Полиэтилен высокой прочности
Полиэтилен - органическое соединение, термопластичный полимер этилена. Механические показатели, химические, физические свойства и недостатки. Характеристика сырья и производимой продукции. Технология получения и применение полиэтилена высокой плотности.
Рубрика | Химия |
Вид | контрольная работа |
Язык | русский |
Дата добавления | 04.07.2022 |
Размер файла | 191,8 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.Allbest.Ru/
Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования
Национальный исследовательский технологический университет
«МИСиС»
Новотроицкий филиал
Кафедра математики и естествознания
Контрольная работа
по дисциплине: «Химия высокомолекулярных соединений»
на тему:
Полиэтилен высокой прочности
Новотроицк, 2022 г.
Введение
Полиэтилен - термопластичный полимер этилена. Является органическим соединением. Самая распространенная в мире пластмасса.
Представляет собой воскообразную массу белого цвета (тонкие листы прозрачны и бесцветны). Химически- и морозостоек, изолятор, не чувствителен к удару (амортизатор), при нагревании размягчается (80-120°С), при охлаждении застывает, адгезия (прилипание) - чрезвычайно низкая. Иногда в народном сознании отождествляется с целлофаном - похожим материалом растительного происхождения.
Полиэтилен высокой плотности (низкого давления) имеет общепринятое сокращение ПНД или в иностранной аббревиатуре HDPE (High Density Polyethylene), а полиэтилен низкой плотности (высокого давления) соответственно ПВД или LDPE (Low Density Polyethylene).
1. Химические и физические свойства полиэтилена
Полиэтилен [-СН2-СН2-]n существует в двух модификациях, отличающихся по структуре 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, а 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 1500С) и давлениях (до 20 атм.).
Полиэтилен - термопластичный полимер, непрозрачен в толстом слое, кристаллизуется в диапазоне температур от минус 60°С. Он смачивается водой, при комнатной температуре не растворяется в органических растворителях, а 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.
По своей структуре и свойствам ПЭНП, ПЭВП и ЛПЭНП отличаются, и применяются для различных задач. ПЭНП более мягкий, а ПЭВП и ЛПЭНП имеют жесткую структуру. Также отличия проявляются в плотности, температуре плавления, твердости, и прочности. В таблице 1 представлена сравнительная характеристика ПЭНП и ПЭВП.
Основной причиной, вызывающей различия в свойствах ПЭ, является разветвленность макромолекул: чем больше разветвлений в цепи, тем выше эластичность и меньше кристалличность полимера. Разветвления затрудняют более плотную упаковку макромолекул и препятствуют достижению степени кристалличности 100%.
Таблица 1
Сравнительная характеристика ПЭНП и ПЭВП
Полиэтилен |
Молекулярная масса, г/моль |
Плотность, г/см3 |
Температура плавления, 0С |
Модуль упругости, МПа |
Vраст., МПа |
Относ. удлинение, % |
|
Низкой плотности (высокого давления) |
600 тыс. |
0,915-0,935 |
102-105 |
100-200 |
7-17 |
100-800 |
|
Высокой плотности (низкого давления) |
200-400 тыс. |
0,94-0,97 |
125-137 |
400-1250 |
15-45 |
100-1200 |
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. Существенным недостатком полиэтилена является его быстрое старение, которое останавливают с помощью специальных добавок - противостарителей (фенолы, амины, газовая сажа). Показатель текучести расплава ПТР у 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. Полиэтилен высокой плотности (ПЭВП) производится путем полимеризации этилена при низком от 1 до 50 бар или среднем давлении от 30 до 40 атмосфер и температуре от 85° до 180 °С при помощи катализаторов Циглера-Натта (оксид хрома или оксид алюминия) и органического растворителя (анионная полимеризация).
2. Получение полиэтилена высокой плотности
Полиэтилен высокой плотности (НDPE) - ПЭ с линейной макромолекулой и относительно высокой плотностью (0,960 г/смі). Это полиэтилен, называемый также полиэтиленом низкого давления (ПЭНД), его получают полимеризацией со специальными катализаторными системами.
Линейные полиэтилены образуют области кристалличности, которые сильно влияют на физические свойства образцов. Этот тип полиэтилена обычно называют полиэтиленом высокой плотности; он представляет собой очень твердый, прочный и жесткий термопласт, широко применяемый для литьевого и выдувного формования емкостей, используемых в домашнем хозяйстве и промышленности. Полиэтилен высокой плотности прочнее полиэтилена низкой плотности.
