Полиэтилен: физико-химические и потребительские свойства, структура потребления, области применения полиэтилена

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Полиэтилен (ПЭ): физико-химические и потребительские свойства, структура потребления, области применения полиэтилена

полиэтилен давление

Химическая структура молекулы полиэтилена проста и представляет собою цепочку атомов углерода, к каждому из которых присоединены две молекулы водорода.

Полиэтилен (ПЭ) [-СН2-СН2-] n существует в двух модификациях, отличающихся по структуре, а значит, и по свойствам. Обе модификации получаются из этилена СН2=СН2. В одной из форм мономеры связаны в линейные цепи со степенью полимеризации (СП) обычно 5000 и более; в другой - разветвления из 4-6 углеродных атомов присоединены к основной цепи случайным способом. Линейные полиэтилены производятся с использованием особых катализаторов, полимеризация протекает при умеренных температурах (до 150 0С) и давлениях (до 20 атм.).

Полиэтилен - термопластичный полимер, непрозрачен в толстом слое, кристаллизуется в диапазоне температур от минус 60°С до минус 369°С; не смачивается водой, при комнатной температуре не растворяется в органических растворителях, при температуре выше 80°С сначала набухает, а затем растворяется в ароматических углеводородах и их галогенопроизводных; ПЭ устойчив к действию водных растворов солей, кислот, щелочей, но при температурах выше 60°С серная и азотная кислоты быстро его разрушают. Кратковременная обработка ПЭ окислителем (например, хромовой смесью) приводит к окислению поверхности и смачиванию ее водой, полярными жидкостями и клеями. В этом случае изделия из ПЭ можно склеивать.

Этилен может быть полимеризован несколькими способами, в зависимости от этого полиэтилен разделяют на: полиэтилен высокого давления (ПЭВД) или низкой плотности (ПЭНП); полиэтилен низкого давления (ПЭНД) или высокой плотности (ПЭВП); а также еще на линейный полиэтилен.

ПЭВД полимеризуется радикальным способом под давле¬нием от 1000 до 3000 атмосфер и при температуре 180 градусов. Инициатором служит кислород.

ПЭНД полимеризуется при давлении не менее 5 атмосфер и температуре 80 градусов при помощи катализаторов Циглера-Натта и органического растворителя.

Линейный полиэтилен (есть еще название полиэтилен среднего давления) получают при 30-40 атмосферах и температуре около 150 градусов. Такой полиэтилен является как бы «промежуточным» продуктом между ПЭНД и ПЭВД, что касается свойств и качеств.

Не так давно начала применяться технология, где используются так называемые металлоценовые катализаторы. Смысл технологии заключается в том, что удается добиться более высокой молекулярной массы полимера, это, соответственно, увеличивает прочность изделия.

По своей структуре и свойствам (несмотря на то, что используется один и тот же мономер), ПЭВД, ПЭНД, линейный полиэтилен отличаются, и, соответственно, применяются для различных задач. ПЭВД мягкий материал, ПЭНД и линейный полиэтилен имеют жесткую структуру.

Также отличия проявляются в плотности, температуре плавления, твердости, и прочности.

Сравнительная характеристика полиэтилена высокого и низкого давления (ПЭВД и ПЭНД)

Основной причиной, вызывающей различия в свойствах ПЭ, является разветвленность макромолекул: чем больше разветвлений в цепи, тем выше эластичность и меньше кристалличность полимера. Paзветвления затрудняют более плотную упаковку макромолекул и препятствуют достижению степени кристалличности 100%; наряду с кристаллической фазой всегда имеется аморфная, содержащая недостаточно упорядоченные участки макромолекул. Соотношение этих фаз зависит от способа получения ПЭ и условии его кристаллизации. Оно определяет и свойства полимера. Пленки из ПЭНП в 5-10 раз более проницаемы, чем пленки из ПЭВП.

Механические показатели ПЭ возрастают с увеличением плотности (степени кристалличности) и молекулярной массы. В виде тонких пленок ПЭ (особенно полимер низкой плотности) обладает большей гибкостью и некоторой прозрачностью, а в виде листов приобретает большую жесткость и непрозрачность.

