Физические свойства полиэтилена: что это такое и из чего делают пластик

Вопросы и ответы

Что такое полиэтилен?

Как следует из названия, полиэтилен — это полимер, то есть вещество с длинной молекулой, образованное путем объединения ряда мономерных молекул. Мономеры могут соединяться в виде цепочек, сетей и образовывать образования неправильной формы. В каких условиях происходит полимеризация, т.е образование этих длинных молекул, зависит от свойств получаемого полимера.

Основа полиэтилена — бесцветный газ этилен, который получают при переработке некоторых нефтепродуктов: наливного бензина, дизельного топлива и др. вещество, полученное при полимеризации, обладает хорошей термопластичностью, химической стойкостью и ударопрочностью. Полиэтилен — диэлектрик, т.е не проводит электрический ток.

Это твердое, беловатое, прозрачное вещество при нанесении тонким слоем. Полиэтилен — один из самых популярных полимеров в мире.

История возникновения

Первое упоминание об изобретении полиэтилена относится к 1899 году. Родиной химического соединения является Германия.

Однако заслуга в практическом применении и распространении материала в его нынешнем виде принадлежит инженерам Гибсону и Фосету. С середины прошлого века синтетический полимерный материал стал широко применяться для производства кабельной продукции, а затем и для производства упаковочного материала. Таким образом, использование полиэтилена в промышленности позволило создать новые виды продукции.

Англичане подхватывают и выигрывают

Современный полиэтиленовый материал родился в лаборатории британской компании Imperial Chemical Industries. Э. Фоссет и Р. Гибсон провели эксперименты с участием газов высокого и низкого давления и отметили, что один из узлов оборудования, в котором проводились эксперименты, был покрыт неизвестным воскообразным веществом. Заинтригованные побочным эффектом, они предприняли несколько попыток получить это вещество, но безуспешно.

Полимер был синтезирован двумя годами позже М. Перреном, сотрудником той же компании. Именно он создал технологию, послужившую основой для промышленного производства полиэтилена. Впоследствии свойства и качества материала менялись только при использовании различных катализаторов. Массовое производство полиэтилена началось в 1938 году и было запатентовано в 1936 году.

производство полиэтилена

Формула полиэтилена

ПЭ — это органическое вещество с длинными «телами» молекул. Химический состав молекулы этого полимера имеет простую форму и визуализируется как цепочка атомов углерода, к каждой из которых присоединены две молекулы водорода. Формулу полиэтилена можно записать как

(–CH2–) нет (C2H4) n,

где n — степень полимеризации.

Формула полиэтилена

Полиэтилен синтезируется в двух вариантах, полученных из СН2 = СН2, которые различаются по структуре, а, следовательно, и по свойствам. В одной из модификаций мономеры соединены в линейные цепи с индексом полимеризации более 5000. В другой модификации к цепи хаотично присоединены ответвления из 4-6 атомов углерода. Для синтеза линейных полиэтиленов используются специальные катализаторы; производство происходит при температуре до 150 ° C и давлении до 20 атмосфер.

 Свойства полиэтилена

Полиэтилен способен проявлять различные свойства. Это качество связано с особенностями молекулярного строения вещества.

Свойства соединения зависят от молекулярной массы, степени кристалличности и разветвленности полимерной цепи. С уменьшением разветвленности степень кристалличности полиэтилена увеличивается. Можно сделать вывод, что существует линейная зависимость между плотностью и кристалличностью материала.

