Полиэтилен — один из самых распространенных полимерных материалов в мире благодаря простоте производства, экономичности. Однако свойства полиэтилена могут меняться в зависимости от его типа, способа производства. Рассмотрим состав полиэтилена, его характеристики, основные виды, а также специфику применения.
Характеристика полиэтилена
Полиэтилен (ПЭ) — это термопластичный полимер, получаемый из мономера этилена. В числе основных характеристик продукта:
- Химическая стойкость. Устойчив к разным химическим веществам: кислотам, щелочам, растворителям, маслам, топливу.
- Ударная прочность. Обладает высокой ударной прочностью при низких температурах, что делает его идеальным материалом для применения в условиях низких температур.
- Гибкость. Является очень гибким материалом, что позволяет его применять для производства различных изделий.
- Износостойкость. Обладает хорошей износостойкостью, поэтому востребован при изготовлении труб и других элементов, подвергающихся механическим воздействиям.
- Простота обработки. Легко обрабатывается, что позволяет применять его при производстве разных элементов.
- Экологическая безопасность. Он экологически безопасен, поскольку не содержит тяжелых металлов, других вредных веществ.
Основные свойства полиэтилена
Аббревиатуру ПЭ сегодня можно найти на многих упаковках, пленках и предметах ежедневного пользования. Что же означает аббревиатура ПЭ? Это полиэтилен – термопластичная искусственная масса в виде синтетических полимеров с высокой концентрацией частиц.
Химические свойства продукта
Полиэтилен – полимер, состоящий из молекул этилена, которые соединяются в процессе полимеризации. Химические свойства ПЭ определяют его поведение в разных условиях окружающей среды, а также возможность применения в разных отраслях промышленности.
Основные химические свойства материала:
- Устойчивость к разрушению. Устойчив к разрушению в большинстве сред. Это свойство продукта позволяет использовать его в качестве материала для хранения, а также транспортировки химических веществ, других материалов.
- Низкая растворимость. Плохо растворяется в большинстве органических растворителей: ацетоне, этаноле и др. Это делает его устойчивым к растворам, разным химическим реагентам, что существенно расширяет сферу применения.
- Инертность. Это инертное вещество, то есть не взаимодействует с другими веществами. Данное свойство позволяет использовать его в качестве упаковочного материала для пищевых продуктов, лекарственных препаратов.
- Не боится коррозии. Материалу не страшна коррозия, что делает его лучшим выбором для использования в средах, где на материалы воздействуют агрессивные химические вещества или соли. Он часто используется для производства трубопроводов для транспортировки газа и нефти.
- Устойчивость к химическим реагентам. Обладает высокой устойчивостью к большинству химических реагентов, что позволяет применять его в разных областях, включая производство химических веществ.
Физические качества материала
Также полиэтилен обладает определенными физическими качествами, что позволяет применять его в разных областях:
- Плотность. В прочных полиэтиленах составляет 940-960 г/м3. Такая плотность достигается полимеризацией с катализаторами системы. Материал получил название полиэтилен высокого давления (ПВД). Это жесткий термопласт, который используется при литьевом и выдувном формовании. Также есть полиэтилен низкой плотности. Это один из самых востребованных материалов. Отличается пластичностью, матовостью. Его плотность колеблется в диапазоне 0,915 - 0,936 г/ м3.
- Гибкость. Полиэтилен – очень гибкий материал. Это свойство делает его идеальным продуктом, применяемым для производства пакетов, пленки, других гибких изделий.
- Прочность на растяжение. У ПЭ высокая прочность на растяжение, что делает его подходящим выбором для производства пластиковых бутылок, труб, других изделий, выдерживающих нагрузки на растяжение.
- Низкое влагопоглощение. Характеризуется низким влагопоглощением, поэтому устойчив к воздействию влаги, воды. Применяется при выпуске изделий, использующихся во влажных условиях, например, для производства пленки для упаковки продуктов.
- Устойчивость к ультрафиолетовому излучению. Устойчив к ультрафиолетовому излучению, что позволяет применять его в качестве основного сырья при производстве изделий, использующихся на открытом воздухе. Они могут подвергаться воздействию солнечных лучей без риска разрушения. Это, например, пластиковая мебель, элементы фасадов зданий.
- Электроизоляционные свойства. Обладает высокими электроизоляционными свойствами, что делает его популярным материалом для использования в электротехнике. Он подходит для изготовления изоляторов, кабельных оболочек, труб, других электротехнических изделий.
- Устойчивость к абразивному износу. Обладает высокой устойчивостью к абразивному износу, что позволяет применять материал для создания различных деталей: зубчатых колес, шестерней, т.д.
- Низкая температура плавления. Плавится при невысоких температурах, что делает его легко обрабатываемым при производстве разных изделий: пленок, упаковочных материалов, пластиковых труб, т.д.
- Водонепроницаемость. Является водонепроницаемым, поэтому подходит для производства упаковки для продуктов, требующих защиты от влаги.
Виды полиэтилена
Итак, мы выяснили, что полиэтилен — это полимер, который получают из этилена - одного из простейших олефинов. Полиэтилен обладает высокой прочностью, устойчивостью к воздействию химических веществ, а также электрическим и тепловым свойствам, что делает его широко используемым материалом в различных отраслях, включая упаковочную промышленность, строительство, медицину и т.д.
Производство основано на процессе полимеризации этилена при низком или высоком давлении. При низком давлении процесс проводят в жидкой фазе в присутствии катализаторов, а при высоком давлении - в газовой фазе, при этом катализаторы не используются. В результате полимеризации образуется полимер в виде гранул диаметром 2-5 мм, которые могут далее использоваться для производства различных изделий.
Выделяют четыре вида полиэтилена:
- ЛПВД – линейный высокого давления;
- ПВД – высокого давления;
- ПСД – среднего давления;
- ПНД – низкого давления.
Полиэтилен высокого давления
Полиэтилен высокого давления (ПВД) — это полимер, который производится путем полимеризации этилена в присутствии катализаторов под высоким давлением (от 1000 до 3000 атмосфер), высокой температуре (от 100 до 300 градусов Цельсия). Этот метод производства позволяет получать полимер с высокой молекулярной массой, низкой плотностью.
Характеристики ПВД:
- Высокая устойчивость к ударам и разрывам, что позволяет применять его в качестве упаковочного материала, компонента для изготовления труб.
- Хорошая устойчивость к химическим воздействиям, что позволяет использовать ПВД для создания емкостей для хранения разных химических веществ.
- Низкая плотность и хорошая пластичность, что позволяет использовать его для производства пленки, мешков, другой упаковки.
- Устойчивость к ультрафиолетовым лучам, поэтому он используется при производстве материалов для защиты от солнечного света.
- ПВД может окрашиваться в разные цвета, поэтому применяется для производства разных изделий с цветной поверхностью.
Полиэтилен высокого давления широко используется в промышленности, при производстве упаковочных материалов, строительстве, сельском хозяйстве, медицине, других областях.
Полиэтилен среднего давления
Полиэтилен среднего давления (ПЭСД) — это вид полиэтилена, который производится при использовании катализаторов, работающих при более высоком давлении и температурах, чем для ПЭНД. При этом процессе мономер этилена полимеризуется в макромолекулы полиэтилена средней плотности.
ПЭСД обладает более высокой плотностью, чем полиэтилен низкого давления, что делает его более жестким, прочным. Он также более устойчив к термическому и окислительному разложению, чем ПЭНД.
Основные характеристики полиэтилена среднего давления:
- Химическая устойчивость. У него высокая химическая устойчивость к кислотам, щелочам и растворителям. Он также устойчив к разрушению, что делает его подходящим материалом для химической промышленности.
- Высокая прочность. ПЭСД обладает высокой прочностью, износоустойчивостью, что делает его идеальным для производства труб, других конструкционных элементов.
- Устойчивость к ударам. Обладает хорошей ударной прочностью, устойчив к трещинам и разрывам. Безопасен для использования в тех сферах, где необходима устойчивость изделий к механическим воздействиям.
- Термическая устойчивость. Обладает высокой термической устойчивостью, способен выдерживать высокие температуры. Например, ПНД плавится при температуре около +130 градусов по Цельсию, а размягчаться начинает только при +80 С.
- Хорошая электрическая изоляция. ПЭСД обладает хорошей электрической изоляцией, что делает его подходящим материалом для изготовления оболочек проводов, кабелей.
- Хорошая свариваемость. Легко сваривается, а полиэтиленовые элементы без труда соединяется друг с другом. Это делает его удобным для использования при сборке, монтаже.
- Устойчивость к ультрафиолетовому излучению. Обладает высокой устойчивостью к УФ-излучению, что позволяет применять его при изготовлении различных элементов, которые будут эксплуатироваться на открытом воздухе.
- Экологическая безопасность. Он безопасный для пищевой и медицинской промышленности, так как не содержит токсичных веществ, не выделяет вредных испарений.
Полиэтилен низкого давления
Полиэтилен низкого давления (ПНД) – это термопластичный полимер, который получается при полимеризации этилена при низком давлении, а также температуре. ПНД обладает рядом уникальных физических и химических свойств. Востребован в пищевой промышленности при изготовлении одноразовой посуды, разделочных досок. Также из него изготавливают товары массового потребления: мусорные пакеты, пакеты-майки, упаковки и прочие незаменимые в хозяйстве вещи.
Основные характеристики ПНД:
- низкая плотность (от 0,91 до 0,96 г/см³), что делает его легким материалом;
- высокая устойчивость к химическим воздействиям: кислотам, щелочам, растворителям;
- высокая устойчивость к ударным нагрузкам, возможность деформации без поломки;
- хорошая устойчивость к истиранию, коррозии;
- хорошая электрическая изоляция.
Из-за уникальных свойств ПНД используется в промышленности для производства пленок, труб, бутылок, крышек, упаковки, других изделий. Он также применяется в качестве изоляционного материала для электрических проводов и кабелей, в производстве разных бытовых товаров - пищевых контейнеров, игрушек.
Сверхмолекулярный полиэтилен
Сверхмолекулярный полиэтилен (СМПЭ) — это особый тип полиэтилена, который получают путем изменения технологии синтеза обычного полиэтилена высокого давления. Он отличается от обычного ПЭ тем, что молекулы СМПЭ имеют сверхвысокий весовой процент, что дает им уникальные свойства.
Основные характеристики сверхмолекулярного ПЭ:
- Высокая прочность на растяжение. Обладает очень высокой прочностью на растяжение, что делает его идеальным для производства разных видов тросов, канатов.
- Стойкость к износу. Обладает высокой стойкостью к износу, абразивному воздействию, что делает его подходящим материалом для изготовления уплотнительных материалов.
- Низкий коэффициент трения. Обладает очень низким коэффициентом трения, что позволяет применяет его в качестве сырья при производстве линз, других оптических продуктов.
- Устойчивость к химическим воздействиям. Обладает высокой устойчивостью к химическим воздействиям, подходит для производства химически стойких емкостей, контейнеров.
- Низкая плотность. Обладает низкой плотностью, что позволяет применять его при производстве легких конструкционных материалов.
Сверхмолекулярный полиэтилен применяется в разных отраслях промышленности: авиационной, медицинской, химической, др. Он нашел широкое применение в производстве линз, тросов, канатов, уплотнительных материалов, химически стойких емкостей и контейнеров, легких конструкционных материалов, композитов.
Линейный полиэтилен
Линейный полиэтилен (ЛПЭ) — это один из распространенных типов полиэтилена, получаемый путем полимеризации в реакторах высокого давления. В отличие от ПВДХ, ЛПЭ имеет прямую линейную структуру молекулы, которая обеспечивает большую плотность, высокие механические свойства.
Основные характеристики линейного полиэтилена:
- Химическая стойкость. Устойчив к действию большинства химических веществ, включая кислоты, щелочи, соли, растворители.
- Высокая прочность. Обладает высокой прочностью, твердостью, что позволяет его применять в разных промышленных, строительных процессах.
- Устойчивость к ультрафиолетовому излучению. У него хорошая устойчивость к УФ-излучению, что позволяет эксплуатировать изделия из него на открытом воздухе.
- Герметичность. ЛПЭ обладает хорошей герметичностью, поэтому часто выступает сырьем для производства упаковочного материала для продуктов питания, другой продукции.
- Эластичность. Характеризуется высокой эластичностью, поэтому подходит для производства пленки, труб, других изделий, где требуется гибкость.
Сферы применения линейного полиэтилена включают: производство упаковочных материалов, пленок, труб, контейнеров, игрушек, медицинского оборудования, автомобильных деталей, наполнителей для мебели, мн. др.
Полиэтилен и полипропилен: что общего
Полиэтилен и полипропилен — это термопластичные полимеры, сырье для производства пластика, то есть они могут быть переработаны при повышении температуры без изменения химических свойств материала. У них низкая плотность, высокая прочность, стойкость к химическим воздействиям. Они широко используются в промышленности для производства упаковочных материалов, контейнеров, труб, кабелей, т.д.
Таблица 1. Основные характеристики полиэтиленов и полипропиленов
Показатель | Полиэтилен | Полипропилен |
Формула | ||
Модификации |
Полиэтилен низкого давления Полиэтилен высокого давления |
Атактический, синдиотактический и изотактический полимер |
Технология производства | Полимеризация при низком/высоком давлении | Полимеризация в присутствии металлокомплексных катализаторов |
Исходное сырье | Этилен | Пропилен |
Плотность |
910—930 кг/м3 для ПЭВД 950—970 кг/м3 для ПЭНД |
900—910 кг/м3 |
Температура плавления |
120 —135 °С для ПЭНД 105—108 °С для ПЭВД |
165—170 °С |
Несмотря на общие черты, у полиэтилена и полипропилена есть различия в свойствах, а также в специфике применения. Например, полипропилен обладает более высокой температурной стойкостью и жесткостью по сравнению с полиэтиленом, что позволяет применять его при производстве деталей для автомобильной, в электротехнической промышленности. С другой стороны, у полиэтилена более высокая прочность при растяжении, устойчивость к ударам. Это делает его более подходящим материалом для производства упаковки, пленки.
Технология производства полиэтилена
Производство полиэтилена высокой плотности (ПВД) и полиэтилена низкой плотности (ПНД) осуществляется с помощью процесса полимеризации этилена. Есть несколько технологий производства. Однако распространены две основные технологии: процесс свободно-радикальной полимеризации, процесс координационной полимеризации.
Процесс свободно-радикальной полимеризации заключается в том, что этилен под давлением и при высокой температуре подвергается реакции свободно-радикальной полимеризации. В этом процессе используется перекись бензоила или другие инициаторы свободно-радикальных реакций, которые обеспечивают начало реакции полимеризации. Этот процесс используется для производства ПНД.
Процесс координационной полимеризации основан на использовании катализаторов – титана или циркония, которые активируют мономер (этилен), позволяют ему присоединяться к существующей цепи полимера. Этот процесс применяется для производства ПВД.
В обоих случаях полученный полимер находится в форме порошка или гранул. Для получения конечных изделий полимеры расплавляются, используются в экструзии, литье под давлением или других процессах формования. В производстве ПЭ еще применяются разные модификаторы, например, для улучшения свойств материала: прочности, устойчивости к ударным нагрузкам, термостойкости, др.
Области применения
Полиэтилен используется в разных отраслях промышленности, строительстве, медицине, быту. Все из-за уникальных химических, физических свойств. Рассмотрим сферы применения ПЭ.
Упаковка. Используется для изготовления пленки и пакетов, которые оптимально подходят для упаковки продуктов питания, химикатов, медицинских препаратов, бытовых товаров, т.д.
Промышленность. Применяется как материал для производства труб, кабелей, фитингов, бутылок, контейнеров, коробок, плиток, других изделий, использующихся в разных областях промышленности.
Сельское хозяйство. Применяется для изготовления пленки, труб, сеток, контейнеров, других изделий, применяемых в сельском хозяйстве для упаковки, транспортировки сельскохозяйственных продуктов, создания систем полива, дренажа.
Строительство. Применяется для изготовления пленки, изоляции, труб, оконных профилей, других материалов, которые используются в строительстве.
Медицина. Применяется для изготовления медицинских инструментов, оборудования, упаковки, других изделий, использующихся в медицинской отрасли благодаря биологической совместимости, низкой токсичности, устойчивости к стерилизации.
Бытовые товары. Применяется для изготовления пластиковой продукции для быта - стульев, столов, ведер, корзин, ковриков.
Экология и вторичное использование
ПЭ часто становится объектом обсуждения в контексте экологических проблем. Хотя он удобный, прочный, доступный материал, который применяется в производстве разных товаров, у него есть недостаток - он практически не разлагается и сильно загрязняет окружающую среду. Это приводит к его негативному воздействию на экосистемы.
Однако ПЭ перерабатывается для вторичного использования. Существуют следующие способы переработки: механическая переработка, химическая переработка, переработка с помощью бактерий.
Механическая переработка ПЭ включает измельчение отходов. После этого полученный материал используется в качестве сырья для производства новых изделий. Химическая переработка позволяет получить другие полимерные материалы, например, полиэфиры или полиэтиленоксиды, которые используются в качестве смол, пластификаторов.
Переработка полиэтилена с помощью бактерий является относительно новым методом, основанным на использовании бактерий, способных разлагать полимеры. Бактерии применяются для переработки полиэтилена в биогаз, удобрения или другие продукты.
Таким образом, вторичное использование ПЭ – важный этап в устранении проблемы его накопления в окружающей среде. Однако эффективность переработки, а также его повторное использование зависят от разных факторов - доступности технологий, финансовой выгоды, правильном использовании собранных отходов.
На нашем сайте вы можете найти эффективные компоненты для производства полиэтиленов и полипропиленов, в частности стеараты кальция, которые используются в качестве сказочно-стабилизирующей добавки.