Полиэтилен устойчив к ударным нагрузкам. Среди наиболее важных свойств полиэтилена можно отметить морозостойкость. Они могут эксплуатироваться при температурах от -70°С до 60°С (ПЭНП) и до 100°С (ПЭВП), некоторые марки сохраняют свои ценные свойства при температурах ниже -120°С.

Полиэтилены, являясь предельными углеводородами, стойки по отношению ко многим агрессивным средам (кислотам, щелочам и т.д.) и органическим жидкостям.

Существенным недостатком полиэтилена является его быстрое старение. Срок старения увеличивают за счет специальных добавок - противостарителей (фенолы, амины, газовая сажа).

Вязкость расплава ПЭНП выше, чем ПЭВП, поэтому он перерабатывается в изделия легче.

По электрическим свойствам ПЭ, как неполярный полимер, относится к высококачественным высокочастотным диэлектрикам, диэлектрическая проницаемость и тангенс угла диэлектрических потерь мало изменяются с изменением частоты электрического поля, температуры в пределах от минус 80°С до 100°С и влажности. Однако остатки катализатора в ПЭВП повышают тангенс угла диэлектрических потерь, особенно при изменении температуры, что приводит к некоторому ухудшению изоляционных свойств.

Легкий эластичный кристаллизующийся материал с теплостойкостью отдельных марок до 110 0С. Допускает охлаждение до -80 0С. Температура плавления марок: 120-135 0С. Температура стеклования: ок. -20 0С. Дает блестящую поверхность.

Характеризуется хорошей ударной прочностью и большей теплостойкостью по сравнению с LDPE.

Свойства сильно зависят от плотности материала. Увеличение плотности приводит к повышению прочности, жесткости, твердости, химической стойкости. В то же время при увеличении плотности снижается ударопрочность при низких температурах, удлинение при разрыве, проницаемость для газов и паров.

Наблюдается высокая ползучесть при длительном нагружении. Имеет очень высокую химическую стойкость (больше, чем у LDPE). Обладает отличными диэлектрическими характеристиками. Биологически инертен. Легко перерабатывается.

Характеристики марочного ассортимента (минимальные и максимальные значения для промышленных марок)

Полиэтилен ПНД (высокой плотности) применяется преимущественно для выпуска тары и упаковки. За рубежом примерно третья часть выпускаемого полимера используется для изготовления контейнеров выдувным формованием (емкости для пищевых продуктов, парфюмерно-косметических товаров, автомобильных и бытовых химикатов, топливных баков и бочек). При этом стоит отметить, что по сравнению с другими областями, опережающими темпами растет использование ПЭНД для производства упаковочных пленок. ПЭ НД находит также применение в производстве труб и деталей трубопроводов, где используются такие достоинства материала как долговечность (срок службы - 50 лет), простота стыковой сварки, дешевизна (в среднем на 30% ниже по сравнению с металлическими трубами).

Полиэтилен высокого давления

Другие обозначения: PE-LD, PEBD (французское и испанское обозначение).

Легкий эластичный кристаллизующийся материал с теплостойкостью без нагрузки до 60°С (для отдельных марок до 90°С). Допускает охлаждение (различные марки в диапазоне от -45 до -120°С).

Свойства сильно зависят от плотности материала. Увеличение плотности приводит к повышению прочности, жесткости, твердости, химической стойкости. В то же время при увеличении плотности снижается ударопрочность при низких температурах, удлинение при разрыве, трещиностойкость, проницаемость для газов и паров. Склонен к растрескиванию при нагружении. Не отличается стабильностью размеров.

Обладает отличными диэлектрическими характеристиками. Имеет очень высокую химическую стойкость. Не стоек к жирам, маслам. Не стоек к УФ-излучению. Отличается повышенной радиационной стойкостью. Биологически инертен. Легко перерабатывается.

Характеристики марочного ассортимента (минимальные и максимальные значения для промышленных марок)

Полиэтилен ПВД (низкой плотности) используется в основном в производстве пищевых, технических, сельскохозяйственных пленок и для изоляции трубопроводов. В последние годы за рубежом наиболее активно растет объем потребления и производства линейного полиэтилена низкой плотности, который в ряде зарубежных стран в значительной степени вытеснил из основных сегментов рынка (производство пленок) ПЭНП.

Размещено на Allbest.ru