Свойство 1

Физические свойства полиэтилена:

  1. Чистый материал имеет белый цвет и непрозрачен до определенной толщины. Тонкие полиэтиленовые листы прозрачны и бесцветны.
  2. Кристаллизация полиэтилена происходит при температуре от -60 ° С до -369 ° С.
  3. Вещество без запаха.
  4. Полиэтилен легкий, плотность материала варьируется в зависимости от типа и технологии производства.
  5. Материал устойчив к ударным нагрузкам, является амортизатором.
  6. отличается низкой адгезией.
  7. Материал имеет низкий коэффициент трения.
  8. Полиэтилен абсолютно водонепроницаем, не промокает водой и не впитывает влагу. В случае обработки материала кислотами или окислителями поверхность окисляется и смачивается водой, полярными жидкостями, клеями.
  9. Нагревание до 80-120 ° C приводит к размягчению материала. Полиэтилен не устойчив к воздействию высоких температур, использование в экстремальных условиях не допускается.
  10. Полимер устойчив к низким температурам, сохраняет стабильность технических характеристик при температуре от -70 до 100 ° С. Некоторые виды материалов выдерживают замерзание до –120 ° C.
  11. Тонкие полиэтиленовые пленки отличаются высокой гибкостью и прозрачностью. Листовой материал становится жестким, степень его прозрачности снижается.
  12. Полиэтилен обладает хорошими диэлектрическими свойствами.
  13. Вещество устойчиво к влаге.
  14. Материал используется для пароизоляции и гидроизоляции, пропускает кислород и углекислый газ.
  15. Состав становится хрупким под воздействием ультрафиолета. Для защиты от этого явления при производстве в продукт добавляется стабилизатор в виде технического углерода.

Свойство 2

Химические свойства полиэтилена:

  1. Полиэтилен — химически стойкое вещество.
  2. Материал не вступает в химические реакции со щелочами любой концентрации, с растворами нейтральных солей, кислот, оснований, органических и неорганических кислот, концентрированной серной кислоты.
  3. Разрушение соединения происходит при контакте полиэтилена с 50% -ной азотной кислотой при комнатной температуре, а также при взаимодействии с жидкими и газообразными хлором и фтором. При температуре выше 60 ° C вещество разрушается под действием серной и азотной кислоты.
  4. При комнатной температуре полимер не растворяется в органических растворителях. Если температура превышает 80 ° C, вещество набухает, а затем растворяется при взаимодействии с углеводородами и их галогеновыми производными.
  5. В процессе горения полиэтилена может наблюдаться голубоватое пламя слабого свечения с желтым наконечником, запах парафина. При удалении материала от очага возгорания горение продолжается, появляются потеки.
  6. Процесс разложения полиэтилена, как и пластика, занимает около 500 лет и наносит серьезный ущерб окружающей среде. Этот срок определяется типом и составом полимера.
  7. Материал биологически инертен.

С целью расщепления полиэтилен подвергается воздействию 50% -ной азотной кислоты, галогенов в виде хлора и фтора. Это свойство материала активно используется для его использования и получения новых соединений. Особенностью продукта является простота обработки. Материал стареет за короткое время. Увеличить срок службы продукта можно за счет использования добавок в виде специальных соединений (аминов, фенолов, технического углерода).

Химические

Имущество Имея в виду
Газопроницаемость низкий
Паропроницаемость низкий
Устойчив к органическим и неорганическим кислотам высокая (за исключением раствора азотной кислоты 50)
Устойчивость к солевым растворам высокий
Взаимодействие с щелочью не взаимодействует
Растворимость в органических растворителях низкий (слегка набухает)
Химические вещества, разрушающие полиэтилен газообразный и жидкий фтор и хлор

Благодаря своим химическим свойствам полиэтиленовые емкости могут содержать воду, спирт, соки, бензин, кислоты, масла, растворители. Если упаковать товар в полиэтиленовый пакет или фольгу, они в свою очередь надежно защитят его от вышеперечисленных жидкостей.

Физические

Физические свойства полиэтилена сильно зависят от его типа. HDPE более легкой плотности мягче, чем полиэтилен низкой плотности. Он более эластичный, меньше страдает от разрывов и проколов, но имеет более низкую температуру плавления. Полиэтилен низкого давления тверже и прочнее из-за большей плотности.

