Полиэтилен
| Полиэтилен | |
 |
|
 |
|
 Международный знак вторичной переработки для полиэтилена высокой плотности  Международный знак вторичной переработки для полиэтилена низкой плотности |
|
| Общие | |
|---|---|
| Термические свойства |
Полиэтиле́н в термопластичный полимер этилена. Является органическим соединением и имеет длинные молекулы ввCH2вCH2вCH2вCH2вв, где «в» обозначает ковалентные связи между атомами углерода. Самый распространённый в мире пластик[1].
Представляет собой воскообразную массу белого цвета (тонкие листы прозрачны и бесцветны). Химически- и морозостоек, изолятор, не чувствителен к удару (амортизатор), при нагревании размягчается (80в120°С), при охлаждении застывает, адгезия (прилипание) в чрезвычайно низкая. Иногда в народном сознании отождествляется с целлофаном в похожим материалом растительного происхождения.
Содержание |
[править] История
Изобретателем полиэтилена считается немецкий инженер Ганс фон Пехманн, который впервые случайно получил этот продукт в 1899 году. Однако это открытие не получило распространения. Вторая жизнь полиэтилена началась в 1933 году благодаря инженерам Эрику Фосету и Реджинальду Гибсону. Сначала полиэтилен использовался в производстве телефонного кабеля и лишь в 1950-е годы стал использоваться в пищевой промышленности как упаковка[2].
[править] Названия
Полиэтилен высокой плотности имеет зарегистрированный товарный знак СНОЛЕН (Свидетельство на товарный знак в„– 380910) [3]
[править] Получение
На обработку поступает в виде гранул от 2 до 5 мм. Полиэтилен получают полимеризацией этилена:
[править] Получение полиэтилена высокого давления
Полиэтилен высокого давления (ПЭВД), или Полиэтилен низкой плотности (ПЭНП), образуется при следующих условиях:
- температура 200в260 °C;
- давление 150в300 МПа;
- присутствие инициатора (кислород или органический пероксид);
в автоклавном или трубчатом реакторах. Реакция идёт по радикальному механизму. Получаемый по этому методу полиэтилен имеет средневесовой молекулярный вес 80 000в500 000 и степень кристалличности 50-60 %. Жидкий продукт впоследствии гранулируют. Реакция идёт в расплаве.
[править] Получение полиэтилена среднего давления
Полиэтилен среднего давления (ПЭСД) образуется при следующих условиях:
- температура 100в120 °C;
- давление 3в4 МПа;
- присутствие катализатора (катализаторы Циглера в Натта, например, смесь TiCl4 и AlR3);
продукт выпадает из раствора в виде хлопьев. Получаемый по этому методу полиэтилен имеет средневесовой молекулярный вес 300 000в400 000, степень кристалличности 80-90 %.
[править] Получение полиэтилена низкого давления
Полиэтилен низкого давления (ПЭНД), или Полиэтилен высокой плотности (ПЭВП), образуется при следующих условиях:
- температура 120в150 °C;
- давление ниже 0.1 в 2 МПа;
- присутствие катализатора (катализаторы ЦиглеравНатта, например, смесь TiCl4 и AlR3);
Полимеризация идёт в суспензии по ионно-координационному механизму. Получаемый по этому методу полиэтилен имеет средневесовой молекулярный вес 80 000в3 000 000, степень кристалличности 75-85 %.
Следует иметь в виду, что названия «полиэтилен низкого давления», «среднего давления», «высокой плотности» и т. д. имеют чисто риторическое значение. Так, полиэтилен, получаемый по 2- и 3-му методам, имеет одинаковую плотность и молекулярный вес. Давление в процессе полимеризации при так называемых низком и среднем давлениях в ряде случаев одно и то же.
[править] Другие способы получения полиэтилена
Существуют и другие способы полимеризации этилена, например под влиянием радиоактивного излучения, однако они не получили промышленного распространения.
[править] Модификации полиэтилена
Ассортимент полимеров этилена может быть значительно расширен получением сополимеров его с другими мономерами, а также путём получения композиций при компаундировании полиэтилена одного типа с полиэтиленом другого типа, полипропиленом, полиизобутиленом, каучуками и т. п.