Производство ПЭВП предназначено для изготовления продукции, используемой для производства:
- полиэтиленовых труб различного назначения, в т.ч. ПЭ 100 и ПЭ 80;
- сверхтонкой, прочной пленки и других пленок высокой плотности;
- баков для диатермического масла, бензобаков, крупных емкостей и контейнеров;
- изделий, получаемых литьем под давлением;
- кабельной изоляции;
- выдувных изделий;
- полиэтиленового волокна.
Процесс «HOSTALEN» Фирмы «BASEL», Германия
Двухреакторный (бимодальный) суспензионный процесс в тяжелом растворителе (гексане).
Тип реактора - автоклав с мешалкой, с уплотнением в паровой фазе. Для ведения процесса используется один тип катализатора - Циглера-Натта - при его введении только в первый реактор и один тип сомономера - бутен-1. В ряде случаев используется пропилен для литьевых марок.
Параметры процесса: 76-85°С при давлении менее 10 атм., время контакта катализатора 1-3 часа, степень конверсии за 1 цикл 99,5%, что позволяет исключить рецикл этилена.
Короткое время контакта с катализатором, хорошие условия массообмена в реакторе, наличие одного типа катализатора и сомономера обеспечивают хорошие условия перехода с марки на марку (1-3 часа). Рекламируемая фирмой плотность получаемого продукта составляет 0,938 - 0,970 г/см3. Рекомендуемый марочный ассортимент ПЭВП и ПЭСП соответствует самым высоким требованиям современного рынка.
Учитывая самый большой, более 20 лет, опыт в эксплуатации бимодальных процессов в мире и наличие полиэтилена фирмы «Hostalen» в течение длительного времени на Российском рынке, следует отметить большой авторитет ПЭВП марок «Hostalen» у наших потребителей (Горьковского автозавода при производстве бензобаков, заводов, производящих напорные и газовые трубы).
Трубные марки с процесса «Hostalen» выпускаются с полной рецептурой добавок, окрашенные в черный, голубой, желтый, оранжевый и коричневый цвета (в зависимости от класса ПЭ-80, ПЭ-100 и области применения), что более соответствует требованиям Европейского и Мирового рынка (кроме США и Японии) и учитывает имеющееся оборудование трубных производств. Высоким авторитетом пользуются также высокоударопрочные литьевые марки Хосталена.
Положительным моментом процесса «Hostalen» является перспектива его совершенствования, которая базируется на последних разработках фирмы, позволяющих увеличить выход полимера с 50 кг до 150 кг на грамм катализатора. Научно-исследовательскими достижениями фирмы, доложенными на семинаре в ОАО «Пластполимер» в июне 2000 года, явилась разработка катализатора нового поколения с возможностью увеличения выхода полимера до 900 кг на грамм катализатора.
Основные недостатки процесса «Hostalen», с точки зрения требований современного рынка:
- марочный ассортимент не полностью обеспечивает требования рынка в связи с ограничением диапазона плотности (0.938 - 0.970 г/литр) полимера, что вообще исключает линейный полиэтилен низкой плотности. Это обстоятельство приведет в будущем к закупке ЛПЭНП у Западных фирм для собственного вспомогательного производства мешков и оболочной пленки для крепления мешков на палетах в объеме около 1000 т в год, необходимых для упаковки товарного полиэтилена;
- использование тяжелого растворителя - гексана - вызывает необходимость установки значительного количества дополнительного оборудования - центрифуги отстойного типа, сушилки, установки регенерации растворителя.
Характеристика сырья и производимой продукции
Производимая продукция - это полиэтилен марки 276.
Полиэтилен низкого давления - порошкообразный представляет собой порошок белого цвета (твердый высокомолекулярный продукт), полученный в газовой фазе с применением хроморганических соединений в качестве катализатора.
Химическая формула - (-СН2-)n, где n - средняя степень полимеризации.
Он обладает высокими механическими свойствами.
Плотность полиэтилена является мерой кристалличности, а также степени разветвленности макромолекулы полиэтилена.
Повышение плотности вызывает повышение сопротивления разрыву, твердости, химической стойкости, температуры размягчения и предела текучести, но приводит к понижению вязкости при изгибе и сопротивления растеканию под напряжением.
Свойства полиэтилена марки 276 приведены в таблице 2.