Имущество Имея в виду
Цвет от прозрачного до белого в зависимости от толщины
Запах у нее нет
Эластичность высокий
Твердость чем ниже плотность, тем мягче
Плотность, г / см3 полиэтилен высокого давления — 0,900-0,939; полиэтилен низкого давления — 0,931-0,970
Ударопрочность высокий
Рабочие температуры, 0С -70 +80
Температура плавления, 0С полиэтилен высокого давления — + 103-110; полиэтилен низкого давления — + 125-132
Абсорбционная способность низкий
Текущая проводимость не ведет

Также существует ультрамолекулярный полиэтилен, выдерживающий сверхнизкие и сверхвысокие температуры (от -260 до +120 0С), более устойчивый к растрескиванию и воздействию химикатов. Этот вид полиэтилена также имеет значительно повышенную износостойкость.

Недостатки полиэтилена: Главный недостаток полиэтилена — низкая устойчивость к старению под воздействием солнечных лучей и УФ-лучей. Уменьшение негативного эффекта этого свойства достигается добавлением производных технического углерода и бензофенона.

Положительные физико-химические свойства полиэтилена можно улучшить добавлением различных химикатов в процессе полимеризации или переработкой готового полиэтилена:

1. С добавлением олефинов и полярных мономеров прозрачность и эластичность улучшаются, а трещины уменьшаются;

2. Добавление сополимеров и других полимеров улучшает ударопрочность;

3. Хлорирование, бромирование и фторирование улучшают химическую и термостойкость.

Способы изготовления полиэтилена

В настоящее время существует три основных типа полиэтилена, которые различаются способом обработки этилена:

— при высоком давлении получается полиэтилен низкой плотности, который обозначается буквами LDPE или LDPE;

— продукт, полученный при среднем давлении, обозначается как PESD;

— при низком давлении образуется полиэтилен высокой плотности, который обозначается аббревиатурой HDPE или HDPE.

Другие методы полимеризации этилена не получили достаточной популярности, так как они либо слишком дороги, либо не обеспечивают требуемых качеств полимера.

Кроме того, существует множество технологий производства композитов и сополимеров. Полиэтилен сочетается с полипропиленом, резиной, полиизобутиленом и др. в последние десятилетия активно используется так называемый сшитый полиэтилен, полимерная молекула которого наполнена мономерами, соединенными не только цепочкой, но и боковыми связями, подобными нитевому шву.

XLPE прочнее и долговечнее обычного полиэтилена. Его получают пероксидным, силановым, азотным и радиационным методами.

Полиэтилен высокого давления

Синтезируется при давлении 150-300 МПа, температуре 200-2600 ° С в присутствии кислородсодержащего катализатора: кислорода, перекиси водорода.

Технология изготовления предусматривает образование промежуточного соединения с последующим его разложением.

Образующиеся радикалы являются основоположниками полимеризации мономеров.

nCH2 = «CH2 (-CH2-CH2-) n.

Технология производства может быть представлена ​​следующими этапами:

  • Смешивание сырья с возвратным газом и кислородным компаньоном.
  • Компрессия газовой смеси в два этапа.
  • Этап полимеризации сырья.
  • Разделение продукта и непрореагировавшего сырья.
  • Превращение жидкого продукта в гранулы.

Полиэтилен низкого давления

Имя говорит само за себя. В технологии изготовления используется низкое давление. Исходным материалом также является мономер — этилен.

По способу получения они делятся:

  • Полимеризация, происходящая во взвешенном состоянии.
  • Полимеризация происходит в растворе, чаще всего жидкой средой выступает гексан.
  • Полимеризация в газовой атмосфере.

Реакции, протекающие в жидкой фазе, нашли более широкое применение, чем в газовой фазе.

Процесс в жидкой среде происходит при высокой температуре до 25000 С. При этом заданном давлении, которое находится в диапазоне 3,4-5,3 МПа.

Контакт с катализатором непродолжительный и занимает всего 10-15 минут.

Продукт выделяют из реакционной смеси путем удаления растворителя. Этот процесс происходит в испарителе, затем смесь переносится в сепаратор, а из него в вакуумную камеру, где происходит гранулирование. Полученный твердый продукт пропаривают паром.