На основе полиэтилена и других полиолефинов могут быть получены многочисленные модификации в привитые сополимеры с активными группами, улучшающими адгезию полиолефинов к металлам, окрашиваемость, снижающими его горючесть и т. д.
Особняком стоят модификации так называемого «сшитого» полиэтилена ПЭ-С (PE-X). Суть сшивки состоит в том, что молекулы в цепочке соединяются не только последовательно, но и образуются боковые связи которые соединяют цепочки между собой, за счёт этого достаточно сильно изменяются физические и в меньшей степени химические свойства изделий.
Различают 4 вида сшитого полиэтилена (по способу производства): пероксидный (а), силановый (b), радиационный (с) и азотный (d). Наибольшее распространение получил РЕх-b, как наиболее быстрый и дешёвый в производстве.
[править] Молекулярное строение
 |
В этом разделе не хватает ссылок на источники информации.
Информация должна быть проверяема, иначе она может быть поставлена под сомнение и удалена.
Вы можете отредактировать эту статью, добавив ссылки на авторитетные источники. Эта отметка стоит на статье с 12 мая 2011 |
Макромолекулы полиэтилена высокого давления (nв‰…1000) содержат боковые углеводородные цепи C1вС4, молекулы полиэтилена среднего давления практически неразветвлённые, в нём больше доля кристаллической фазы, поэтому этот материал более плотный; молекулы полиэтилена низкого давления занимают промежуточное положение. Большим количеством боковых ответвлений объясняется более низкая кристалличность и соответственно более низкая плотность ПЭВД по сравнению с ПЭНД и ПЭСД.
| Показатель | ПЭВД | ПЭСД | ПЭНД |
|---|---|---|---|
| Общее число групп СН3 на 1000 атомов углерода: | 21,6 | 5 | 1,5 |
| Число концевых групп СН3 на 1000 атомов углерода: | 4,5 | 2 | 1,5 |
| Этильные ответвления | 14,4 | 1 | 1 |
| Общее количество двойных связей на 1000 атомов углерода | 0,4в0,6 | 0,4в0,7 | 1,1-1,5 |
| в том числе: | |||
| винильных двойных связей (R-CH=CH2), % | 17 | 43 | 87 |
винилиденовых двойных связей ( ), % |
71 | 32 | 7 |
| транс-виниленовых двойных связей (R-CH=CH-R'), % | 12 | 25 | 6 |
| Степень кристалличности, % | 50-65 | 75-85 | 80-90 |
| Плотность, г/см³ | 0,91-0,93 | 0,93-0,94 | 0,94-0,96 |
[править] Полиэтилен HDPE (Hight Density PE - высокая плотность)
| Параметр | Значение |
|---|---|
| Плотность, г/см³ | 0,94-0,96 |
| Разрушающее напряжение, кгс/см² | |
| при растяжении | 100в170 |
| при статическом изгибе | 120в170 |
| при срезе | 140в170 |
| относительное удлинение при разрыве, % | 500в600 |
| модуль упругости при изгибе, кгс/см² | 1200в2600 |
| предел текучести при растяжении, кгс/см² | 90-160 |
| относительное удлинение в начале течения, % | 15-20 |
| твёрдость по Бринеллю, кгс/мм² | 1,4-2,5 |
С увеличением скорости растяжения образца разрушающее напряжение при растяжении и относительное удлинение при разрыве уменьшаются, а предел текучести при растяжении возрастает.
С повышением температуры разрушающее напряжение полиэтилена при растяжении, сжатии, изгибе и срезе понижается. а относительное удлинение при разрыве возрастает до определённого предела, после которого также начинает снижаться
| Разрушающее напряжение, кгс/см² | Температура, ºС | |||
|---|---|---|---|---|
| 20 | 40 | 60 | 80 | |
| при сжатии | 126 | 77 | 40 | - |
| при статическом изгибе | 118 | 88 | 60 | - |
| при срезе | 169 | 131 | 92 | 53 |
| Температура, °С | -120 | -100 | -80 | -60 | -40 | -20 | 0 | 20 | 50 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Модуль упругости при изгибе, кгс/см² | 28100 | 26700 | 23200 | 19200 | 13600 | 7400 | 3050 | 2200 | 970 |
Необходимо отметить, что свойства изделий из полиэтилена будут существенно зависеть от режимов их изготовления (скорости и равномерности охлаждения) и условий эксплуатации (температуры, давления, продолжительности. воздействия нагрузки и т. п.).