Таблица 2
Свойства полиэтилена марки 276
Плотность, г/см3 |
0,958-0,963 |
|
Показатель текучести расплава, г/10 мин при нагрузке 5,0 кг |
2,6-4,5 |
|
Массовая доля золы, %, не более Высший сорт Первый сорт |
0,03 0,045 |
|
Насыпной вес, г/дм3 |
370-520 |
|
Температура плавления, °С |
120-130 |
|
Размер частиц, мм |
0,3-1,2 |
|
Морозостойкость, °С |
Ниже минус 70 |
|
Удельное объемное электрическое сопротивление, Ом*см |
1017 |
|
Относительное удлинение при разрыве, % |
400-800 |
|
Ударная вязкость |
Не ломается |
В готовые изделия порошкообразный полиэтилен перерабатывается методом экструзии, выдувания и литья под давлением.
Характеристика основного сырья приведена в таблице 3.
Таблица 3
Характеристика основного сырья
Наименование сырья, материалов и полупродуктов |
Государственный или отраслевой стандарт, технические условия, регламент и методика подготовки сырья |
Показатели по стандарту, обязательные для проверки |
Регламентируемые показатели с допустимыми отклонениями |
|
Этилен |
Постоянный технологический регламент №13-70-96 |
Объемная доля этилена, %, не менее |
99,9 |
|
Объемная доля метана и этана в сумме, %, не более |
0,1 |
|||
Объемная доля ацетилена, %, не более |
0,001 |
|||
Объемная доля пропилена, %, не более |
0,005 |
|||
Объемная доля диеновых углеводородов (пропадиена и бутадиена), %, не более |
0,0005 |
|||
Объемная доля оксида углерода, %, не более |
0,0005 |
|||
Объемная доля диоксида углерода, %, не более |
0,002 |
|||
Массовая концентрация серы, мг/м3, не более |
1 |
|||
Массовая доля воды, %, не более |
0,001 |
|||
Объемная доля кислорода, %, не более |
0,0005 |
|||
Объемная доля метанола, %, не более |
0,005 |
|||
Водород |
Постоянный технологический регламент №13-10-94 |
Объемная доля водорода в пересчете на сухой газ, %, не менее |
99,999 |
|
Объемная доля кислорода в пересчете на сухой газ, %, не более |
0,001 |
|||
Объемная доля воды, %, не более |
0,005 |
В зависимости от свойств полиэтилен используется для производства труб, пленок, листов, моноволокна, тонко- и толстостенных изделий различного габарита (сиденья, ведра, бачки, контейнеры).
Характеристика вспомогательного сырья приведена в таблице 4.
Таблица 4
Характеристика вспомогательного сырья
Наименование сырья, материалов и полупродуктов |
Государственный или отраслевой стандарт, технические условия |
Показатели по стандарту, обязательные для проверки |
Регламентные показатели |
|
Катализатор S-9-800°С |
Постоянный технологический регламент № 13-14-97 |
Массовая доля хрома, %, не менее |
1,2 |
|
Катализатор S-9-700°С + ТГФ |
Постоянный технологический регламент № 13-14-97 |
Массовая доля хрома, %, не менее |
1,4 |
|
Катализатор S-9-600°С |
Постоянный технологический регламент № 13-14-97 |
Массовая доля хрома, %, не менее |
1,4 |
|
Азот газообразный очищенный |
Постоянный технологический регламент № 58-94 |
Объемная доля азота, %, не менее |
99,98 |
|
Объемная доля кислорода, %, не более |
0,0005 |
|||
Содержание масла |
Отсутс. |
|||
Содержание механических примесей |
Отсутс. |
|||
Объемная доля воды, %, не более |
0,0007 |
|||
Азотно-кислородная смесь для гашения реакции |
Требования инофирмы |
Содержание кислорода, % |
5 - 6 |
|
Содержание азота, % |
94 - 95 |
Энерготехнологические ресурсы
Расход энерготехнологических ресурсов для производства полиэтилена марки 276 представлен в таблице 5.
Таблица 5
Расход энерготехнологических ресурсов для производства полиэтилена
Энерготехнологические ресурсы |
Ед. изм. |
Расход на 1 тонну полиэтилена |
|
Оборотная вода |
Мі |
65.0 |
|
Пар (14-17) кгс/см |
Гкал |
0.127 |
|
Пар (4-6) кгс/см |
Гкал |
0.053 |
|
Азот |
Мі |
127.5 |
|
Воздух КИП |
Мі |
26.5. |
|
Воздух технологический |
мі |
6.0 |
|
Электроэнергия |
кВт |
486.0 |
|
Конденсат |
т |
- |
Аппаратное оформление
По суспензионному методу ПЭВП получают в среде органического растворителя (гексан, бензин и др.) в присутствии катализаторов Циглера-Натты в реакторе объемом 10-40 м3, который представляет собой вертикальный цилиндрический аппарат из нержавеющей стали, в нижней части которого расположено барботирующее устройство. Перемешивание реакционной массы проводится этиленом, подаваемым через барботеры. При этом часть этилена растворяется в бензине и превращается в полимер под влиянием катализатора.
