Полиэтилен

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:

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.

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

Полиэтилен, виды, характеристики, свойства и получение

Полиэтилен, виды, характеристики, свойства и получение.

Полиэтилен – термопластичный полимер этилена. Является органическим соединением и имеет длинные молекулы.

Описание и характеристики полиэтилена:

Полиэтилен – термопластичный полимер этилена, относится к классу полиолефинов. Также называется политеном.

Полиэтилен является органическим соединением и имеет длинные молекулы …—CH2—CH2—CH2—CH2—…, где «—» обозначает ковалентные связи между атомами углерода . Таким образом, молекула полиэтилена имеют простую химическую структуру и представляет собою цепочку атомов углерода , к каждому из которых присоединены две молекулы водорода.

Химическая формула полиэтилена2H4)n. Молекулярный вес – до 500 000 г/моль.

Химическая формула этилена, из которого производится полиэтилен, C2H4. Рациональная формула этилена CH2=CH2.

В свою очередь полиолефины представляют собой класс высокомолекулярных соединений (полимеров), получаемых из низкомолекулярных веществ – олефинов (мономеров) – непредельных углеводородов (этилена, пропилена, бутилена и других альфа-олефинов). Они вырабатываются из нефти или природного газа путём полимеризации одинаковых (гомополимеризации) или разных (сополимеризации) мономеров в присутствии катализатора.

Полиэтилен внешне представляет собой твердую массу белого цвета (тонкие листы прозрачны и бесцветны).

Существует две модификации полиэтилена: линейный и нелинейные полиэтилен. Они отличаются друг от друга по структуре и соответственно по свойствам. В первой –линейной форме мономеры связаны в линейные цепи со степенью полимеризации обычно 5000 и более. Они не имеют боковых ответвлений от основной цепи. В другой – нелинейной форме имеются многочисленные боковые ответвления мономеров, которые присоединены к основной цепи случайным способом.

Полиэтилен проявляет различные свойства. Разнообразие свойств полиэтилена можно объяснить его молекулярной структурой, молекулярной массой и степенью кристалличности, которая, в свою очередь, зависит от молекулярной массы и степени ветвления мономеров. Чем меньше разветвлены полимерные цепи и чем меньше молекулярная масса, тем выше кристалличность полиэтилена и тем более он плотный. Таким образом, существует линейная зависимость между плотностью и степенью кристалличности.

Полиэтилен самый распространенный из полимеров . Каждый год его производится более 100 миллионов тонн, что составляет 34 % от общего объема производства всех пластмасс .

Физические, химические и иные свойства полиэтилена:

– чистый полиэтилен имеет белый цвет, непрозрачен в толстом слое, тонкие листы прозрачны и бесцветны,

– кристаллизуется в диапазоне температур от -60 °С до минус 369 °С,

– не имеет запаха,

– имеет небольшой вес и различную плотность, которая зависит от разновидности и способа получения определенного вида полиэтилена,

– не чувствителен к удару, является амортизатором,

– имеет чрезвычайно низкую адгезию,

– обладает низким коэффициентом трения ,

– характеризуется абсолютной водонепроницаемостью. Он не смачивается водой и не впитывает ее. Однако кратковременная обработка полиэтилена кислотой или окислителями приводит к окислению поверхности и смачиванию ее водой, полярными жидкостями и клеями. В этом случае изделия из полиэтилена можно склеивать,

– при нагревании до 80-120°С размягчается. Полиэтилен не способен противостоять высоким температурам, что не дает возможность использовать его в экстремальных условиях,

– характеризуется морозостойкостью. Полиэтилен может эксплуатироваться при температурах от -70°С до 100 °С. Некоторые виды полиэтилена сохраняют свои полезные свойства при температурах ниже -120°С. Морозостойкость полиэтилена зависит от разновидности и способа получения определенного вида полиэтилена,

– полиэтилен в виде тонких пленок обладает высокой гибкостью и прозрачностью, а в виде листов становится жестким и непрозрачным,

– устойчив к действию воды,

– обладает отличной пароизоляцией и гидроизоляцией. Но проницаем для кислорода и углекислого газа ,

– под действием солнечного света становится хрупким. В качестве добавки-стабилизатора от воздействия ультрафиолетового излучения используют углеродную сажу,

– является химически стойким веществом,

– не реагирует со щелочами любой концентрации, с растворами нейтральных, кислых и основных солей, органическими и неорганическими кислотами, даже с концентрированной серной кислотой. Но разрушается при действии 50%-й азотной кислоты при комнатной температуре и под воздействием жидкого и газообразного хлора и фтора. При температурах выше 60 °С серная и азотная кислоты также быстро его разрушают.

– при комнатной температуре не растворяется в органических растворителях. При температуре выше 80 °С сначала набухает, а затем растворяется в ароматических углеводородах и их галогенопроизводных,

– горит голубоватым пламенем, со слабым светом и желтым кончиком, при этом издаёт запах парафина, то есть такой же, какой исходит от горящей свечи. Материал продолжает гореть на удалении источника пламени и производит потеки,

– из-за своей химической стойкости в естественной среде разлагается в течение порядка 500 лет, что существенно ухудшает экологическую обстановку. Поэтому для борьбы с загрязнением окружающей среды полиэтиленовыми пакетами около 40 стран ввели запрет или ограничение на продажу и (или) производство пластиковых пакетов. Однако если в состав полиэтилена ввести специальные добавки-деграданты время разложения в естественной среде составляет до 1,5-3 лет. Благодаря добавкам-биодеградантам он разлагается на элементарные составляющие: воду, углекислый газ и биомассу,

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.

Свойства и применение полимера полиэтилен

21-й век общепринято называть не только временем высоких технологий, но и веком полимеров. Именно благодаря получению новых веществ, синтезированных путем проведения сложных реакций, из нефти и других природных ископаемых, современная наука смогла получить сотни различных материалов.

За счет своих свойств, многие полимеры уже практически полностью вытеснили из некоторых сфер промышленности и быта привычные природные вещества – натуральный камень и древесину. Стоимость производства пластмасс невысокая, а технические характеристики некоторых полимеров не уступают металлу, что дало мощный толчок в широком распространении этих искусственно получаемых высокомолекулярных соединений.

Среди всех синтетических материалов однозначным лидером считается полиэтилен – вещество, получаемое путем полимеризации молекул этилена при соблюдении определенных технологических процессов. Область применения полиэтилена достаточно широка – от производства пакетов до строительных мембран и трубопроводов.

Основные разновидности

На сегодняшний день существует большое количество разновидностей полиэтилена, которые обладают определенными свойствами и техническими характеристиками. В зависимости от способа получения, различаются не только свойства, но и маркировка полиэтилена:

  • полиэтилен низкого давления (ПЭНД, HDPE). В процессе поляризации газообразного этилена благодаря определенному уровню давления, молекулярные связи имеют более плотную структуру и минимум ответвлений. Благодаря этому, материал имеет высокую прочность на разрыв. Другое название такого материала – полиэтилен высокой плотности (ПЭВП);
  • полиэтилен высокого давления (ПЭВД, LDPE). Отличается наличием длинных молекулярных цепей с большим количеством ответвлений. Обладает большей эластичностью, но меньшей прочностью на разрыв;
  • вспененный полиэтилен (ППЭ). По структуре полимер имеет большое количество закрытых пор, заполненных газом. Материал отличается низкой теплопроводностью, благодаря чему получил широкое применение в качестве утеплителя, звуко и гидроизолятора. Из него изготавливаются различные строительные пленки и мембраны;
  • сшитый полиэтилен (XPE, XPLE, PEX). Такой материал получают методом сшивки поперечных звеньев молекул. В итоге получается единая трехмерная структура, обладающая повышенной прочностью. Изделия из сшитого ПЭ получили высокий уровень жесткости и термостойкости, благодаря чему из полимера производят различные трубы;
  • линейный полиэтилен (ЛПЭНП, ПЭСП, LLDPE). Эту разновидность получают благодаря полимеризации молекул этилена с олефинами. По внутренней структуре линейный ПЭ отличается наличием большого числа коротких ответвлений и высокой прочностью молекулярной цепочки.

Кроме того существует еще масса разновидностей полиэтилена – хлорированный, армированный, экструдированный, пищевой, сверхвысокомолекулярный. Название и маркировка различных видов полиэтилена зависит от способа получения и дополнительных свойств материала.

Основные свойства и характеристики

Вне зависимости от маркировки и способа получения, полиэтилен, свойства и применение которого немного отличаются, обладает целым рядом общих характеристик:

  • абсолютная водонепроницаемость. Полимер не смачивается водой и не впитывает ее, если к нему не были применены различные химические реагенты, в основном кислоты и окислители;
  • высокая химическая стойкость. Материал не взаимодействует с водными растворами любых щелочей, кислот и солей, при комнатной температуре не поддается воздействию любых органических растворителей. При повышении температуры выше +60 градусов, легко растворяется под действием серной и азотной кислот;
  • имеет небольшой вес и различную плотность. Показатели зависят от разновидности и способа получения определенного вида полиэтилена;
  • кристаллизация полимера наступает в диапазоне температур от -60 до -296 градусов Цельсия.

Несмотря на наличие широкого спектра полезных свойств, которыми обладает полиэтилен, недостатки у материала также имеются. Они не являются глобальными, но их тоже стоит знать.

В первую очередь, любой полиэтилен не разлагается в естественной среде, что может существенно ухудшить экологию планеты. Второй момент – это неспособность полимера противостоять высоким температурам (больше 100-120 градусов), что не дает возможности применять его в экстремальных температурных условиях.

Области применения

Благодаря широкому распространению, техническим характеристикам и невысокой стоимости получения, полиэтилен применяется во многих отраслях промышленности и народного хозяйства. Основными сферами использования можно считать следующие:

  • строительство. Сегодня существует масса специальных монтажных пленок и мембран, которые широко используют при постройке объектов в качестве паро и гидроизоляции. Для прокладки различных инженерных коммуникаций (в основном, магистрали подачи холодной воды), широко используются трубы из сшитого полиэтилена. В качестве изоляции проводов также применяют специальные защитные короба из полиэтилена;
  • упаковка. Наиболее распространенная область применения ПЭ. Мы уже не можем себе представить альтернативу пластиковым бутылкам, в которых мы регулярно покупаем напитки, масло, бытовую химию и многие другие товары. Существует масса полиэтиленовых контейнеров, для технического использования и пищевой промышленности. Упаковочный скотч и стретч-пленка изготавливаются также из полиэтилена. Пакеты для продуктов, которые продаются в любом супермаркете – это тоже продукт полимеризации этилена;
  • сельское хозяйство. Большой выбор различных пленок и мембран из полиэтилена дает возможность быстро и недорого изготовить парники и теплицы, системы полива и орошения с полиэтиленовыми насадками также получили широкое распространение;
  • товары народного потребления. Начиная от детских игрушек (используется только пищевой ПЭ) и, заканчивая бытовыми приборами, полиэтилен широко используется в нашей жизни.

Кроме того, некоторые разновидности этого полимера применяют в автомобилестроении и медицине.

Низкая стоимость, легкий и быстрый процесс получения, позволили полиэтилену получить широкое распространение во многих отраслях промышленности и быта, что по праву ставит этот полимер на первое место по популярности.

Что такое полиэтилен. Его особенности и характеристики, сферы применения

ПЭ (полиэтилен) представляет собой термический полимер. Атомы углерода в его молекуле соединены между собой сложными ковалентными взаимосвязями. Этот материал имеет вид массы белого цвета, является диэлектриком. Ему свойственны невысокая адгезия, водонепроницаемость, высокая химическая устойчивость. Тонкий слой такого материала достаточно прозрачен.

Когда появился полиэтилен

Этот материал впервые стал известен в конце 19-го века. Его можно отнести к первым полимерам. Впервые его случайно удалось получить в 1899 г. немецкому химику Гансу фон Пехманну. Тем не менее, из-за недостаточной изученности его свойств, данный материал почти не использовался. Лишь в 1930 г. полиэтилен впервые был использован как изолятор в процессе изготовления токопроводящего кабеля. После углубленного исследования свойств ПЭ удалось установить, что этот материал является химически нейтральным. По этой причине уже с 1950 г. полиэтилен стал широко применяться в качестве упаковки для пищевых продуктов. Тем самым он стал заменой используемой раньше в этих целях бумаге.

Особенности производства полиэтилена

Чтобы изготовить полиэтилен, требуется особая химическая реакция, в результате которой упрочняются молекулы углеводорода этилена. Какими будут окончательные характеристики полученного материала, зависит от того, как происходила реакция полимеризации. Особенное внимание должно уделяться пропорциям компонентов, а также давлению и температуре, при которых протекает реакция.

ПЭ изготавливается, чаще всего, в форме маленьких (от 2 мм до 5 мм) гранул. В дальнейшем производственные предприятия покупают нужный объем такого сырья. При помощи плавки из него изготавливаются предметы различной формы. Это возможно благодаря способам экструзии либо литья, используемым на предприятии.

Физические и химические характеристики

Многие считают, что целлофан и полиэтилен – один и тот же материал. Это ошибочное мнение, поскольку у этих полимеров абсолютно разные свойства. Легко установить, что изделие изготовлено из ПЭ, можно путем его воспламенения. Пламя от горящего полиэтилена будет иметь голубоватый оттенок, однако давать недостаточно света. Выделяемый в процессе горения запах будет напоминать запах от горения парафина. Дыма, как при сжигании пластика, в случае с ПЭ не наблюдается, а запах будет таким же, как при горении свечи.

Основные химические свойства материала:

  • не вступает в реакцию с кислотой и щелочью в высоких концентрациях;
  • имеет свойство стареть;
  • растворяться может лишь в нагретом состоянии.

Изделиям из ПЭ свойственна высокая химическая устойчивость. Они не разрушаются даже под воздействием высококонцентрированных кислот и щелочей. Именно это ценное свойство материала способствовало тому, что из него стали изготавливать емкости для хранения химических реактивов. В такой таре можно хранить, кроме всего прочего, даже серную кислоту. Чтобы ПЭ растворился при комнатной температуре, на него нужно воздействовать 50 %-ной азотной кислотой в комплексе с хлором или фтором в газообразном состоянии. Поскольку подобные условия создаются лишь искусственным путем, полиэтиленовое изделие не может быть разрушено нечаянно.

Для растворения полиэтилена может использоваться циклогексан или четырёххлористый углерод при температуре 80 °C. Материал не разбухает под воздействием влаги, поскольку обладает влагоотталкивающими свойствами. Полиэтилен пригоден для производства протезов. При соприкосновении таких изделий с живыми тканями человеческого организма не происходит никаких химических реакций.

Необходимо обращать внимание на то, что ПЭ свойственно стареть. Материал постепенно разрушается, становясь довольно хрупким. Происходит разложение его на альдегиды и H2O2 (перекись водорода). Такое свойство одновременно является и негативным, и положительным. Ценность такого качества в том, что в основном ПЭ используется для производства одноразовой упаковки, которая после применения выбрасывается. По прошествии времени материал распадается, образуя простейшие соединения. При этом процессы старения ускоряются на открытом пространстве и под воздействием УФ-лучей.

Ценные физические свойства полиэтилена:

  • этот материал относится к диэлектрическим;
  • является прекрасным гидроизолятором;
  • обладает низкой теплопроводностью и высокой прочностью.

Полиэтилен оптимален для производства изделий, не проводящих электричество. Поэтому данный материал применяется как изолятор в проводах. Его используют также для создания гидроизоляционных мембран. Кроме того, полиэтилен применяется в качестве гидроизоляции при обустройстве фундаментов, бассейнов и т. п. Такая сфера применения обусловлена способностью материала отталкивать воду, а также его устойчивостью к воздействиям химических веществ.

ПЭ обладает высокой прочностью, благодаря которой он может применяться для производства изделий, подвергающихся серьезным нагрузкам (растяжению, давлению). В качестве яркого примера можно привести водопроводные трубы из полиэтилена. Они, кроме прочего, не повреждаются коррозией и не растворяются в агрессивных средах.

Благодаря низкой теплопроводности ПЭ является отличным теплоизоляционным материалом. Он незаменим при изготовлении различных электротехнических устройств, к примеру, при производстве рукояток для нагревающихся приборов. Благодаря низкой теплопроводности такая деталь не нагреется даже при непосредственном контакте с разогретой металлической поверхностью.

Полиэтилен дешевле остальных пластиков. Большая часть полимерной продукции производится именно из ПЭ. Вместе с тем доля прочих пластиков достаточно невелика. Заметим, что около третьей части всего полиэтилена идет на изготовление упаковки.

Температура плавления полиэтилена зависит от его вида. Так, для ПВД различной плотности требуется от 103 до 110 °C. ПНД за счет большей молекулярной массы и строго линейного строения требует в среднем на 20 ° больше, то есть от 130 до 137 °C соответственно. Возможны небольшие отклонения от этого среднего значения. Поэтому полиэтилен не требует значительных расходов энергии для расплавления и очень выгоден в производстве. ПЭ также может подвергаться повторной переработке.

Показатель плотности ПЭ – 910–965 кг/м³. Этот материал отличается легкостью, которая во много раз превышает легкость стали. Благодаря такой особенности из него могут изготавливаться несущие детали, а значит, вес готового изделия будет минимальным.

При сгорании материал не выделяет в атмосферу вредных веществ. Поэтому изделия из него (при условии отсутствия прочих примесей) могут легко утилизироваться. Оптимально делать это на заводах по сжиганию мусора. Таким образом, полиэтилен причиняет окружающей среде меньший ущерб, чем другие широко распространенные пластики.

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.

Сфера применения

Область использования ПЭ достаточно широка. Так, из него изготавливаются:

  • пленки;
  • трубы;
  • тара;
  • игрушки;
  • посуда.

Полиэтиленовые трубы применяются для создания водопроводов. Из них также создаются системы водяного отопления. Особенно часто трубы из ПЭ используются для обустройства теплых полов. Они прокладываются в стяжке из бетона одним контуром. Какие-либо соединения при этом отсутствуют, а значит, протечка в зоне, недоступной для ремонта, исключена.

ПЭ – идеальный материал для производства пленок. Они могут применяться в качестве упаковки, также используются в виде тонких мембран для гидроизоляции. Если говорить о типичной пленке из ПЭ, стоит отметить ее небольшой срок эксплуатации. При доступе УФ-лучей этот срок составляет от 3 до 4 лет. Со временем пленка становится непрозрачной и хрупкой. Поэтому полиэтилен без примесей значительно уступает в этом смысле полиолефиновой композиции с добавкой из полипропилена. Срок эксплуатации такого материала длительный, он достигает семи лет и более. ПЭ применяется для производства пупырчатой упаковочной пленки и различных видов строительной пленки. При производстве мембран, укрепленных сеткой, также применяется ПЭ.

Сфера применения ПЭ не ограничивается только этим. Данный материал применяется также для производства пластиковых емкостей. Речь идет о баках для душа, накопительных канализационных резервуарах. Из ПЭ еще производят емкости, в которых можно хранить жидкие вещества (в т. ч. пищевые).

Посуда для одноразового применения также производится из ПЭ. Этот материал используется для изготовления пищевых пластиковых контейнеров, мисок, цветочных горшков, оболочек термосов. Благодаря высокой износоустойчивости материала он применяется для производства игрушек, сувениров, елочных украшений. Такие изделия при давлении растрескиваются меньше, чем вещи из прочих видов пластика.

Полиэтилен (ПЭ). Виды и применение. Свойства и особенности

Полиэтилен (ПЭ) – это термический полимер, молекула которого представляет собой сложную ковалентную связь атомов углерода. Материал является диэлектриком. Представляет собой белую массу. В тонком виде прозрачен, отличается низкой адгезией, не пропускает воду, отличается высокой химической стойкостью.

История появления

Материал является одним из первых полимеров. Впервые был получен случайно химиком Гансом фон Пехманном в 1899 году, однако не получил никакого распространения, так как его свойства не были исследованы и оценены. Начиная с 1930-х годов материал начал применяться в качестве изолятора при производстве токопроводящего кабеля. Дальнейшие исследования его качеств позволили оценить его химическую нейтральность. Благодаря этому с 1950-х годов полиэтилен стал самой распространенной пищевой упаковкой, заменив ранее применяемую бумагу.

Как производится полиэтилен

Для получения полиэтилена проводится сложная химическая реакция, задачей которой является укрепление молекул углеводорода этилена. При этом конечные свойства получаемого материала во многом зависят от условий протекания реакции полимеризации. На нее влияют температура, давление, пропорции реагентов.

В основном полиэтилен производится в виде гранул размером 2-5 мм. Они закупаются различными предприятиями, и путем плавки, перерабатываются в изделия самых разнообразных форм. Это осуществляется методом литья или экструзии.

Химические и физические свойства

Материал часто ошибочно называют целлофаном. Однако это совершенно разные полимеры, обладающие отличительными качествами. Определить полиэтиленовое изделие, можно его воспламенив. Материал горит голубоватым пламенем, но дает мало света. При этом выделяется такой же запах, как сгорающий парафин. То есть при сжигании полиэтилена не образуется дым как от жженого пластика. Запах от него ничем не отличается от сгорающей свечи.

Материал обладает следующими ценными химическими качествами:
  • Не реагирует с концентрированными щелочами и кислотами.
  • Не растворяется без нагрева.
  • Подвержен старению.

Полиэтиленовые изделия отличаются очень высокой химической стойкостью. Их не разрушают концентрированные щелочи и кислоты. Благодаря этому из полиэтилена делают тару для хранения различных реактивов, даже серной кислоты. При этом растворить его при нормальной комнатной температуре может только 50% азотная кислота, причем при воздействии газообразного фтора или хлора. Так как воссоздать такие условия можно только искусственно, то вероятность случайного разрушения изделия из полиэтилена полностью исключается.

При повышении температуры его можно растворить в циклогексане. Также он растворяется в воде при температуре +180°С. Материал не впитывает влагу, и не набухает. Благодаря совокупности химических качеств из некоторых видов полиэтилена можно изготавливать протезы. Они не вступают в реакцию с живыми тканями человека.

Важным качеством полиэтилена выступает свойство старения. Со временем он становится хрупким, постепенно разрушается. При этом он раскладывается на перекись водорода и альдегиды. С одной стороны это негативное качество, но с другой весьма ценное свойство. Дело в том, что из полиэтилена преимущественно делают одноразовую упаковку. После использования она выбрасывается на свалку. Благодаря свойству старения она с годами разрушается на простые соединения. Нужно отметить, что старение происходит более интенсивно на воздухе под ультрафиолетом.

Также полиэтилен обладает ценными физическими качествами:
  • Является диэлектриком.
  • Отличный гидроизолятор.
  • Прочный.
  • Имеет низкую теплопроводность.

Из полиэтилена изготавливают изделия, которые не передают электрический ток. Он также может использоваться в качестве изолятора для жил проводов. Из него производятся гидроизоляционные мембраны. Он совершенно не пропускает воду. Эти качества в сочетании с химической стойкостью к агрессивным веществам, позволяют применять такую гидроизоляцию при выполнении строительных работ, к примеру, герметизации чаши бассейна, фундамента, и т.д.

Уровень прочности полиэтилена позволяет изготавливать из него изделия, на которые оказывается высокое давление, растяжение и прочие виды нагрузок. Примером являются полиэтиленовые водопроводные трубы. Прочность в сочетании с той же химической стойкостью исключают коррозию и растворение магистралей из этого материала.

Полиэтилен имеет низкую теплопроводность. Он применим в качестве теплоизоляционного материала при производстве технических приборов, электроники. К примеру, из него можно сделать рукоятку для нагревающегося устройства. За счет низкой теплопроводности она не будет горячей, даже если соприкасается с разогретой деталью из металла.

Это самый дешевый в производстве пластик в мире. Практически все полимерные изделия изготавливаются именно из него. Доля остальных пластиков сравнительно несущественна. Нужно отметить, что 35% всего полиэтилена перерабатывается в упаковку.

Температура плавления разных видов полиэтилена может отличаться, но в среднем она составляет +103°С. Это делает его достаточно выгодным для производства различных изделий, так как не нужны высокие энергозатраты на расплавление. Материал подходит для вторичной переработки.

Плотность полиэтилена составляет 910-965 кг/м³. Он в разы легче стали. Его использования при производстве несущих деталей механизмов, что позволяет минимизировать массу готовых изделий.

Благодаря отсутствию токсичных выбросов при сгорании, изделия из чистого полиэтилена можно утилизировать на мусоросжигательных заводах. Это делает его более безопасным для экологии, чем большинство прочих пластиков, которые получили широкое распространение.

Популярные типы
В зависимости от условий полимеризации могут образовываться следующие разновидности полиэтилена:
  • Высокого давления (ПВД).
  • Низкого давления (ПНД).
  • Среднего давления (ПСД).
  • Линейный.
  • Сверхмолекулярный.

ПВД имеет невысокую плотность, за счет чего считается самым мягким и эластичным. Его неоспоримым достоинством выступает прозрачность и гладкость поверхности. Изделия из него блестят. Из ПВД изготавливают различные гибкие эластичные мембраны. Для получения полиэтилена высокого давления требуется соблюдения трех условий. В первую очередь полимеризация проводится при температуре 200-260°C. Для ее протекания необходимо высокое давление порядка 300 МПа, за счет чего материал и получил такое название. В качестве инициатора полимеризации выступает обычный кислород, реже пероксид.

Для производства ПСД реакция происходит при в 2 раза более низкой температуре, а давление при этом поддерживается всего на уровне 3 МПа. При этом используются более сложные катализаторы. Полиэтилен, образовывающийся при полимеризации, выпадает в растворе в виде хлопьев. Материал имеет более высокую степень кристалличности на 30%, чем ПВД, также он превосходит его по плотности.

ПНД это очень плотный материал. Из него делают различные детали механизмов, на которые оказываются серьезные нагрузки. При его производстве создается давление 0,1-2 МПа, при этом используется та же температура и катализаторы, что и при получении ПСД.

Линейный полиэтилен обладает ценными качествами, в частности он такой же прочный, как ПНД, но при этом эластичный как ПВД. Благодаря этому он получил распространение при производстве пленок. Самое затратное и сложное это получение сверхмолекулярного полиэтилена. Образовывающийся в результате материал превосходит по качествам прочие разновидности ПЭ. Из него изготавливают пластиковые детали сложных механизмов.

Область использования
Полиэтилен используется для производства:
  • Труб.
  • Пленок.
  • Емкостей.
  • Посуды.
  • Игрушек.

Трубы из полиэтилена могут использоваться при строительстве водогонов, а также систем водяного отопления. В частности они получили широкое распространение при монтаже теплого пола. Такие трубы закладываются в бетонную стяжку единым контуром без соединения, за счет этого полностью исключается вероятность протечки вне зоны возможного ремонта.

Наиболее часто из полиэтилена изготавливаются пленки. Это как тонкие мембраны для гидроизоляции, так и упаковка. Обычные полиэтиленовые пленки имеют достаточно ограниченный ресурс использования при контакте с ультрафиолетом, примерно 3-4 года. Постепенно они становятся ломкими, теряют прозрачность. В этом плане чистый полиэтилен превосходит полиолефиновая композиция, в состав которой добавляется полипропилен. За счет этого комбинированный материал имеет ресурс 7 лет и больше. Достаточно распространенная пупырчатая пленка для упаковки также изготавливается из полиэтилена. Из него делают и армированные сеткой мембраны, строй-пленку, скотч.

Из полиэтилена изготавливаются различные пластиковые емкости. Это бочки для хранения жидкостей, в том числе и пищевые. Также это баки для летнего душа, накопительные емкости для канализации.

Вся одноразовая посуда изготавливается из полиэтилена. Это как тарелки, так и ложки, вилки, стаканчики. Из полиэтилена делают пластиковые контейнеры, судочки, мисочки, оболочку термосов, половники, цветочные горшки. Из полиэтилена отливают сувенирную продукцию, детские и елочные игрушки. Он отличается неплохой износоустойчивостью. Игрушки из полиэтилена менее склонны к трещинам при давлении, чем изделия из других пластиков.

Полиэтилен

Определение

Полиэтилен — материал, который относится к категории органических соединений, включает в себя молекулы СН2, объединенные ковалентными связями между атомами углерода, и является путермопластичным полимером этилена.

Классификация полиэтилена предусматривает три вида:

  • ПНД – полиэтилен низкого давления (характеризуется высокими показателями плотности);
  • ПСД – полиэтилен среднего давления (имеет среднюю плотность и не всегда выделяется в отдельную группу);
  • ПВД – полиэтилен высокого давления (предусматривает параметры низкой плотности вещества).

Характеристики полиэтилена

Материал имеет высокие показатели устойчивости к воздействию низких температур и химических веществ, а также предусматривает хорошие диэлектрические свойства и может выдерживать удар высокой силы благодаря амортизирующим способностям. При показателях температур от 80°С до 120°С теряет упругость и становится мягким, а при воздействии холода возвращается к прежней плотности и имеет низкие адгезивные параметры.

Полиэтилен может взаимодействовать с щелочной средой различной степени концентрации без изменения структуры материала, а также не меняется от воздействия воды, различных солей, кислот, имеющих органическую и неорганическую основу, (в том числе при соприкосновении с серной кислотой высокой концентрации). Не растворяется и не впитывает влагу, находясь в любом растворителе при температуре воздуха до 25°C. При условии повышения температуры до 80°C может растворяться при взаимодействии с циклогексаном и четыреххлористым углеродом.

Разрушение полиэтилена возможно при попадании азотной кислоты с концентрацией 50% при температуре 18-25 градусов и при соприкосновением с хлором и фтором, которые находятся в газообразном состоянии. Также может растворяться под воздействием высокого давления в воде, разогретой до 180°C.

Структура полиэтилена

Для ПВД характерны макромолекулы с углеводородными цепями бокового типа C1—С4. Он имеет высокую плотность и отличается небольшим содержанием кристаллической фазы; полиэтилен низкого давления предусматривает большое содержание кристаллической фазы, а также имеет большую плотность по причине наличия молекул неразветвленного типа; полиэтилен среднего давления занимает промежуточное положение между ПВД и ПНД.

По прошествии некоторого времени в структуре материала начинают образовываться межцепные связи, которые приводят к невысокому повышению показателей прочности полиэтилена наряду с увеличением его хрупкости. Если полиэтилен нестабилизированного типа долго находится на открытом воздухе, он начинает подвергаться термоокислительной деструкции (термостарению), характеризующейся выделением альдегидов, кетонов, перекиси водорода и др.

Получение полиэтилена

Для получения полиэтилена необходима реакция полимеризации этилена.

ПВД образуется при следующих условиях:

  • Температура 200—260 °C;
  • Давление 150—300 МПа;
  • Наличие инициирующего вещества (кислород или органический пероксид).

Степень кристаллизации ПВД составляет 50-60%, реакция проходит в расплаве, а по завершению жидкий продукт проходит стадию грануляции.

ПСД образуется при следующих условиях:

  • Температура 100—120°C;
  • Давление 3—4 МПа;
  • Наличие вещества- катализатора (катализаторы Циглера — Натта, например, смесь TiCl4 и R3).

Степень кристаллизации продукта составляет 80-90%, при завершении реакции продукт выпадает из раствора в виде хлопьев

ПНД образуется при следующих условиях:

  • Температура 120—150 °C;
  • Давление ниже 0.1 — 2 МПа;
  • Наличие вещества-катализатора (катализаторы Циглера—Натта, например, смесь TiCl4 и AlR3).

Реакция полимеризации осуществляется в суспензии на основании ионно-координационного механизма, при этом степень кристаллизации вещества составляет 75-85%.

Область применения

Основные направления использования полиэтилена:

  • Промышленное назначение: упаковочная пленка, скотч, тара и садово-огородный инвентарь;
  • В строительстве: канализационные, дренажные, а также водо- и газопроводные трубы;
  • В медицине: при замене хрящевой ткани суставов.

Может использоваться в виде электро- и теплоизоляционного материала, а также деталей технической аппаратуры, предметов быта и термоклея, который изготавливается на основе полиэтиленового порошка.

Один из основных способов использования ПНД – это производство труб и комплектующих фитингов для питьевого водопровода, которое базируются на положениях ГОСТ 18599-2001. В соответствии с требованиями данного ГОСТа полиэтилен подразделяется на:

  • Питьевой;
  • Технический.

Одним из самых главных показателей, характеризующих полиэтилен, является размер минимальной длительно прочности (MRS), который выражается в мегапаскалях.

MRS – значение, которое характеризует композиционные свойства полиэтилена, используемого при изготовлении полиэтиленовых труб. Данный вид полиэтилена производится экстраполяционным способом, предусматривает срок эксплуатации до 50 лет при показателях температур 20°С, а также выдерживает постоянное гидростатическое давление внутреннего типа с нижним доверительным интервалом 97,5 %.

Марки полиэтилена

По минимальной длительной прочности полиэтилен делят на следующие марки:

ПЭ 32 (3,2МПа), ПЭ 63 (6,3МПа), ПЭ 80 (8,0 МПа), ПЭ 100 (10,0 МПа).

В соответствии с ГОСТ 30732-2006 для монтажа защитных оболочек труб тепловых трасс, которые проходят под землей, используется ПНД марки не ниже ПЭ 80.

Ссылка на основную публикацию