для чего используется полиэтилен
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.
Для чего используется полиэтилен
Трубы из полимера этилена появились на российском рынке сравнительно недавно, но уже получили признание у потребителей. Процесс изготовления полиэтиленовых труб мало чем отличается от выпуска пленки. Только экструдер нужен другой конструкции. В остальном все тоже самое – простое, дешевое и быстрое производство.
Полиэтиленовые пленки производятся с помощью экструдера. Процесс производства прост: в лоток машины засыпается полиэтилен в гранулах, внутри экструдера он нагревается и плавится, затем формуется. На выходе получается качественный пленочный материал, без которого сейчас не одно производство не может обойтись.
Листовой полиэтилен – термопластичный конструкционный материал. Фактически это ПЭ высокой или низкой плотности, который был спрессован в листы разной толщины. Такие листы прочные, жесткие и обладают высокой термической стойкостью. Они послужат отличной заменой древесным материалам и стеклу, хорошо держат цвет, мало весят и могут принять любую форму.
Упаковку из полиэтилена мы видим буквально на каждом шагу. В основном это тара для продуктов питания (бутылки, контейнеры, пакеты и т. д.). Без полиэтиленовой тары не обходится не одна отрасль промышленности. Изготавливается полиэтиленовая тара также как трубы и пленки, только процесс формования более сложный.
Пакеты из полиэтилена – это легкие и удобные мешки, используемые для хранения или переноски вещей и продуктов. Полиэтиленовые пакеты – это, то без чего не сможет обойтись ни одна торговая точка. Они могут изготавливаться в виде всем известных прозрачных фасовочных пакетов, пакетов-маек, мусорных мешков или оригинальных фирменных пакетов с изображением товарной марки.
Другие изделия
Где используется полиэтилен?
ПЭ – это универсальный материал. Полиэтилен в виде пленок разной структуры и плотности нашел применение в сельском хозяйстве, строительстве, пищевой промышленности. Полиэтиленовые трубы успешно используются при прокладке инженерных сетей (канализационные и водопроводные трубы, газопроводы) и коммуникаций (оболочка для кабелей).
Полиэтиленовая тара всех форм и размеров встречает нас на полках продуктовых и хозяйственных магазинов. Без нее уже не может обойтись не одна отрасль пищевой промышленности, будь то производство молочной продукции или кондитерское дело. В строительной отрасли востребована тепло-, паро- и гидроизоляция, изготовленная из полиэтиленового материала пористой структуры (вспененный полимер этилена).
Вывод. Изделия из полиэтилена стремительно занимают пустующие ранее экономические ниши рынка. И все больше отраслей промышленности включают в свои производства изделия из ПЭ, которые значительно облегчают производственный процесс и делают его более рентабельным. А данные статистики свидетельствуют о том, что производство полиэтилена в будущем только возрастет.
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
Что такое полиэтилен и где его используют?
Одним из наиболее распространённых в быту видов пластика является полиэтилен.
Современный человек встречает его буквально на каждом шагу: в него упаковывают продукты и непродуктовые товары, из него делают бутылки для воды и напитков, одноразовую посуду и множество других вещей.
Но что мы знаем о полиэтилене?
Что такое полиэтилен?
Как понятно из названия, полиэтилен – это полимер, т.е. вещество с длинной молекулой, образованной соединением ряда мономерных молекул. Мономеры могут соединяться в виде цепочек, сеток, образовывать формации неправильной формы. От того, при каких условиях происходит полимеризация, т.е. образование этих длинных молекул, зависят свойства получаемого полимера.
Основой для полиэтилена служит бесцветный газ этилен, который получают, перерабатывая определённые нефтепродукты – прямогонный бензин, газойль и др. Вещество, получаемое в ходе полимеризации, обладает хорошей термопластичностью, химической стойкостью, устойчивостью к ударным нагрузкам. Полиэтилен является диэлектриком, т.е. не проводит электроток.
Это твёрдое беловатое вещество, обладающее прозрачностью при раскатывании тонким слоем. Полиэтилен является одним из самых распространённых в мире полимеров.
Способы изготовления полиэтилена
В настоящее время существует три основных вида полиэтилена, которые различаются по способу переработки этилена:
— при высоком давлении получают полиэтилен небольшой плотности, который обозначается аббревиатурой ПВД либо ПЭНП;
— полученный при среднем давлении продукт обозначают как ПЭСД;
— при низком давлении образуется полиэтилен высокой плотности, который обозначают аббревиатурами ПНД либо ПЭНД.
Прочие способы полимеризации этилена не приобрели достаточной популярности, так как они либо чересчур затратны, либо не обеспечивают нужных качеств полимера.
Кроме того, существует ряд технологий для получения композитных составов и сополимеров. Полиэтилен объединяют с полипропиленом, каучуком, полиизобутиленом и др. В последние десятилетия активно используется так называемый сшитый полиэтилен, полимерная молекула которого обрзована мономерами, соединёнными не только в виде цепи, но и боковыми связями, напоминающими стежки нити.
Сшитый полиэтилен более прочен и долговечен, чем обычный. Его производят пероксидным, силановым, азотным и радиационным способами.
Использование полиэтилена
Сфер для применения столь полезного вещества, каким оказался полиэтилен, сегодня очень много. Его используют:
— в виде плёнок различной толщины, вида и назначения, предназначенных для упаковки, ламинации, склейки и т.д.;
— для изготовления тары и предметов обихода, от сельхозорудий и кухонных принадлежностей до детских игрушек;
— для производства труб различного назначения;
— в качестве электрической изоляции проводов и коммутационных элементов, для изготовления корпусов электроприборов и отдельных деталей;
— в качестве термоклея в виде порошка или стержней;
— в качестве теплоизолятора в виде вспененной массы, реализуемой листами или рулонами;
— для изготовления корпусов и деталей различных механизмов, от мелкой бытовой техники до тракторов и лодок;
— в медицине для изготовления инструментов, расходных материалов, заменителей хрящевой ткани и др.
Для потребителей наиболее важными свойствами являются водонепроницаемость полиэтилена, его химическая стойкость, пластичность, небольшой вес и достаточно высокая прочность. В последние десятилетия актуальность приобрела возможность повторного использования полиэтилена, благодаря чему экономятся невосполнимые природные ресурсы и не загрязняется окружающая среда.
Полиэтилен и экология
Повсеместное использование полиэтилена не только сделало нашу жизнь более удобной, но и привело к образованию огромного количества бытового и промышленного мусора, загрязняющего нашу планету. Срок естественного распада полиэтилена составляет около пятисот лет, поэтому надеяться на то, что этот мусор исчезнет сам собой, не приходится.
Сегодня в Тихом океане и в Атлантике плавают гигантские острова, образованные из полиэтиленовых бутылок, плёнки и других отходов. Проблема требует скорейшего решения, поскольку существование полиэтиленового мусора приводит к гибели живых существ, населяющих нашу планету, и ухудшению условий жизни для всех людей.