Реакционный аппарат для получения ПЭ по газофазному методу представляет собой стальную вертикальную емкость. Например, реактор, установленный на одном из отечественных предприятий, имеет диаметр 4,4 м и объем 540 м3. Верхняя часть реактора расширена до 7,3 м, что предотвращает унос образовавшихся частиц полимера за счет уменьшения давления газового потока. В нижней части реактора расположена газораспределительная плита с отверстиями. Поток циркуляционного газа (этилен, если необходимо - сомономер, а также азот и водород) непрерывно подается через распределительную решетку. Температура циркуляционного газа регулируется автоматически. Подача газа в реактор осуществляется через компрессор. Для охлаждения выходящего из реактора газа устанавливают холодильник воздушного охлаждения. Охлажденный до 30 - 85°С циркуляционный газ смешивается со свежим этиленом и после добавления необходимого количества водорода вновь подается в реактор.
Условия процесса
ПЭВП при низком давлении по суспензионному методу получают полимеризацией этилена в органическом растворителе непрерывным методом при давлении 0,15 - 0,5 МПа и температуре 70 - 80єС в присутствии катализаторов Циглера-Натты до степени конверсии этилена 98%. Скорость полимеризации этилена и свойства получаемого ПЭ зависят от концентрации и активности катализатора, температуры и давления процесса. Оптимальная температура полимеризации 70-80 °С; при дальнейшем ее повышении резко снижается скорость процесса из-за разложения катализатора. Увеличение давления выше 0,5 МПа приводит к значительному ускорению процесса, что затрудняет теплосъем и поддержание заданного режима.
По газофазному методу полимеризацию этилена проводят в газовой фазе при низком давлении с использованием металлорганических катализаторов на носителях. Наиболее часто применяют катализаторов на основе соединений хрома, например, хромтитанфторсодержащий катализатор, получаемый последовательным нанесением на пористый порошкообразный силикагель триоксида хрома, тетраизопропоксититана и кремнефторида алюминия с последующим прокаливанием на воздухе при 750-850єС. Выход полимера с 1 г катализатора (при температуре полимеризации 85-95єС, давлении 2,15 МПа) составляет от 2,2 до 20 кг. Процесс полимеризации ведут при температуре 90-115°С, давлении 2,1 МПа, расходе циркуляционного газа 475 - 103 - 624 - 103 кг/ч до степени конверсии этилена 97%.
Стадии
Технологический процесс производства ПЭНД суспензионным способом состоит из следующих основных стадий: приготовление катализатора; полимеризация этилена; выделение, промывка и сушка порошка полимера. Технологические процессы получения ПЭНД могут несколько различаться по рецептурам, технологическим режимам. Приведем описание одной из наиболее известных технологий.
Описание технологического процесса.
Суспензионный способ
На рисунке 1 изображена схема производства полиэтилена высокой плотности при низком давлении в присутствии четыреххлористого титана и диэтилалюминий хлорида.
Рисунок 1 - Схема производства полиэтилена высокой плотности при низком давлении в присутствии четыреххлористого титана и диэтилалюминий хлорида
1 - смеситель; 2 - разбавитель; 3 - промежуточная емкость; 4 - реактор; 5, 7, 9 - центрифуги непрерывного действия; 6,8 - аппараты для промывки; 10 - сушилка
Катализаторный комплекс А1(С2Н5)2С1 TiCl4 приготавливают смешением растворов диэтилалюминий хлорида и тетрахлорида титана в бензине, подаваемых в смеситель 1 при 20 - 25°С. Его выдерживают в течение 15 мин, а затем разбавляют бензином до концентрации 1 г/л в разбавителе 2. Готовая суспензия катализатора поступает в промежуточную емкость 3, откуда дозирующими насосами непрерывно подается в реактор 4. Туда же непрерывно вводится смесь этилена с водородом (регулятором молекулярной массы). Полимеризацию проводят при 70-80°С и давлении 0,15-0,2 МПа. Конверсия этилена достигает 98%. Концентрация полиэтилена в суспензии в бензине составляет примерно 100 г/л. Производительность реактора 55 - 60 кг/м3 ч.