Какие бывают виды

Материал отличается устойчивостью к низким температурам и допускается к эксплуатации при температуре до -70 ° С. В некоторых случаях полиэтилен способен сохранять стабильность технических характеристик при –120 ° C. Из одного и того же мономера производятся разные типы материалов, но продукты различаются по характеристикам и назначению. Это связано с неодинаковой структурой молекул и разным характером их взаимодействия.

Разновидности полиэтилена:

  • линейный;
  • нелинейные (разветвленные).

В первом случае мономеры образуют линейные цепи, имеют степень полимеризации от 5000, отличаются отсутствием боковых ответвлений от основной цепи. Нелинейный полиэтилен характеризуется наличием множества боковых цепей, случайно прикрепленных к основной цепи.

Читайте также: Принцип работы фонтана: как он выглядит и кто его придумал

По условиям полимеризации различают следующие типы полиэтилена.

  1. Полиэтилен высокого давления (HP) или низкой плотности (LP), который получают в процессе радикальной полимеризации при воздействии давления 1000-3000 атм и температур около 180 ° C. В результате макромолекулы материала приобретают разветвленную структуру, что является причиной низкой плотности полиэтилена, то есть макромолекулы менее плотно упакованы.
  2. Полиэтилен среднего давления (MD) является результатом реакции в среде разбавителя при давлении 35-40 атм и температуре 125-150 ° C на металлооксидных катализаторах.
  3. Полиэтилен низкого давления (LP) или высокой плотности (VP). Материал получают полимеризацией в органическом растворителе при давлении около 5 атм и температуре ниже 80 ° C. Катализаторы реакции представляют собой металлоорганические комплексы, то есть катализаторы Циглера-Натта. Процесс осуществляется по ионному механизму.

Диэлектрическая проницаемость полиэтиленов:

Полиэтилен ср, Гц
50 103 106
ПВД (ПВД) 2,28 2,28 2.2
HDPE (HDPE) 2.3 2.3 2.3

Показатели пожароопасности полиэтиленов:

Полиэтилен Температура Теплота сгорания
Телевидение Цв МДж / кг
Полиэтилен 306 417 44-47

(Температура возгорания ТВ, температура самовоспламенения Tgw)

HDPE, LDPE — при снятии горит в огне
Цвет пламени синий, ярко светится желтой вершиной, центр пламени синий.
Характер горения — небольшое количество сажи, без образования сажи, расплав капает, капли горят.
Запах — горение парафина (потухшая свеча)

Основные производители полиэтилена в России и СНГ

Полиэтилен Название бренда Режиссер
Полиэтилен высокой плотности (полиэтилен низкой плотности) ПВД, (ПВД), ПВД Ангарский завод полимеров (Ангарск)

Томский нефтехимический завод (Томск)

Казаньоргсинтез (Казань)

Завод композитных материалов (Томск)

Завод Севилья (Казань)

Полимер (Новополоцк, Беларусь)

Полиэтилен низкой и средней плотности (HDPE) HDPE, (HDPE), PESD, HDPE, MDPE, Ставролен, Лукотен Ставролен (Лукойл-Нефтехим)

Томский нефтехимический завод

Казаньоргсинтез

Полиэтилен с очень высокой молекулярной массой СВМПЭ, ПЭ-СВМП Опытное производство Томского нефтехимического завода
Севилья Севилья, EVA Завод Севилья (Казань)

Температурные характеристики полиэтилена:

Полиэтилен Предел рабочей температуры Термостойкость по Мартенсу, С Точка слияния
начальство низший
Полиэтилен высокой плотности LDPE (LDPE) 60-70 -45 100-108
Полиэтилен низкого давления HDPE (HDPE) 70-80 -60 120–135

Основные зарубежные аналоги отечественных марок полиэтилена:

Полиэтилен Название бренда Бизнес
Полиэтилен низкой плотности LDPE (полиэтилен высокой плотности LDPE) LDPE Вордиановый полиэтилен Вордиан
Типолен Тисзай Вегий Комбинат (ТВК)
Стамилан ЛД SABJC Euro Petrochemical
Риблене Полимеры Европа
Noovapol NOVA Chemistry
Луполен Базель
Индотен Индийская нефтехимия
J-Rex LD Япония Полиолефины
Гален-L Haldia Petrochemical
Эскорен-ЛД Exxon Mobil Chemia
Hostalene Байер
Полиэтилен высокой плотности HDPE (HDPE полиэтилен низкой плотности) HDPE HDPE Земид дю Пон
Ядерный SK химикаты
Ксилокс Ксилокс Северная Америка
Thai-zex Бангкокский полиэтилен
Нихтлин Тисзай Вегий Комбинат (ТВК)
Стамилан-HD SABIC Ero-Petrochemicaks
Релене Rtlinct Indastri
Pilene ОРЕХИ
Луполен Базель
Индотен-HD Индийская нефтехимия
J-Rex LD Японские полиолефины (JPO)
Хален-Н Haldia Petrochemical
Прекрати это АТОФИНА
Геракл Полимери эропа
Escorene-HD Axxon Mobil Chemical
Элтекс BP Solvay Полиэтилен
Альратен Люсите Интернэшнл, Кенос
Baylon Байер
СВМПЭ (ЛПЭНП) Альратуфф Qenos
Clearflex Полимери Европа
Dowlex ДОУ
Избыток Exxon Mobil Chemistry
Эволюция Mitsui Petrochemical
Формолен Formosa пластики
G-Lene Гейл
Harmonex LL; J-Rex LL Япония Полиолефины
Innovax BP Solvay Полиэтилен
Ladene САБИК
Марлекс Chevron Phillipc Chemistry
Нипролон-Л; Нипролон-З Тосох
Реклер Reliance Indactries
Rexell Химический охотник
Прозрачный NOVA Chemistry
Стамилан Л.Л Собич Евро Нефтехимикал
Сумиратен-L Сумитомо химик
Витцекс Mutsui Petrochemical
Воридианский медицинский работник (HXP) Воридианский
EVA (EVA) Атева В Пластик
EBAC Воридианский
Элвакс Мост ду
Escorene Exxon Mobil Chemistry
Эвафлекс Mitsui Petrochemical
Избегать Сумитомо химик
Evateno Политено
GrRenflex Полимери Европа
Миравитен Ленна
Нипифлекс Тосох
Преодолей это Equistar

Использование полиэтилена

Существует множество сфер применения такого полезного вещества, каким оказался полиэтилен. Его используют:

— в виде пленок различной толщины, типа и назначения, предназначенных для упаковки, ламинирования, склейки и др;

— для изготовления тары и предметов домашнего обихода, от сельскохозяйственных и кухонных инструментов до детских игрушек;

— для производства труб различного назначения;

— в качестве электроизолятора проводов и коммутационных элементов, для изготовления корпусов электроприборов и отдельных частей;

— в виде горячего клея в виде порошка или палочек;

— как теплоизолятор в виде вспученной массы, реализуемой в листах или рулонах;

— для изготовления корпусов и деталей различных механизмов, от мелкой бытовой техники до тракторов и лодок;

— в медицине для изготовления инструментов, расходных материалов, заменителей хряща и т д.

Для потребителей важнейшими свойствами являются водостойкость полиэтилена, его химическая стойкость, пластичность, малый вес и достаточно высокая прочность. В последние десятилетия приобрела важность возможность повторного использования полиэтилена, который экономит незаменимые природные ресурсы и не загрязняет окружающую среду.

Сферы применения

Практически повсеместно используются изделия из полиэтилена. Упаковка и тара для перевозки грузов на дальние расстояния выполнены из прочного и экономичного материала. Уникальные диэлектрические свойства полиэтилена нашли свое применение при производстве инструментов, защитной и рабочей одежды, кабельной продукции, предметов домашнего обихода и многого другого.

Универсальные свойства и применение полиэтилена в самых разных областях повышают спрос и стимулируют разработку новых видов товаров и продуктов. Из ПНД производятся:

  • Кабели для ЛЭП.
  • Продукты для использования в медицине.
  • Геотекстиль.
  • Новые виды строительных и отделочных материалов.
  • Инструменты и инвентарь для садоводства.
  • Продукция для авиационной промышленности.

Области применения полимера множество, поэтому использование HDPE определяет характеристики физических свойств и технических характеристик готового продукта. Молекулярная структура полиэтилена отличается кристалличностью и плотностью.

Характеристики продукции: температура изготовления 120-1500С, давление до 2МПа. Для производства требуется наличие специального катализатора.

Когда полимер охлаждается в процессе производства, образуются плотные соединения, которые обладают стабильной устойчивостью к высоким температурам. Этот материал используется для изготовления продуктов, пригодных для кипячения и контакта с высокотемпературной средой.

Не менее распространен полиэтилен высокого давления, который используется при производстве товаров для морской, автомобильной, строительной и других отраслей промышленности. Производство основывалось на некоторых химических отличиях пластмасс, которые основывались на более низкой степени кристаллизации вещества. LDPE используется в следующих сферах:

  • Производство выдувных изделий.
  • Выпуск упаковочной пленки.
  • Литье пластмасс под давлением.
  • Выпуск кабельной продукции.

Технологический процесс производства ПВД — температура 200-2600С, давление 150-300 МПа. Присутствие кислорода или органической перекиси обязательно.

Важный. Легкий и эластичный кристаллизующийся материал с термостойкостью до 600 имеет существенный недостаток — он быстро стареет.

Экология и вторичное использование

Простота использования полиэтилена затмевается сложностью утилизации. Поэтому многие страны уже ввели ограничения на производство, продажу и использование пластиковых пакетов.

Обработка материала происходит известными для пластмасс методами: литье под давлением, экструзия.

возгорание тоже возможно, но в атмосферу выбрасывается огромное количество продуктов сгорания.

Полиэтилену дается новая жизнь: исходные отходы промываются, измельчаются, отделяются от влаги и отходов в центрифуге, снова промываются, отправляются в сушильную камеру — на выходе получается вторичное сырье, пригодное для нового использования. Затем методом экструзии из нее производят трубы, пленку второго сорта.

Стоит отметить, что природа пытается спастись от вредного воздействия полиэтилена. Выведены плесневые грибы, способные «съесть» полиэтилен за три месяца, который для них «приготовили» — обработкой азотной кислотой.

На нашей планете созданы все условия для жизни человека, мы должны с уважением использовать ее дары и беречь природу.

Разделение мусора по разным мусорным бакам — простое, но очень полезное действие, которое спасает нашу Землю и позволяет нам получать новые полезные материалы.

Способы переработки

В зависимости от того, как гранулированное сырье было обработано, будет зависеть степень получения полиэтилена. Общие способы:

  • Экструзия (экструзия). Применяется для производства труб, упаковки и других видов пленок, листового материала для строительства и отделки, производства кабелей, полиэтиленовой гильзы и других изделий.
  • Литье, литье термовакуумным методом. В основном используется для изготовления упаковочных материалов, коробок и т.д.
  • Экструзионно-выдувное формование, ротационное. С помощью этого метода получаются контейнеры для массовых грузов, громоздкие контейнеры и суда.
  • Армирование. По определенной технологии в формируемую полиэтиленовую массу закладываются армирующие элементы (металл), что дает возможность получить строительный материал большей прочности, но с меньшими затратами.

Из чего состоит полиэтилен, помимо основных компонентов? Требуются технологический катализатор и добавки, которые изменяют свойства и качество готового материала.

полиэтиленовые крышки

Оцените статью
Блог про технические приборы и материалы