[править] Полиэтилен высокого давления LDPE (Low Density PE - низкая плотность)
[править] Химические свойства
[править] Общие свойства
Устойчив к действию воды, не реагирует с щелочами любой концентрации, с растворами нейтральных, кислых и основных солей, органическими и неорганическими кислотами, даже концентрированной серной кислоты, но разлагается при действии 50%-ой азотной кислоты при комнатной температуре и под воздействием жидкого и газообразного хлора и фтора.
При комнатной температуре нерастворим и не набухает ни в одном из известных растворителей. При повышенной температуре (80 °C) растворим в циклогексане и четырёххлористом углероде. Под высоким давлением может быть растворён в перегретой до 180 °C воде.
Со временем, деструктурирует с образованием поперечных межцепных связей, что приводит к повышению хрупкости на фоне небольшого увеличения прочности. Нестабилизированный полиэтилен на воздухе подвергается термоокислительной деструкции (термостарению). Термостарение полиэтилена проходит по радикальному механизму, сопровождается выделением альдегидов, кетонов, перекиси водорода и др.
Полиэтилен низкого давления (ПЭНД), или высокой плотности (HDPE), применяется при строительстве полигонов переработки отходов, накопителей жидких и твёрдых веществ, способных загрязнять почву и грунтовые воды.[4]
[править] Переработка
Полиэтилен (кроме сверхмолекулярного) перерабатывается всеми известными для пластмасс методами, такими как экструзия, экструзия с раздувом, литьё под давлением, пневматическое формование. Экструзия полиэтилена возможна на оборудовании с установленным «универсальным» червяком.
[править] Применение
- Полиэтиленовая плёнка (особенно упаковочная, например, пузырчатая упаковка или скотч),
- Тара (бутылки, банки, ящики, канистры, садовые лейки, горшки для рассады)
- Полимерные трубы для канализации, дренажа, водо-, газоснабжения.
- Электроизоляционный материал.
- Полиэтиленовый порошок используется как термоклей[5].
- Броня (бронепанели в бронежилетах)[6]
- Корпуса для лодок[7], вездеходов, деталей технической аппаратуры, диэлектрических антенн, предметов домашнего обихода и др.;
Малотоннажная марка полиэтилена в так называемый «сверхвысокомолекулярный полиэтилен», отличающийся отсутствием каких-либо низкомолекулярных добавок, высокой линейностью и молекулярной массой, используется в медицинских целях в качестве замены хрящевой ткани суставов. Несмотря на то, что он выгодно отличается от ПЭНД и ПЭВД своими физическими свойствами, применяется редко из-за трудности его переработки, так как обладает низким ПТР и перерабатывается только литьём.
[править] См. также
[править] Примечание
- в‘ Piringer, Otto G.; Baner, Albert Lawrence (2008). Plastic packaging: interactions with food and pharmaceuticals (2nd ed.). Wiley-VCH. ISBN 9783527314553.
- в‘ История полиэтилена: неожиданное рождение пластикового пакета
- в‘ Полиэтилен низкого давления "СНОЛЕН" | ОАО "Газпром нефтехим Салават"
- в‘ Геомембрана HDPE
- в‘ Сжать и провернуть: Сделано в России
- в‘ Доспехи XXI века
- в‘ Total Petrochemicals создала ротомолдинговую лодку из полиэтилена
[править] Ссылки
- ГОСТ 16338-85 (Взамен ГОСТ 16338-77) Полиэтилен низкого давления
- ГОСТ 16337-77 Полиэтилен высокого давления
- ГОСТ 16336-77. Композиции полиэтилена для кабельной промышленности. Технические условия.
- ТУ 2211-145-05766801-2008. Полиэтилен. Технические условия.
- Обзор полиэтилена марок ПЭ-63, ПЭ-80, ПЭ-100
- Характеристики трубного полиэтилена ПЭ-63, ПЭ-80, ПЭ-100
- Flash-иллюстрация механизма полимеризации этилена на катализаторе Циглера-Натта (Ц1)
