давления
Это еще один процесс производства полиэтилена, который можно разделить на три типа: метод суспензии, метод раствора и метод газовой фазы. За исключением метода раствора, давление полимеризации во всех этих методах поддерживается ниже 2 МПа. Общие этапы включают приготовление катализатора, полимеризацию этилена, разделение полимера и гранулирование.
Понравился наш материал? Подписывайся на «Популярный университет» в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram.