Звоните по тел:
ООО "Хим Торг"
(044) 573-02-54
ООО "Нефтехимия"
(044) 492-17-63
Полимерные материалы и продукты нефтехимии

ИСТОРИЯ ПОЛИЭТИЛЕНА

Полиэтилен - самая массовая пластмасса в производстве упаковочных материалов. Это один из старейших полимеров, остающийся и сегодня незаменимым для производства специальных пленок, пакетов, контейнеров, канистр и т. п. Вопреки развитию технологий и внедрению новых материалов, значимость полиэтилена не становится меньше, а наоборот, спрос на него только увеличивается.

В химическом плане полиэтилен (полиэтен) - это полимер этилена. Первым полимеризацию этилена (в 1873 г.) начал изучать русский химик Александр Михайлович Бутлеров. Попытку же осуществить ее предпринял в 1884 году российский химик-органик Гавриил Гаврилович Густавсон, применив бромистый алюминий в качестве катализатора, но полного эффекта он достичь не смог. Полученный, в результате его опытов, полимер этилена представлял из себя низкомолекулярный жидкий продукт.

Впервые полиэтилен был получен в 1898 году немецким химиком Гансом фон Пехманом. Открытие произошло совершенно случайно: когда ученый разогревал диазометан, он обнаружил осадок (похожий на воск) на дне пробирки. Вещество, полученное таким образом, было практически идентично сегодняшнему аналогу. Ученый совершенно не догадывался о значимости этого материала, о том, что полученная субстанция – предшественник того, из чего сейчас делают тару для шампуней, упаковку для бутербродов и оплетку для проводов. Так был создан полиэтилен, самый противоречивый и, в последствии, широко распространенный материал в мире. Коллеги фон Пехмана – Фридрих Чирнер и Ойген Бамбергер - охарактеризовали полученный состав как белое, воскообразное вещество и назвали его полиметилином, так как в его составе были обнаружены длинные цепи -CH2-. Однако, это смолистое вязкое вещество не нашло практического применения и результаты эксперимента Ганса фон Пехмана были основательно погребены. И только спустя тридцать четыре года ими воспользовались те, кого официально считают изобретателями полиэтилена.

Тот полиэтилен, который известен нам, был синтезирован в 1933 году. Произошло это благодаря открытию английских ученых Эрика Фосетта и Реджинальда Джибсона, сотрудников компании ICI (Imperial Chemical Industries). В одно прекрасное утро они начали экспериментировать с газами (под высоким давлением) и обратили внимание, что один узелок их агрегата выглядит так, как будто он в парафиновой смазке. Полиэтилен образовался в результате смешивания бензойного альдегида и этилена, но повторить реакцию вновь не получалось, так как на самом деле она произошла из-за присутствия в аппарате примеси кислорода. Повторения реакции добился, в 1935 году, другой сотрудник компании ICI - Майкл Пёррин, создав технологию, легшею в основу промышленного производства полиэтилена в 1939 году. В последствии усовершенствования технологии происходили в основном благодаря внедрениям новых катализаторов, которые позволяли получать более качественный материал.

СВОЙСТВА ПОЛИЭТИЛЕНА

Полиэтилен - самый дешевый полимер, занимающий первое место в мировом производстве полиолефинов. Этот уникальный материал сочетает в себе ценнейшие свойства и способность перерабатываться всеми высокопроизводительными методами, существующими для термопластов.

Полиэтилен – это пластикат, имеющий хорошие диэлектрические свойства, повышенную ударостойкость, небольшую поглотительную способность. Не ломается, обладает низкой газо- и паропроницаемостью. Физиологически нейтрален, не имеет запаха. Полиэтилен не восприимчив к щелочам любой концентрации, растворам любых солей, карбоновым, плавиковой и концентрированной соляной кислотам. Устойчив к маслу, овощным сокам, алкоголю, воде, бензину. Разрушается азотной кислотой, газообразными и жидкими фтором и хлором. Не растворяется, а только немного набухает в органических растворителях. Стоек к нагреванию в вакууме, но разрушается на воздухе при нагревании от восьмидесяти градусов.

Полиэтилен морозостоек (до семидесяти градусов). Под действием ультрафиолетовых лучей - подвергается фотодеструкции. Легко модифицируется. Дополнительное хлорирование, сульфирование, бромирование или фторирование придают полиэтилену каучуко-подобные свойства, улучшают химическую и тепловую стойкость. Сополимеризация с другими полеолефинами или полярными мономерами повышает его прозрачность, эластичность, адгезионные характеристики, а также стойкость к растрескиванию. Смешивание полиэтилена с другими полимерными материалами улучшает другие его физические свойства. Полиэтилен безвреден для человека, из него не выделяются опасные для его здоровья вещества.

Надо сказать, что свойства уже готовых изделий из полиэтилена существенно зависят от режима их изготовления (равномерности и скорости охлаждения) и, конечно, условий их эксплуатации (давления, температуры, продолжительности воздействия нагрузки и т. д.).

Есть у полиэтилена и существенный недостаток - это быстрое его старение, но благодаря специальным добавкам (противостарителям - аминам, фенолам, газовой саже) его можно увеличить.

ВИДЫ ПОЛИЭТИЛЕНА

Полиэтилен - это термопластичный прозрачный полимер с высокой химической стойкостью. Сырьем для него служит простейший олефин - газ этилен. Полиэтилен получают путем полимеризации этилена при низком и высоком давлениях в виде гранул от 2 до 5 мм.

Существует четыре основных вида полиэтилена:

  • полиэтилен высокого давления - ПВД

  • полиэтилен среднего давления - ПСД

  • полиэтилен низкого давления - ПНД

  • линейный полиэтилен высокого давления - ЛПВД

Полиэтилен высокого давления (ПВД) или низкой плотности (ПНП)- это эластичный мягкий материал, который получают при полимеризации этилена в автоклаве или трубчатом реакторе. Особенностью структуры полиэтилена ПВД является большое количество длинных и коротких ответвлений, не позволяющих молекулам с высокой молекулярной массой создавать кристаллическую структуру. Связи поэтому между ними не сильные, а это говорит о том, что полиэтилен имеет невысокую устойчивость на разрыв и повышенную пластичность, а также высокую текучесть в расплаве. Полиэтилен низкой плотности нашел свое применение в изготовлении пленки для обертки, контейнеров и пластиковых пакетов. Пакеты из полиэтилена ВД очень красивые – не шуршащие, глянцевые, выдерживают около 4 кг.

Полиэтилен ПВД— это самый широко используемый упаковочный материал. Благодаря низкой кристалличности ПВД является более гибким и мягким полимером, в отличии от ПНД. Полиэтилен высокого давления достаточно пластичен, на ощупь воскообразный, слегка матовый. Перерабатывается ПВД методом экструзии двумя способами: 1. с раздувом в рукавную пленку; 2. через охлаждаемый валик и плоскощелевую головку в плоскую пленку. Пленка из ПВД достаточно прочна при низких температурах, при сжатии и растяжении, а также стойка к раздиранию и удару. Основной особенностью пленки из ПНП является - достаточно низкая температура размягчения, примерно сто градусов.

ПВД не выделяет токсичные вещества в окружающую среду, безопасен для организма человека при непосредственном с ним контакте.

Полиэтилен среднего давления (ПСД)— это жесткий продукт, состоящий из смеси ПВД и ПНД (в определенных пропорциях). Плотность ПСД составляет от 0.926 г/см 3 до 0.940. Этот материал обладает хорошей устойчивостью к изломам и ударам. Помимо этого, полиэтилен среднего давления более чем ПНД устойчив к царапинам и растрескиванию. Применяется этот полиэтилен для производства обычных и термоусадочных пленок, мешков, хозяйственных сумок и винтовых колпачков.

Полиэтилен среднего давления— это жесткий продукт, сочетающий в себе все достоинства ПНД и ПВД в строго определенном соотношении. В отличии от ПНД, этот полимер более устойчив к растрескиванию и царапинам. С сущности, характеристики ПСД практически ни чем не отличаются от характеристик ПНД, в общем, это идентичные виды полиэтилена, не хуже и не лучше друг друга.

Полиэтилен низкого давления (ПНД) или высокой плотности (ПВП)— это жесткий продукт с плотностью более 0.941 г/см кубических. Для получения ПНД применяются три технологии: суспензионная, растворная и газофазная. У этого полиэтилена низкая степень ветвления молекул, а это значит, что он обладает большими межмолекулярными силами и прочностью на разрыв. Полиэтилен НД жестче и проще ПВД, но менее прозрачен. Полиэтилен низкого давления устойчив к высоким температурам, различным маслам и химикатам, но, по сравнению с ПВД, менее стоик к парам и воде. Используется ПВП для изготовления канистр, емкостей для растворителей, контейнеров для мусора. Пакеты из ПВД выдерживают до двадцати кг.

Полиэтилен НД — кристаллический гибкоцепной термопластичный полимер, получаемый из нефти. Этот полиолефинит общего назначения имеет линейную структуру с ответвлениями (небольшое количество) от основной цепи. Благодаря отсутствию объемных ограничений получается материал с высокой кристалличностью (до восьмидесяти процентов).

Полиэтилен ПНД имеет высокую прочность и небольшое относительное удлинение при разрыве. Так как ПВП обладает повышенной морозостойкостью (температура стеклования - примерно минус пятьдесят градусов) и слабым межмолекулярным взаимодействием (отсутствуют полярные группы в цепи), он склонен к хладотекучести, то есть при постоянной нагрузке со временем происходит изменение размеров. Полиэтилен низкого давления, в отличие от ПВД, имеет более высокую хрупкость и температуру размягчения, но при этом не подходит для контейнеров горячего заполнения.

ПНД не пропускает влагу, стоек к маслам и жирам, не выделяет токсичные вещества в окружающую среду, безопасен для организма человека. При работе с ним не требуются особые меры предосторожности.

Линейный полиэтилен высокого давления (ЛПВД) или низкой плотности— это эластичный мягкий материал с плотностью от 0.915 до 0.925 г/см 3 и повышенной долей молекулярных коротких ответвлений. ЛПВД получают самым сложным и особым методом, использующим полимеризацию со специальными катализаторами - металлоценовыми. Линейный полиэтилен низкой плотности достаточно устойчив к разрывам, ударам и проколам; имеет низкую плотность и высокую пластичность. Этим он напоминает ПНД. Из ЛПВД изготавливают пленку меньшей толщины, а это экономит материал и уменьшает нагрузку на окружающую среду. Хотя этот полимер пригоден для многих применений, но из-за хорошей прозрачности, гибкости и прочности его чаще всего применяется при производстве упаковочных пленок. Практически весь объем потребляемого в России ЛПВД идет на производство пленок (стретч-пленка, изготавливаемая методом раздува и на каст-линиях, многослойная термоусадочная пленка и пленка для ламинации). При этом, для производства мусорных мешков и пакетов линейный полиэтилен в нашей стране практически не используется. В ближайшее время, по мере создания более технологичного оборудования, ЛПВД будет все больше и больше вытеснять ПВД как из однослойных применений, так и в изготовлении многослойных пленок.

Свойства линейного полиэтилена низкой плотности - промежуточные между свойствами ПНП и свойствами ПВП. Но ЛПВД имеет, по сравнению с ПВД, более однородное распределение групп полимера по молекулярной массе. Основные преимущества линейного полиэтилена низкой плотности заключаются в: высокой химической стойкости; высоких эксплуатационных характеристиках, как при достаточно высоких, так и низких, температурах; большой устойчивости к растрескиванию; улучшенной стойкости к проколу.

Линейный полиэтиленобладает самыми высокими физико-химическими показателями.

ЛПНП отличается наиболее высокими значениями прочности при растяжении и удлинения при разрыве. Достаточно высокая температура плавления дает возможность применять литейный полиэтилен для фасовки горячих продуктов. Благодаря присутствию большого количества боковых коротких ответвлений, при деформации скользящих друг по другу и не развивающих при этом внутренних значительных напряжений, ЛПВД характеризуется отличной эластичностью расплава. Что позволяет получать достаточно тонкую пленку от шести до двадцати пяти мкм. Однако, из-за высокой кристалличности ЛПНП менее прозрачен, чем другие виды полиэтилена. Чтобы получить более прозрачный ЛПВД в него вводят оптические специальные добавки.

По мимо выше перечисленных существуют специальные виды полиэтилена, которые используются для создания специальных строительных материалов. К таким видам относятся:

  • сшитый полиэтилен - PEX

  • вспененный полиэтилен - ПП

  • хлорсульфированный полиэтилен - ХСП

  • сверхвысокомолекулярный полиэтилен – СВМП

ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ПОЛИЭТИЛЕНА

Полиэтилен – полимер, использующийся наиболее широко. Его технология переработки относительно проста, полиэтилен перерабатывается всеми существующими способами для переработки пластмассы, при этом непосредственно для его переработки не требуется  узкоспециализированное оборудование.

Комплекс химических, физико-механических и диэлектрических свойств определяет  потребительские свойства полиэтилена и позволяет широко применять его во многих промышленных отраслях (радиотехнической, кабельной, легкой, химической, медицине и др.).

Выбор технологического процесса переработки (экструзия, литье, выдув и т.д.), в первую очередь, определяется необходимостью получения марочного ассортимента с определенными свойствами.

Экструзия применяется для получения полиэтиленовых труб, полиэтиленовых кабелей, пленки, листового полиэтилена для строительства и упаковки, а также самых разнообразных полиэтиленовых пленок для нужд любых отраслей промышленности.

Термо-вакуумное формование и литье под давлением применяется для получения разнообразных упаковочных материалов. Упаковка из полиэтилена сегодня – это быстро развивающийся сегмент рынка изделий из пластика.

Ротационный и экструзионно-выдувной способы переработки полиэтилена применяются для получения разного рода тары, емкостей и сосудов.

Специальные виды полиэтилена, такие как вспененный полиэтилен, сшитый полиэтилен, сверхвысокомолекулярный полиэтилен, хлорсульфированный полиэтилен, довольно успешно применяются для создания специальных строительных материалов. Полиэтилен, сам по себе, не конструкционный материал, однако армированный полиэтилен используется именно в изделиях конструкционного назначения. Также широко распространена сварка изделий изготовленных из полиэтилена, который сваривается всеми основными способами: горячим газом, трением, контактным, присадочным прутком и т.д.

Отдельным сегментом современного рынка стоит вторичная переработка полиэтилена (рециклинг). Многие компании в мире специализируются на приобретении отходов из полиэтилена для дальнейшей их переработки и продажи или самостоятельного применения. Чаще всего для этого используется экструдирование очищенных отходов с последующим дроблением, в результате получается вторичный гранулированный материал пригодный для изготовления изделий.

Итак, полиэтилен применяется для производства:

  • пленок (упаковочных, сельскохозяйственных, стретч, термоусадочных)

  • труб (водопроводных, газовых, ненапорных, напорных)

  • емкостей (канистр, цистерн, бутылей)

  • волокон

  • стройматериалов

  • санитарно-технических изделий

  • протезов внутренних органов

  • предметов домашнего обихода

  • изоляции электрических кабелей

  • деталей автомашин и различной техники

  • пенополиэтилена

И это далеко не все для чего можно использовать полиэтилен. На рынке регулярно появляются новые марки этого материала с новыми усовершенствованными потребительскими свойствами.