Теплота реакции полимеризации этилена отводится из верхней части реактора путем испарения бензина и уноса части этилена. Пары бензина, охлажденные и сконденсированные в скруббере с помощью холодного бензина, возвращаются снизу в реактор 4, а охлажденный этилен подается вместе со свежим этиленом. Количество подаваемого свежего этилена определяется давлением в реакторе, которое поддерживают в пределах 0,15-0,2 МПа. механический физический органический полимер полиэтилен
Суспензия ПЭ в бензине из реактора 4 поступает на центрифугу непрерывного действия 5. Отжатый полимер переводят в аппарат 6, в котором при 50-70°С и перемешивании мешалкой со скоростью вращения 1,5 об/с обрабатывают смесью изопропилового спирта с бензином в целях разложения остатка катализатора.
Суспензию ПЭ вновь центрифугируют в центрифуге 7. Спирто-бензиновую смесь после нейтрализации направляют на регенерацию, а пасту ПЭ промывают в аппарате 8 свежей порцией спирто-бензиновой смеси. Окончательную промывку проводят в центрифуге 9. Отмытый порошок ПЭ сушат горячим азотом в «кипящем» слое в сушилке 10 до содержания летучих не более 0,2% и затем подают на «усреднение» и гранулирование.
Для регулирования показателя текучести расплава и молекулярной массы полимера в реакционную среду вводят водород, простые эфиры и другие добавки.
Воспроизводимость процесса обеспечивается автоматическим регулированием постоянства состава и структуры катализатора, а также концентрации раствора и температуры реакции. В этом процессе наряду с высокомолекулярным ПЭ образуется часть низкомолекулярного полимера (до 10%), так называемого воска, который растворяется в бензине.
Регенерация бензина или смеси бензина с изопропиловым спиртом заключается в отделении от мелких частичек ПЭ, нейтрализации соляной кислоты, отгонке летучих (бензина, изопропилового спирта), их разделении и сушке.
При низком давлении по указанной технологической схеме получают и сополимеры этилена с пропиленом, содержащие 1 - 10% (мол.) второго компонента.
На рисунке 2 изображена технологическая схема производства ПЕНД в газовой фазе.
Рисунок 2 - Технологическая схема производства ПЕНД в газовой фазе
1 - реактор-полимеризатор; 2 - отделитель; 3 - емкость для продувки; 4 - емкость для катализатора; 5 - воздушный холодильник; 6 - циркуляционный компрессор
По одной из используемых газофазных технологических схем этилен или его смесь с сомономером непрерывно подается в реактор с псевдоожиженным слоем мелкодисперсного полимера. По этому методу полимеризацию проводят в вертикальном цилиндрическом реакторе 1, в который сквозь перфорированную плиту подают этилен. Скорость подачи этилена регулируют так, чтобы поддерживать частички катализатора и полимера в зависшем состоянии (псевдосжиженый слой). Для отвода тепла реакции используют большое количество этилена, из которого лишь небольшое количество полимеризуется. Непрореагировавший этилен направляют в воздушный холодильник 5 и в дальнейшем возвращают в процесс. Катализатор в реакторе 1 оседает на частички полимера, который предотвращает вынесение его из аппарата 1 и оказывает содействие увеличению размеров частичек ПЭНД. Для получения полиэтилена с заданной молекулярной массой в полимеризатор подают водород, а для изменения плотности - бутилен и пропилен. Полиэтилен из нижней части реактора циклически, через каждых 6 мин отводят в отделитель 2. Конверсия этилена составляет порядка 97%. В аппарате 2 отделяют от полимера этилен и направляют ПЭНД в емкость 3. После продувки полимера азотом в аппарате 3 он поступает на стабилизацию и грануляцию. На завершающей стадии процесса синтеза к полимеру добавляют стабилизаторы, антистатики и другие добавки в соответствии с рецептурой, отвечающей конкретной марке полимера.
Особенности полимеризации при низком давлении. Суспензионный метод. Особенностью полимеризации этилена при низком давлении является образование полимера в присутствии катализаторов, активность которых зависит от мольного соотношения триэтилалюминия и четыреххлористого титана. Выбор мольного соотношения компонентов катализатора определяется требованиями, предъявляемыми к физико-механическим свойствам полимера. Для получения ПЭ с молекулярной массой 70000 - 350000, который может перерабатываться методами экструзии и литья под давлением при 200-260°С, соотношение триэтилалюминия и четыреххлористого титана должно находиться в пределах от 1:1 до 1:2. При отношении выше 1:1 получается ПЭ, с трудом подвергающийся экструзии, а при отношениях ниже 1:2 ПЭ становится низкомолекулярным.
Полимеризация этилена в присутствии катализаторов Циглера-Натты, несмотря на ряд положительных сторон, все же обладает существенными недостатками: огнеопасность; невозможность регенерации применяемого катализатора; необходимость тщательного удаления следов катализатора, снижающих свето-, термостойкость и диэлектрические свойства ПЭ; применяются большие количества бензина и изопропилового спирта, регенерация которых является многостадийной и сложной.
Газофазным методом получают ПЭ в виде гомополимера или сополимера с небольшими добавками второго мономера. Отличительной особенностью процесса является то, что использование различных каталитических систем позволяет получать полимер с различной шириной молекулярно-массового распределения, различными молекулярной массой и показателем текучести расплава (ПТР в пределах от 0,2 до 60 г/10 мин), с более широким, чем у суспензионного ПЭ, диапазоном по плотности (от 943 до 965 кг/м3). По теплофизическим свойствам, химической стойкости ПЭ, полученный газофазным методом, аналогичен ПЭ, получаемому суспензионным методом. В современных производствах ПЭВП выпускается, главным образом, в виде гранул и используется как для непосредственного производства широкого ассортимента изделий, так и для получения различных композиционных пластмасс со специальными свойствами. Разновидностями ПЭВП являются полиэтилен сверхвысокой молекулярной массы (ПЭСВММ), у которого молекулярная масса составляет порядка 1000000 г/моль. Для получения СВМПЭ наиболее широко используют катализаторы циглеровского типа, в частности высокоактивные нанесенные на носитель катализаторы циглеровского типа. Существенное влияние на молекулярную массу и морфологию СВМПЭ оказывают также условия проведения процесса полимеризации, в частности температура полимеризации. При использовании нанесенных катализаторов циглеровского типа для получения СВМПЭ полимеризацию этилена обычно проводят при температурах не выше 70oC. Описан способ получения СВМПЭ на нанесенном катализаторе, являющемся продуктом взаимодействия дихлорида магния (носитель) с тетраалкоксидом титана, кремнийорганическим соединением и трихлоридом алюминия. Известен способ получения порошка СВМПЭ со сверхтонким размером частиц (средний размер частиц менее 80 мкм). Для этого используют катализатор, получаемый взаимодействием раствора комплекса хлорида магния со спиртом с тетрахлоридом титана в присутствии этилбензоата. Молекулярная масса полиэтилена заметно увеличивается при снижении температуры полимеризации, поэтому для получения СВМПЭ с молекулярной массой более 3 106 необходимо проводить полимеризацию при достаточно низких температурах в области 40 - 60oC.
3. Применение полиэтилена высокой плотности
Области применения полиэтилена высокой плотности, как правило, совпадают с областями, потребляющими материал малой плотности, но измененные свойства первых, несомненно, улучшают качество вырабатываемых продуктов. Так, пленка из полиэтилена высокой плотности будет прочнее и прозрачнее, формованные детали могут иметь меньшее сечение, а трубы и волокна будут обладать большей прочностью. Повышение температуры плавления новых полиэтиленов позволяет проводить стерилизацию водяным паром.
Эти факторы в сочетании с возможностью регулировать свойства продуктов будут способствовать росту применения полиэтиленов, вырабатываемых на поверхностных катализаторах. Следует отметить, что в ряде случаев применение полиэтиленов высокой плотности может лимитироваться растрескиванием при длительном приложении нагрузки.
А вот относительно высокая проницаемость полиэтилена для кислорода, двуокиси углерода, ароматических веществ, а также проблемы при контакте с определенными средами (например, растворами смачивающих веществ), феномен так называемого образования трещин вследствие внутренних напряжений, в особенности у HDPE, сужают область его применения. Различные свойства HDPE по сравнению с LDPE обусловлены его высокой плотностью. При одинаковой толщине изделия из HDPE жестче и их поверхность тверже. Температура плавления на 20°С выше, и вследствие более плотной структуры молекулы непроницаемость для водяного пара, кислорода, углекислого газа и ароматических веществ, а также химическая стойкость лучше, чем у LDPE. Высокая температура плавления дает возможность изготовления упаковок с более высокой теплостойкостью (кратковременно до 100°С).
Удачное и редкое сочетание в полиэтилене химической стойкости, механической прочности, морозостойкости, хороших диэлектрических свойств, стойкости к радиоактивным излучениям, чрезвычайно низкие газопроницаемость и влагопоглощение, легкость и безвредность делают полиэтилен незаменимым в целом ряде областей применения.
ПЭНД перерабатывается практически всеми базовыми способами, используемыми при работе с термопластами - экструзия, выдув, литье под давлением, ротоформование.
В таблице 6 представлены области применения ПЭНД.
Таблица 6
Области применения ПЭНД
Экструзия |
Продукция |
|
Пленки |
Фасовочный пакет, пакет «майка», пакет с вырубной ручкой, барьерный слой многослойных упаковочных материалов (ламинаты и коэкструзионные пленки), воздушно-пузырьковая пленка, мусорные пакеты |
|
Трубы |
Газоснабжение, холодное водоснабжение, защита электросетей, дренаж, внешняя канализация, внутренняя канализация, обсадные трубы для скважин |
|
Кабельная изоляция |
Изоляция кабелей высокого напряжения |
|
Листы, мембраны, мягкие ленты |
Листы: гидроизоляция, формование деталей изделий для машиностроения. Мембраны: гидроизоляционные работы. Ленты: конвейерные ленты, геоячейки |
|
Сетки |
Бытовые, сельскохозяйственные, сетки для армирования дорожных покрытий, сетки для проведения строительных работ, сетки для ограждения зданий и сооружений |
|
Выдув |
||
Пленки |
Фасовочный пакет, пакет "майка", пакет с вырубной ручкой, мусорные пакеты |
|
Емкости |
Флаконы для косметики, парфюмерии, бытовой химии, канистры, бочки, баки, цистерны |
|
Литье под давлением |
||
Товары народного потребления |
Изделия для цветоводства, изделия для ванной комнаты, изделия для кухни, предметы домашнего обихода, детские товары, садово-огородный инвентарь |
|
Крышки |
Двухсоставные и односоставные крышки для ПЭТ бутылок, укупорочные изделия для парфюмерии, косметики, бытовой химии, автохимии |
|
Ящики |
Тарные ящики |
|
Мебельная фурнитура |
Лицевая, декоративная, крепежная, опорные элементы, прочие комплектующие |
|
Автокомплектующие |
Около 400 наименований изделий для автомобиля |
|
Другая продукция |
Не будучи приоритетным видом сырья ПЭНД, используется при производстве другой литьевой продукции: мебели, тарных ведер, детских игрушек, фитингов |
|
Ротоформование |
||
Емкости |
Баки, мусорные баки, бочк |
|
Мобильные туалеты |
Передвижные туалеты |
|
Детские площадки |
Детские игровые комплексы (горки, горки-тоннель, городки) |
|
Дорожные ограждения |
Дорожные блоки, конусы, буферы |
|
Колодцы |
Колодцы, септики, мусоросборы |
|
Эстакады |
Эстакады для мойки колес, установки оборотного вод |
|
Вспенивание |
||
Пенополиэтилен |
HDPE представляет собой эластичный легкий материал, способный к кристаллизации. Теплостойкость отдельных марок достигает 110°С. Допускает охлаждение до -80°С. Температура стеклования составляет около -20°С. ПНД обладает блестящей поверхностью.
Заключение
Достижения полимерной индустрии последних лет - разработка новых марок пищевого полиэтилена, гигиеническая сертификация упаковок на химическую стойкость и разработка различных добавок в ПЭ - избавили большинство потребителей от стереотипов прежних дней. Изделия из полимерных материалов все более активно входят в нашу повседневную жизнь. Полимерное сырье (ПЭНД, ПЭВД и ЛПЭВД) стало дефицитным продуктом нефтепереработки. Во многих странах - Норвегии, Франции, США, Канаде, Греции, Словакии - за последние годы были открыты новые заводы по производству мономеров и полимеров. Уже к 1999 году доля полимеров достигала 4% от мирового объема использования нефтепродуктов. По данным Всемирной Нефтяной Ассоциации (WOA), сегодня этот показатель уже превысил 5.4%. Консалтинговая компания Applied Market Information указывает на то, что европейская перерабатывающая индустрия в прошлом году потребила более 45 млн. тонн термопластов, что соответствует годовому приросту в 3,3%. Объем потребления пакетов в странах Западной Европы увеличился примерно на 4%. Среднеевропейские страны (Польша, Чешская республика и Венгрия) также демонстрируют высокие темпы роста потребления изделий из ПЭНД и ПЭВД. Бывшие социалистические страны, в числе которых и наша страна, неуклонно продолжают приближаться к западноевропейским показателям потребления. Динамика развития разнится в зависимости от страны, однако темпы роста везде остаются высокими.
