Описание и способы применения полиэтилена

Общая характеристика полиэтилена и где он применяется

Полиэтилен (ПЭ) — что это за материал, где используется

Полиэтилен является термопластичным полимером этилена из класса полиолефинов, представляет собой соединение с высокой молекулярной массой, содержащее повторяющиеся фрагменты.

— C H 2 — C H 2 — C H 2 — C H 2 —

Химическая формула полиэтилена:

( — C H 2 — C H 2 — ) n или ( C 2 H 4 ) n , г д е n — степень полимеризации.

Атомы углерода в веществе образуют ковалентные связи. Молекула характеризуется структурой в виде цепочки атомов углерода с двумя присоединенными атомами водорода.

Вещества из класса полиолефинов являются высокомолекулярными соединениями (полимерами), которые синтезируют из низкомолекулярных олефинов, или алкенов (мономеров), то есть непредельных углеводородов таких, как этилен, пропилен, бутилен и др. Полиолефины получают с помощью реакции полимеризации из одинаковых или различных мономеров, являющихся продуктами переработки нефти или природного газа.

Полиэтилен характеризуется молекулярной массой от 20 тыс. до 3 млн., которая определяется способом получения материала. Вещество обладает высокой химической стойкостью, плохо проводит тепло и электричество. Масса белого цвета после обработки преобразуется в тонкие бесцветные и прозрачные листы.

Первые упоминания об открытии полиэтилена датируются 1899 годом. Благодаря инженерам Гибсону и Фосету полиэтилен получил практическое применение и распространение в промышленности.

Сферы применения полиэтилена:

упаковка продукции и товаров;
транспортировка хрупких предметов;
покрытие парников и теплиц;
производство тары в виде бутылок, ящиков, канистр и других резервуаров;
изготовление садового и бытового инвентаря, в том числе леек и горшков;
выпуск трубопроводов для канализации, дренажа, газо- и водоснабжения;
получение термоклея;
производство деталей судоходного транспорта, моторов, технической аппаратуры;
устройство теплоизоляции, пароизоляции, гидроизоляции;
накопление твердых и жидких отходов.

Какие бывают виды

Материал характеризуется устойчивостью к низким температурам и допускается к эксплуатации при температурных показателях до –70°С. В некоторых случаях полиэтилен способен сохранять стабильность технических характеристик при –120°С. Разные типы материала производят из одинакового мономера, но продукция отличается по эксплуатационным качествам и целевому назначению. Это объясняется неодинаковыми строением молекул и разным характером их взаимодействия.

линейный;
нелинейный (разветвленный).

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

Исходя из условий полимеризации, выделяют следующие виды полиэтилена.

Полиэтилен высокого давления ( В Д ) или низкой плотности ( Н П ) , который получают в процессе радикальной полимеризации при воздействии давления в 1000-3000 атм. и температуры примерно в 180°С. В результате макромолекулы материала приобретают разветвленное строение, что служит причиной низкой плотности полиэтилена, то есть макромолекулы менее плотно упакованы.
Полиэтилен среднего давления ( С Д ) является результатом реакции в среде разбавителя при давлении в 35-40 атм. и температуре 125-150°С на металлооксидных катализаторах.
Полиэтилен низкого давления ( Н Д ) или высокой плотности ( В П ) . Материал производят с помощью полимеризации в среде органического растворителя при давлении примерно в 5 атм. и температуре менее 80°С. Катализаторами реакции являются металлоорганические комплексы, то есть катализаторы Циглера-Натта. Процесс осуществляется по ионному механизму.

Молекулярная масса полиэтилена высокого давления составляет от 80000 до 500000. Данный тип материала отличается легкостью, теплостойкостью, морозоустойчивостью. По мере увеличения плотности повышаются такие качества продукции, как прочность, жесткость, стойкость к агрессивным средам. Полиэтилен низкого давления устойчив к высоким и низким температурам, отличается глянцевой и блестящей поверхностью, ударопрочен, является хорошим диэлектриком.

Дополнительная классификация полиэтилена:

сшитый полиэтилен ( Р Е Х ) ;
вспененный полиэтилен ( П П ) ;
сверхвысокомолекулярный полиэтилен ( С В М П ) ;
хлорсульфированный полиэтилен ( Х С П ) .

Способ получения, уравнение

Основное сырье для производства полиэтилена — чистый этилен. Существует два способа получения материала.

Радикальная полимеризация, протекающая в газовой фазе. В результате получают полиэтилен высокого давления.
Координационно-ионная полимеризация, осуществляемая в жидкой среде бензина. Конечным продуктом является полиэтилен низкого давления.

Технология производства полиэтилена высокого давления включает следующие этапы:

исходное сырье смешивают с возвратным газом и кислородом;
газовая смесь сжимается под давлением в два цикла;
полимеризуется исходное сырье;
непрореагировавшее сырье отделяют от продукта;
жидкое вещество переводят в твердое состояние.

Читайте также:

Обои горячего тиснения

Виды технологического процесса выпуска полиэтилена низкого давления:

полимеризация, реализуемая в суспензии;
полимеризация, которая протекает в растворе, например, гексане;
полимеризация в газовой среде.

Процесс получения полиэтилена высокого давления протекает при повышенной температуре.

В том случае, когда полимеризация сырья осуществляется в условиях атмосферного давления и комнатной температуры при наличии триэтилалюминия и хлорида титана (IV), на выходе будет получен материал в виде полиэтилена низкого давления.

Свойства полиэтилена

Полиэтилен способен проявлять различные свойства. Данное качество обусловлено особенностями молекулярной структуры вещества. Свойства соединения зависят от молекулярной массы, степени кристалличности и разветвления полимерной цепи. С уменьшением разветвления повышается степень кристалличности полиэтилена. Можно сделать вывод о наличии линейной зависимости между показателями плотности и кристалличности материала.

Физические свойства полиэтилена:

Чистый материал обладает белой окраской, непрозрачен при определенной толщине. Тонкие полиэтиленовые полотна отличаются прозрачностью и отсутствием цвета.
Кристаллизация полиэтилена происходит при температуре от –60°С до –369°С.
Вещество не имеет запаха.
Полиэтилен обладает малым весом, плотность материала меняется в зависимости от вида и технологии изготовления.
Материал устойчив к ударным нагрузкам, представляет собой амортизатор.
Характеризуется низкой адгезией.
Материал обладает малым коэффициентом трения.
Полиэтилен абсолютно водонепроницаем, не смачивается водой и не впитывает влагу. В том случае, когда материал обрабатывают кислотой или окислителями, поверхность окисляется и смачивается водой, полярными жидкостями, клеями.
Нагрев до 80-120°С приводит к размягчению материала. Полиэтилен не устойчив к высокотемпературному воздействию, не допускается к эксплуатации в экстремальных условиях.
Полимер отличается стойкостью к низким температурам, сохраняет стабильность технических характеристик при температуре от –70-100°С. Определенные виды материала способны выдерживать мороз до –120°С.
Тонкие полиэтиленовые пленки характеризуются высокой гибкостью и прозрачностью. Листовой материал приобретает жесткость, степень его прозрачности снижается.
Полиэтилен обладает хорошими диэлектрическими свойствами.
Вещество характеризуется устойчивостью к влаге.
Материал используется для паро- и гидроизоляции, проницаем для кислорода и углекислого газа.
Соединение, подвергаясь воздействию ультрафиолетового излучения, приобретает хрупкость. В качестве защиты от данного явления при производстве в продукт добавляют стабилизатор в виде углеродной сажи.

Химические свойства полиэтилена:

Полиэтилен представляет собой химически стойкое вещество.
Материал не вступает в химические реакции со щелочью в любой концентрации, с растворами нейтральных, кислых, основных солей, органическими и неорганическими кислотами, концентрированной серной кислотой.
Разрушение соединения происходит при контакте полиэтилена с 50%-й азотной кислотой в условиях комнатной температуры, а также при взаимодействии с жидким и газообразным хлором и фтором. При температуре выше 60°С вещество разрушается при воздействии серной и азотной кислоты.
В условиях комнатной температуры полимер не растворяется в растворителях органического происхождения. Если температура превышает 80°С, вещество набухает, а затем растворяется при взаимодействии с углеводородами и их галогенопроизводными.
В процессе горения полиэтилена можно наблюдать голубоватое пламя слабого свечения с желтым острием, парафиновый запах. При отстранении материала от источника огня горение продолжается, появляются потеки.
Процесс разложение полиэтилена, как и пластмассы, длится порядка 500 лет и наносит большой вред окружающей среде. Данный срок определяется видом и составом полимера.
Материал биологически инертен.

С целью расщепления на полиэтилен воздействуют 50%-й азотной кислотой, галогенами в виде хлора и фтора. Данное свойство материала активно используют для его утилизации и получения новых соединений. Особенностью продукции является простота переработки. Материал стареет в течение короткого времени. Увеличить эксплуатационный ресурс продукта можно с помощью добавок в виде специальных соединений (аминов, фенолов, газовой сажи).

Разложение материала, реакция, опасность для окружающей среды

Полиэтилен характеризуется удобством эксплуатации и универсальным применением, что объясняет его популярность в разных отраслях промышленности. При этом материал сложно утилизировать. Многие государства вводят лимиты на производство, сбыт и использования полиэтиленовых пакетов. Существует два метода переработки пластика:

литье под давлением;
экструзия.

Читайте также:

Сайдинг под зеленую крышу

Полиэтилен утилизируют путем сжигания. Данный способ применяют редко по причине большого количества выбросов продуктов горения в атмосферу, что приводит к ее загрязнению и отравляет окружающую среду.

Технология получения продукции из переработанного полиэтиленового материала состоит из нескольких основных стадий:

промывка исходного сырья;
измельчение;
отделение от влаги и загрязнений путем обработки массы в центрифуге;
повторная промывка;
сушка.

Полученное вторсырье допускается использовать повторно. С помощью экструдирования из него изготавливают компоненты трубопроводных систем и второсортный пленочный материал. Существует природный способ утилизации полиэтилена. Плесневелые грибы особой разновидности расщепляют материал, предварительно обработанный азотной кислотой, в течение 3 месяцев.

Наиболее распространены в качестве упаковки и тары полиэтиленовые пакеты, которые разлагаются за 100-200 лет. Срок разложения материала в естественной среде может достигать 5 веков. Это обстоятельство наносит существенный вред окружающей среде и ухудшает экологическую обстановку в целом. В связи с этим на постоянной основе в некоторых странах проводят мероприятия по борьбе с загрязнением природы. Одним из способов является введение в состав полиэтилена специальных добавок-деградантов, которые ускоряют время разложения материала в естественной среде до 1-3 лет. В результате образуются:

вода;
углекислый газ;
биомасса.

Если тара и упаковка изготовлены из чистого материала низкого или высокого давления, даже при использовании стабилизаторов такая продукция разлагается не быстрее, чем за 100 лет. Процесс можно ускорить, если на этапе экструдирования добавить в состав оксо-окислитель. Наиболее эффективным является d2w, запускающий окислительный процесс при контакте полиэтилена с ультрафиолетом, влагой или свежим воздухом.

Повышенное внимание мирового сообщества к проблеме загрязнения окружающей среды полиэтиленом обусловлено масштабными негативными последствиями разложения материала, в том числе рисками отравления людей и животных. Продукты распада материала проникают в почву и попадают напрямую в живой организм вместе с пищей и водой.

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:

Не проводит электрический ток.
Не подвергается изменению формы при ударе – амортизирует.
Размягчается при нагревании свыше 800С.
Имеет низкую адгезию.
Не реагирует с водой, она просто с него стекает.
Не вступает в химическую реакцию со щелочами, кислотами, солями.
Подвергается химическому разрушению – 50% азотной кислотой, а также галогенами – хлором и фтором.

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.

ПВД – полиэтилен низкой плотности.
ПНД – полиэтилен высокой плотности.

Также среди собратьев выделяют класс линейного полиэтилена.

Полиэтилен высокого давления

Молекулярный вес 80000-500000. Полученный материал легкий, теплостойкий, переносит охлаждение до -1200С.

Свойства находятся в зависимости от плотности. Чем выше плотность, тем выше прочность, жесткость, твердость, стойкость к действию химических реагентов.

Полиэтилен низкого давления

Теплостойкость до 1100С.
Переносимое охлаждение до – 800С.
Имеет глянцевую, блестящую поверхность.
Характеризуется ударопрочностью, высокими диэлектрическими показателями.

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:

Линейный полиэтилен высокого давления, обозначающийся аббревиатурой ЛПВД.
Полиэтилен высокого давления, обозначающийся аббревиатурой ПВД.
Полиэтилен среднего давления, обозначающийся аббревиатурой ПСД.
Полиэтилен низкого давления, обозначающийся аббревиатурой ПНД.

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.

Сшитый полиэтилен, имеющий обозначение РЕХ.
Вспененный полиэтилен, имеющий обозначение ПП.
Свервысокмолекулярный полиэтилен, имеющий обозначение СВМП.
Хлорсульфированный полиэтилен, имеющий обозначение ХСП.

Получение полиэтилена

Основным сырьем для получения служит чистый этилен. Определены две основные химические технологии получения полиэтилена:

радикальная полимеризация, которая протекает в газовой фазе;
координационно-ионая полимеризация, которая осуществляется в жидкой среде бензина.

По данным технологиям получают два вида материала:

первое — это полиэтилен высокого давления;
второе – это полиэтилен низкого давления.

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.

Смешение исходного сырья с возвратным газом и «товарищем» кислородом.
Сжатие газовой смеси, протекающее в две стадии.
Этап полимеризации исходного сырья.
Разделения продукта и непрореагировавшего сырья.
Перевод жидкого продукта в гранулы.

Полиэтилен низкого давления

Название говорит само за себя. В технологии получения используют низкое давление. Исходным сырьем является также мономер – этилен.

По способу получения разделяют:

Полимеризацию, протекающую в суспензии.
Полимеризацию, протекающую в растворе, чаще всего жидкой средой служит гексан.
Полимеризация в газовой среде.

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.

Читайте также:

Пол над водяным теплым полом

Стоит отметить, что природа пытается сама спасти себя от пагубного действия полиэтилена. Выведены плесневые грибы, которые способны за три месяца «слопать» полиэтилен, который был «приготовлен» для них – обработкой азотной кислотой.

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.

Полиэтилен: свойства и применение

Полимер представляет собой органическое соединение, относится к классу полиолефинов. Термопластичный полимер этилена своеобразная масса прозрачных тонких листов имеет множество практичных качеств, сделавших его незаменимых в обиходе. Его часто называют целлофаном.

История возникновения

Первая дата упоминания об изобретения полиэтилена относится к 1899 г. Родина возникновения химического соединения – Германия. Однако заслуга практичного применения и распространения материала в его современном виде принадлежит инженерам Гибсону и Фосету. С середины прошлого столетия для производства кабельной продукции, позднее для выработки упаковочного материала широкое использование получил синтетический полимерный материал. Так применение полиэтилена в промышленности позволило создавать новые виды продукции.

Химическая формула полиэтилена (CH2CHR)n

Разновидности

Известно две основные группы полимеров, которые различают по прочности и плотности основы материала. Это

Полиэтилен высокой плотности (высокого давления)
Полиэтилен низкой плотности (низкого давления)
Промышленность также выпускает полиэтилен средней плотности.

В разных источниках можно встретить другие названия, к примеру, сополимеры и гомополимеры. Но все они являются производными от двух основных групп. В процессе производства разработаны различные технологии выпуска широко востребованного материала. Именно технологические различия и физические свойства полиэтилена обосновывают разнообразность данного вида продукции.

Высокая прочность материала, другие востребованные свойства, которые обосновывают широкое использование тонкой прозрачной пленки, в сочетании с относительно низкой стоимостью производства, позволяют постоянно расширять область применения. Особенное свойство, обуславливающее термопластичность полиэтилена, вывело продукт на верхние позиции популярных упаковочных материалов.

Особенности химического состава дают поистине неограниченные возможности его использования. В своей основе вещество является высокомолекулярным соединением, которое состоит из длинных разветвленных цепей. В зависимости от технологических особенностей производственного процесса при полимеризации вещества изменяются свойства конечного продукта.

Полимеризация при давлении 130 -150 МПа дает полиэтилен низкой плотности, он более пластичный. Полиэтилен высокой плотности, имеет склонность растрескиваться при физическом воздействии. Это обуславливается тем, что изготавливается в процессе каталитической полимеризации, линейная структура практически не содержит боковых ответвлений.

Свойства

В зависимости от плотности молекулярной массы продукта могут меняться его физические свойства полиэтилена.

Полиэтилен низкого давления свойства:

Имеет высокую способность к растяжению.
Стоек к химическим соединениям.
Не пропускает влагу.
Высокая теплостойкость.
Морозоустойчивость при сильном охлаждении.

Полиэтилен низкого давления применение:

Изготавливается пищевая и упаковочная пленка.
Рабочие перчатки и изоляционные материалы.
Широкое применение в кабельной промышленности.

Полиэтилен высокого давления свойства:

Допускается растрескивание под воздействием нагрузок.
Может деформироваться и менять изначальные размеры.
Отличается высокой химической стойкостью.
Диэлектричен.
Высокая радиационная устойчивость.
Морозоустойчив.

В промышленности из него изготавливается тара, упаковка для парфюмерной и пищевой промышленности (бутылки, тюбики и др.). Пригоден для изготовления контейнеров, труб и деталей трубопроводов. Разнообразие и физические свойства полиэтилена делают возможным успешно использовать материал в разных сферах деятельности. Материал занимает лидирующие позиции по использованию среди других пластмасс.

Важно. Полиэтилен безопасный для здоровья и экологически безвредный материал. Легко подлежит переработке, используется во вторичной форме.

Основные особенности присущие синтетическому материалу придают различия молекулярно-массовых распределений внутри полимера. Чем выше плотность молекулярной массы, тем жестче и тверже становится пластмасса. Эти химические свойства полиэтилена влияют на влагопроницаемость, прозрачность и стойкость при сохранении целостности поверхности готовой продукции.

Сферы применения

Изделия из полиэтилена применяются практически везде. Из прочного и недорогого материала изготавливают упаковку и контейнера для транспортировки товаров на длительные расстояния. Уникальные диэлектрические свойства полиэтилена нашли свое применение в производстве инструмента, защитной и рабочей одежды, кабельной продукции, товарах бытового применения и многое другое.

Универсальные свойства и применение полиэтилена в самых различных сферах повышает спрос и стимулирует разработку новых видов товаров и изделий. Из пнд изготавливают:

Провода для линий электропередач.
Изделия для использования в медицине.
Геотекстиль.
Новые виды строительных и отделочных материалов.
Инструменты и инвентарь для садово-огородного применения.
Изделия для авиационной промышленности.

Сфер применения полимера много, так применение пнд обусловливают особенности физических свойств и технические характеристики готовой продукции. Структура молекулы полиэтилена нд отличается кристалличностью и имеет иную плотность. Особенности производства – температура изготовления 120-150 0 С, давление до 2 МПа. Для выработки требуется присутствие специального катализатора.

При охлаждении полимера в процессе производства образуются плотные соединение имеющие стабильную устойчивость к высоким температурам. Из такого материала изготавливаются изделия, пригодные для кипячения и контакта с высокотемпературной средой.

Не менее широко используется полиэтилен высокого давления.Его примененяют при изготовлении товаров для морской, автомобильной, строительной промышленности и иных сферах производства. В основу производства легли некоторые химические отличия пластмассы, которые базируются на более низкой степени кристаллизации вещества. ПВД примененяют в следующих направлениях:

Изготовления выдувных изделий.
Выпуск пленок для упаковки.
Литье пластмасс под давлением.
Выпуск кабельной продукции.

Процесс изготовления ПЭВД — температура 200- 260 0 С, давление 150 – 300 МПа. Присутствие кислорода или органического пероксида обязательно.

Важно. Легкий эластичный, кристаллизующийся материал с теплостойкостью до 60 0 имеет один существенный недостаток – быстро стареет.

Пленки из полиэтилена

При производстве пленки и листов из полиэтилена может быть использован материал любой плотности. Популярная полиэтиленовая пленка, характеристики которой значительно выше, чем у других видов упаковки — один из самых востребованных и экономичных товаров. Современные технологии позволяют создать пленку из ПЭ толщиной от 0,03 мм, длина рулона достигает 300 м.

Пленка пригодна для упаковки пищевой продукции, сохраняет качество и внешний вид товара. Давно стали привычными некоторые виды спецодежды, изготовленные из непромокаемой пленки – плащи, накидки, перчатки хозяйственные и многое другое.

Армированная пленка характеризуется высокой прочностью и используется для изготовления скатертей, упаковки, защитной одежды, для производства теплиц. Сферы применения изделий из ПЭ постоянно расширяются, свойства полиэтиленовой пленки поистине универсальны.

Упаковочный материал в листах толщиной от 1 до 6 мм с шириной до 1400 мм вырабатывают методом вакуумного формирования. Крупногабаритные изделия из ПЭНД прочно вошли в нашу жизнь. Это трубы сантехнические, ванны, бачки и емкости различного назначения. Технологические приемы разнообразят ассортимент и назначение изделий, товары народного потребления из пластмассы вошли в каждый дом.

Ведущее место в мире сегодня занимает производство изделий из полимера. Ширится разновидность марок изделий. Основные группы, выпускаемые на сегодняшний день из полиэтилена и сополимеров, насчитывает не один десяток, давая возможность развиваться новым технологиям. Выпуск востребованных и качественных товаров постоянно увеличивается, находя новые сферы применения.

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.

Применение полиэтилена: какие изделия делают, как перерабатывают

Полиэтилен уже прочно вошел в повседневную жизнь современного человека, став незаменимой ее частью. В нем объединились свойства, несовместимые для других материалов: прочность и пластичность, твердость и гибкость, мягкость и абсолютная инертность к химическим реагентам. Он неподвластен бактериям гниения и грибку, период его естественного разложения составляет более 100 лет. Мы даже порой не замечаем, как много нужных и полезных вещей вокруг сделаны из полимерных материалов, среди которых именно полиэтилен занимает ведущую позицию. И это не только всем известные пакеты, но также множество окружающих нас пластмассовых изделий.

Области применения

Полиэтилен используется практически во всех областях человеческой деятельности: в быту, сельском хозяйстве, химической и автопромышленности, производстве всевозможных приборов и аппаратов и т.д. Его уникальные свойства нашли применение всюду:

Более 35-ти % ПЭ идет на упаковку, так как он не пропускает жидкостей и газов, обладает водо-и грязеотталкивающими свойствами;
Отличные диэлектрические свойства сделали его применимым в изготовлении электроизоляционных материалов;
Практически абсолютное отсутствие водопоглощения (менее 2-х % объема) делает его одним из лучших гидроизоляторов;
Стойкость к различным активным веществам, прочность, гибкость, изоляционные свойства позволили применять его в изготовлении трубопроводов для воды, пищевых и технических жидкостей и даже газа;
Малая теплопроводность и звукопоглощение полиэтилена используются при создании теплозащитных и шумоизолирующих материалов для строительства, устройства коммуникаций, приборо-и машиностроения;
Прочность и эластичность позволяют создавать из него детали к различной бытовой либо промышленной технике;
Совместимость с тканями живого организма дает возможность изготовления из некоторых видов полиэтилена медицинских протезов, внешних и даже внутренних;
Множество других направлений, среди которых есть даже такие оригинальные, как изготовление бронежилетов.

ИНТЕРЕСНО! Производство полиэтилена занимает первое место во всем мировом производстве пластмасс, так как он сам по себе является одним из самых дешевых пластиков, а его применение сокращает траты на монтажные работы в несколько раз благодаря малому весу и легкой свариваемости ПЭ конструкций.

Изделия из полиэтилена

Типы ПЭ

Полиэтилен изготавливается путем укрупнения молекул углеводорода этилена. Процесс полимеризации может проходить при совершенно различных условиях: температура, давление, сопутствующие реакции вещества дают разные полимерные модификации с широким диапазоном характеристик:

Полиэтилен «высокого давления» (ПВД) имеет небольшую плотность, относится к наиболее мягким пластикам и применяется для изготовления более гибких и эластичных изделий. Изделия из него получаются с наиболее гладкими и блестящими поверхностями, имеющие высокий коэффициент прозрачности.
Полиэтилен «низкого давления» (ПНД) гораздо более плотный и твердый. Применяется для изготовления наиболее прочных изделий, выдерживающих большие нагрузки.
Линейный ПЭ объединяет в себе прочность ПНД и эластичность ПВД, что необходимо в производстве целого ряда продукции и особенно находит применение в изготовлении пленок.
Сверхмолекулярный полиэтилен обладает уникальными свойствами прочности и стойкости перед различными физическими и химическими воздействиями.

ВАЖНО! Вопреки убеждениям о невозможности эксплуатации полиэтилена при высоких температурах из-за его термопластичности, некоторые его виды свободно используются для изготовления отопительных труб и горячего водоснабжения. Это термостойкий и так называемый «сшитый» (сверхмолекулярный) виды полиэтилена, имеющие структуру, близкую к кристаллической решетке особо твердых веществ.

Виды продукции

Ассортимент полиэтиленовой продукции поражает своей широтой и «всеохватностью»:

Пленки для упаковки, гидроизоляции, постройки теплиц (замена стекла), изготовления непромокающей одежды (плащи, перчатки) и т.п.:
- Гладкие,
- Пузырчатые,
- Стрейчевые,
- Термоусаживаемые,
- Скотч.
Емкости разного назначения – от пластиковой бутылки и пищевого контейнера до канистр и баков объемом до 200 литров.
Трубы напорные либо безнапорные диаметром от 10-ти до 1600 мм с разной толщиной стенок:
- Водопроводные,
- Газовые,
- Канализационные,
- Дренажные,
- Отопительные.
Посуда как одноразовая, так и для более длительного использования, а также цветочные горшки и т.п.
Игрушки детские и елочные, сувенирная продукция.
Электроизоляционные оболочки и пластины.
Антикоррозийные покрытия для металлических труб, емкостей и других изделий.
Амортизаторы для механической защиты предметов при транспортировке, защиты закапываемых в землю трубопроводов от сезонных и сейсмических сдвигов пород и др.
Вспененные материалы для теплоизоляционных оболочек, подложек, прокладок при строительстве зданий, приборо-и автомобилестроении.
Корпуса для разных приборов, аппаратов, лодок и т.п.
Инженерные конструкции, предметы благоустройства придомовых и детских площадок.
Накопители для экологически опасных веществ и для отходоперабатывающих полигонов.
Медицинские аппараты и протезные элементы.
Сухой термоклей в виде полиэтиленового порошка.

Правила работы с изделиями из ПЭ

Несмотря на множество оригинальных свойств, полиэтилен все же остается термопластичным полимером, который в чистом виде боится слишком высоких для него температур, а также стареет под действием открытого действия атмосферных факторов. Поэтому для увеличения времени эксплуатации ПЭ изделий необходимо:

Полиэтилен и его свойства способы применения и разновидности

Основные виды продукции из полиэтилена и сфера применения

Лидирующие позиции занимает производство полиэтиленовой пленки: как ПНД, так и ПВД применяется для изготовления различных видов пленочной продукции. Сюда относится и скотч, и пузырчатая упаковка, и пищевая пленка. Кроме того, сфера применения полиэтилена определяется следующими видами продукции:

Различные виды тары, включая бутылки, ящики и многое другое.
Канализационные и водопроводные трубы. Особенно широкое распространение получили дренажные системы и полиэтиленовые конструкции для автономной канализации, а также организации сточных вод.
Изоляция. Так как данный полимер – сильный диэлектрик, использование полиэтилена в качестве гибкой и эластичной изоляции электрокабеля полностью оправдано и технически, и экономически.
Бронепанели и броненакладки для военной техники, бронежилетов. Особые марки ПЭ повышенной плотности показывают лучшие характеристики по сравнению со сталью и другими металлами.
Корпуса различных изделий и товаров широкого потребления. В частности, материал применяется в качестве альтернативы дереву и стали при изготовлении оборудования для благоустройства придомовых территорий (детские площадки, лавочки и т.п.).
Теплоизоляционный материал. Во вспененном состоянии полиэтилен приобретает хорошие теплоизоляционные свойства, также будучи звуко- и гидроизолятором.

Исходя из этих видов продукции можно сделать выводы о весьма широкой сфере применения. Полимер применяется в пищевой промышленности, торговле, строительстве, медицине, электротехнике и во многих других областях. Также сырье может использоваться для изготовления различных комбинированных и композитных материалов в качестве клея.

Видео

Самые популярные виды

Выделяют несколько видов ПЭ, которым требуются разные условия для протекания реакции полимеризации. Различают ПЭ:

сверхмолекулярный;
линейный;
ПВД (расшифровывается как полиэтилен высокого давления);
ПСД (расшифровывается как полиэтилен среднего давления);
ПНД (расшифровывается как полиэтилен низкого давления).

Плотность ПВД довольно незначительна, поэтому это наиболее эластичный и мягкий из всех видов полиэтилена. Он отличается гладкостью поверхности, а также довольно прозрачен. Изделия, выполненные из этого материала, обычно блестят. Он применяется при производстве эластичных мембран разных видов. Получают ПВД полимеризацией этилена при температуре 190–300 °C и давлении порядка 130–250 МПа. В качестве инициаторов реакции выступают: кислород, бензоил, лаурил или их смеси.

Полиэтилен среднего давления получают при следующих условиях: давление – 2,5–7 МПа, температура 130–240 °C, участие оксидных катализаторов, например, Cr2O3. В результате происходящей химической реакции полиэтилен образует хлопья, которые оседают в растворе. По уровню кристалличности он выше полиэтилена высокого давления на 30 %. Кроме того, материал отличается и более высокой, чем ПВД, плотностью.

Особенно высока плотность полиэтилена низкого давления. Благодаря этому материал пригоден для производства разнообразных деталей механизмов, подвергающихся значительным нагрузкам. Для получения ПНД необходимы следующие условия: температура – 60–80 °C, давление – 0,2–0,6 МПа (реакция возможна и при атмосферном давлении), участие комплексных металлорганических катализаторов.

Линейному полиэтилену присущи ценные свойства предыдущих разновидностей ПЭ. У него такая же высокая прочность, как у ПНД, вместе с тем он эластичен, как полиэтилен высокого давления. Поэтому данный материал широко применяется при изготовлении пленок. Сложнее всего изготовить сверхмолекулярный ПЭ. Однако материал, полученный в итоге, по своим свойствам превосходит все другие виды полиэтилена. Он используется для производства элементов сложных механизмов.

Виды полиэтилена

Помимо детально описанных в этой статье ПЭНД и ПЭВД промышленностью производятся и используются другие многочисленные типы полиэтиленов, основными группами из которых являются:

ЛПНП, LLDPE — линейный полиэтилен низкой плотности. Этот тип завоевывает всё большую популярность. По свойствам этот полиэтилен подобен ПЭВД, однако превосходит его по многим параметрам, в том числе по прочности и стойкости изделий к короблению.

mLLDPE, MPE — металлоценовый ЛПЭНП.

MDPE — ПЭ средней плотности.

ВМПЭ, HMWPE, VHMWPE — высокомолекулярный.

СВМПЭ, UHMWPE — сверхвысокомолекулярный.

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.

Получение полиэтилена

радикальная полимеризация, которая протекает в газовой фазе;
координационно-ионая полимеризация, которая осуществляется в жидкой среде бензина.

По данным технологиям получают два вида материала:

первое — это полиэтилен высокого давления;
второе – это полиэтилен низкого давления.

Полиэтилен высокого давления

Технология получения протекает через образование промежуточного соединения с последующим его распадом.

Радикалы, которые образуются, являются основоположниками полимеризации мономера.

nСН2 =» СН2 (-СН2-СН2-)n.

Технологию получения можно представить следующими стадиями:

Смешение исходного сырья с возвратным газом и «товарищем» кислородом.
Сжатие газовой смеси, протекающее в две стадии.
Этап полимеризации исходного сырья.
Разделения продукта и непрореагировавшего сырья.
Перевод жидкого продукта в гранулы.

Полиэтилен низкого давления

По способу получения разделяют:

Полимеризацию, протекающую в суспензии.
Полимеризацию, протекающую в растворе, чаще всего жидкой средой служит гексан.
Полимеризация в газовой среде.

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

Контакт с катализатором недолгий и составляет всего 10-15 минут.

Использование полиэтилена

— в виде плёнок различной толщины, вида и назначения, предназначенных для упаковки, ламинации, склейки и т.д.;

— для производства труб различного назначения;

— 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.

Свойства полиэтилена

Полиэтилен представляет собой термопластичный полимер плотностью 910—970 кг/м 3 и температурой размягчения 110—130 °С. Выпускаемый в промышленности разными методами полиэтилен различается по:

плотности,
молекулярной массе
степени кристалличности.

Устойчивость полиэтилена к агрессивным средам

Полиэтилен не растворяется при комнатной температуре в органических растворителях. При температуре выше 70 °С он набухает и растворяется в хлорированных и ароматических углеводородах.

Полиэтилен стоек к действию концентрированных кислот, щелочей и водных растворов солей. Концентрированная серная и соляная кислоты практически не действуют на полиэтилен.

Азотная кислота и другие сильные окислители разрушают полиэтилен.

Для увеличения стойкости к термоокислительным процессам и атмосферным воздействиям в полимер вводят различные стабилизаторы.

История ПЭ

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.

Сферы применения

Провода для линий электропередач.
Изделия для использования в медицине.
Геотекстиль.
Новые виды строительных и отделочных материалов.
Инструменты и инвентарь для садово-огородного применения.
Изделия для авиационной промышленности.

Сфер применения полимера много, так применение пнд обусловливают особенности физических свойств и технические характеристики готовой продукции. Структура молекулы полиэтилена нд отличается кристалличностью и имеет иную плотность. Особенности производства – температура изготовления 120-150С, давление до 2 МПа. Для выработки требуется присутствие специального катализатора.

Изготовления выдувных изделий.
Выпуск пленок для упаковки.
Литье пластмасс под давлением.
Выпуск кабельной продукции.

Процесс изготовления ПЭВД — температура 200- 260С, давление 150 – 300 МПа. Присутствие кислорода или органического пероксида обязательно.

Важно. Легкий эластичный, кристаллизующийся материал с теплостойкостью до 60 имеет один существенный недостаток – быстро стареет.

Краткое описание, методы переработки, основное назначение, качественная оценка свойств полиэтилена и специфические особенности

Полиэтилен высокого давления ПЭВД (низкой плотности)следующих марок:

15303-003, 15602-008, 15902-020, 16802-070*, 17602-006, 17702-010, 17802-015, 18002-030, 18102-035*, 18202-055, 18302-120*

Нейтральный материал кристалической структуры с низким водопоглощением, стабилен во влажной среде, невысокие показатели прочности, значитиельное удлинение при растяжении, эластичный материал, стойкий к растрескиванию, хорошие диэлектрические показатели. Химически стоек к агресивным средам и органическим растворителям за исключением бензина, бензола, хлороформа и четыреххлористого углерода, нетоксичен

Методы переработки: Литье под давлением. Центробежное литье. Экструзия. Раздувка. Пневматическое, вакуумное формование. Штамповка. Механическая обработка резанием, сверлением, фрезерованием и т.д. Сварка при расплавлении горячим воздухом. Пресование. Вихревое и другие виды напыления

Основное назначение: Заглушки, пробки, пленочные изделия, емкости, электроизоляционные материалы защитные антикорозионные и декоративные покрытия

Полиэтилен низкого давления ПЭНД (высокой плотности) следующих марок :

20106-001, 20206-002, 20306-005, 20406-007, 20506-007, 20606-012, 20706-016, 20806-024, 20906-040, 21006-075*

Нейтральный материал кристалической структуры, большее содержание кристалической фазы, выше плотность, механическая прочность и теплостойкость, чем у ПЭВД, хорошие диэлектрические свойства. Химически стоек, более стоек к бензину, бензолу, хлороформу, чем ПЭВД

Основное назначение: Детали машин, корпусные детали, приборостроение, трубы, фитинги, емкости, электроизоляционные материалы, пленки, покрытия.