Список использованных источников
1. Викторов, М.М. Методы вычисления физико-химических величин и прикладные расчёты. /М.М. Викторов. - СПб., «Химия», 2017. - 360 с.
2. Воробьёва, Г.Я. Коррозионная стойкость материалов в агрессивных средах химических производств. Изд. 2-ое. / Г.Я. Воробьева. - М., «Химия». - 2019. - 816 с.
3. Дытнерский, Ю.И. Основные процессы и аппараты химической технологии (пособие по проектированию). / Ю.И. Дытнерский. - М.: Альянс. - 2018. - 229 с.
4. Иоффе, И.Л. Проектирование процессов и аппаратов химической технологии. / И.Л. Иоффе. - СПб.: Химия. - 2019. - 412 с.
5. Касаткин, А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. Изд. 9-ое. / А.Г. Касаткин. - М., «Химия». - 2017. - 750 с.
6. Мищенко, К.П. Термодинамика и строение водных и неводных растворов электролитов. Изд. 2-ое. /К.П. Мищенко. - СПб., «Химия». - 2016. - 328 с.
7. Павлов, К.Ф. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов. / К.Ф. Павлов. - М., «Химия». - 2019. - 552 с.
8. Поникаров, И.И. Расчеты машин и аппаратов химических производств и нефтегазопереработки (примеры и задачи): Учебное пособие. / И.И. Поникаров. - М.: Альфа, 2018. - 116 с.
9 Чернышов, А.К. Сборник номограмм для химико-технологических расчётов. / А.К. Чернышов. - М., «Химия». - 2019. - 200с.
Размещено на allbest.ru
Подобные документы
Структура, физические и химические свойства полиэтилена - термопластичного полимера. Сырье для его производства, области применения. Технология переработки и утилизация изделий из него. Способы полимеризации этилена при среднем, низком и высоком давлении.
реферат [3,1 M], добавлен 01.03.2014Полиэтилен как продукт полимеризации этилена. История его открытия, строение, химические, физические, эксплуатационные и экологические свойства. Основные способы переработки пластика. Примеры продукции, которые изготавливаются из данного полимера.
презентация [137,7 K], добавлен 22.11.2016Полиэтилен - высокомолекулярное соединение, полимер этилена; белый твёрдый продукт, устойчивый к действию масел, ацетона, бензина и других растворителей. Сфера применения полиэтилена. Области применения полиэтиленовых труб и их основные преимущества.
реферат [32,0 K], добавлен 27.10.2010Полиэтилен, его свойства, строение, механизм получения при высоком давлении. Физико-химические и кинетические закономерности полимеризации этилена. Влияние основных параметров на данный процесс. Описание технологической схемы производства полиэтилена.
реферат [397,9 K], добавлен 16.05.2012Характеристика сырья и вспомогательных материалов, производимой продукции. Номенклатура выпускаемых предприятием труб. Загрузка полиэтилена. Экструзия трубной заготовки. Режимы экструзии в зависимости от марки полиэтилена. Калибрование и охлаждение трубы.
отчет по практике [339,2 K], добавлен 05.04.2009Термодинамика смачивания. Основные проблемы механики и прочности адгезионных соединений. Пути повышения адгезионной прочности. Cмеси полимеров. Технология получения смесей. Описание технологической схемы производства.
дипломная работа [57,5 K], добавлен 27.02.2003Проведение исследования исходных реакторных порошков сверхвысокомолекулярного полиэтилена различных марок. Изучение основ влияния растворителя на тепловые свойства полимера. Исследование физико-механических свойств волокон, их сравнительный анализ.
дипломная работа [4,1 M], добавлен 11.04.2015Окись этилена - один из наиболее крупнотоннажных продуктов органического синтеза. Физические и химические свойства вещества. Строение молекулы. Производство оксида этилена: синтез через этиленхлоргидрин, окисление этилена. Применение оксида этилена.
курсовая работа [5,8 M], добавлен 24.06.2008Понятие полимерных нанокомпозитов. Разработка способов получения и изучение сорбционных свойств композитов на основе смесей порошков нанодисперсного полиэтилена низкой плотности, целлюлозы, активированного углеродного волокна и активированного угля.
дипломная работа [762,4 K], добавлен 18.12.2012История открытия и технология получения никеля, места его нахождения в природе. Основные физические, химические и механические свойства никеля. Характеристика органических и неорганических соединений никеля, сферы его применения и биологическое действие.
курсовая работа [1,2 M], добавлен 16.01.2012