З чого роблять поліетилен? Виробництво поліетилену. Вироби з поліетилену

В історії науки деякі відкриття відбувалися випадково, а затребувані сьогодні матеріали часто були побічним продуктом будь-якого досвіду. Зовсім випадково були відкриті анілінові барвники для тканини, що дали згодом економічний і технічний прорив в легкій промисловості. Схожа історія сталася і з поліетиленом.

Відкриття матеріалу

Перший випадок одержання поліетилену стався в 1898 році. В ході розігрівання диамезотана хімік німецького походження Ганс фон Пехман не виявив дні пробірки дивний осад. Матеріал був досить щільним і нагадував віск, колеги вченого назвали його полиметиллином. Далі випадковості у цієї групи вчених справа не пішла, результат був майже забутий, інтересу ні у кого не виникло. Але все ж ідея зависла в повітрі, вимагаючи прагматичного підходу. Так і сталося, через тридцять з гаком років поліетилен був знову відкритий як випадковий продукт невдалого експерименту.

Англійці підхоплюють і виграють

Сучасний матеріал поліетилен з'явився на світло в лабораторії англійської компанії Imperial Chemical Industries. Е. Фоссет і Р. Джибсон проводили експерименти з участю газів високого і низького тиску і помітили, що один з вузлів техніки, в якій проводилися досліди, покрився невідомим воскоподібним речовиною. Зацікавившись побічним ефектом, вони здійснили кілька спроб отримати речовину, але безуспішно. Синтезувати полімер вдалося М. Перріну, співробітника тієї ж компанії, через два роки. Саме він створив технологію, яка послужила основою для промислового виробництва поліетилену. Надалі властивості і якості матеріалу змінювалися лише з допомогою застосування різних каталізаторів. Масове виробництво поліетилену почалося в 1938 році, а запатентований він був в 1936 році.

Сировина

Поліетилен – це твердий полімер білого кольору. Відноситься до класу органічних сполук. З чого роблять поліетилен? Сировиною для його отримання є газ етилен. Газ полимеризуют при високому і низькому тиску, на виході отримують гранули сировини для подальшого використання. Для деяких технологічних процесів поліетилен виробляється у вигляді порошку.

Основні види

На сьогоднішній день полімер випускається двох основних марок ПВД і ПНП. Матеріал, виготовлений при середньому тиску відносного новий винахід, але в перспективі кількість готового продукту буде незмінно зростати у зв'язку з улучшающимися характеристиками і широким полем для застосування. Для комерційного використання виробляють наступні види матеріалу (класи):

Низької щільності або інша назва – високого тиску (ПЕВТ, ПВД).

Високої щільності, або низького тиску (ПЕНЩ, ПНП).

Лінійний поліетилен, або поліетилен середнього тиску.

Також існують інші види поліетилену, кожен з яких має свої властивості та сферу застосування. В гранульований полімер у процесі виробництва додаються різні фарбники, що дозволяють отримати чорний поліетилен, червоний або будь-якого іншого кольору.

ПВД

Виробництвом поліетилену займається хімічна промисловість. Газ етилен - основний елемент (з чого роблять поліетилен), але не єдиний, потрібний для отримання матеріалу. Отримання поліетилену високого тиску відбувається в автоклавах, трубчастих реакторах. Марок ПВТ виготовлених в автоклаві, згідно ГОСТу, існує вісім. З трубчастого реактора отримують двадцять один тип поліетилену високого тиску.
Для синтезу ПВП потрібне дотримання наступних умов:

Температурний режим – від 200 до 250°С.

Каталізатор – чистий кисень, пероксид (органічний).

Тиск від 150 до 300 МПа.

Поимеризированная маса в першій фазі має рідкий стан, після чого переміщається в сепаратор, далі в гранулятор, де відбувається формування гранул готового матеріалу. Якості ПЕВТ використовуються для виробництва пакувальних плівок, термопленок, багатошарової упаковки. Також поліетилен високого тиску застосовується в автомобільній, хімічній, харчовій промисловостях. З нього роблять якісні міцні труби, використовувані в житловому секторі.

Лінійний поліетилен

З чого роблять поліетилен середнього тиску або лінійний поліетилен?

Температура нагрівання до 120 °С.

Режим тиску до 4 МПа.

Стимулятор процесу – каталізатор (Циглера-Натта, суміш хлориду титану з мелаллоорганическим з'єднанням).

Процес супроводжується випаданням поліетилену у вигляді пластівців, які потім проходять процес відділення від розчину з подальшою грануляцією. Цей вид поліетилену характеризується більш високою щільністю, стійкістю до нагрівання та розриву. Сферою застосування є різні види пакувальних плівок, в тому числі для фасування гарячих матеріалів/продуктів. З гранульованого сировини цього типу полімеру виготовляють деталі для великогабаритних машин методом лиття, ізоляційні матеріали, труби підвищеної міцності, товари народного споживання та ін.

Поліетилен низького тиску

Виробництво ПНП має три способи. Більшість підприємств використовує метод «суспензионной полімеризації». Процес отримання ПНП відбувається з участю суспензії і постійному перемішуванні вихідної сировини для запуску процесу потрібно каталізатор.
Другим за поширеністю способом виробництва є полімеризація в розчині під впливом температури і каталізатора. Метод не дуже ефективний, оскільки в процесі полімеризації каталізатор вступає в реакцію, і кінцевий полімер втрачає частину своїх якостей. Останнім із способів виробництва ПНП є газофазная полімеризація, вона майже відійшла в минуле, але іноді зустрічається на окремих підприємствах. Процес відбувається з допомогою змішування газових фаз сировини під впливом дифузії. Кінцевий полімер виходить з неоднорідною структурою і щільністю, що позначається на якості готового продукту. Виробництво поліетилену низького тиску відбувається при наступному режимі:

Температура підтримується на рівні від 120°C до 150°C.

Тиск не повинен перевищувати 2 МПа.

Каталізатори процесу полімеризації (Циглера-Натта, суміш хлориду титану з мелаллоорганическим з'єднанням).

Матеріал такого способу виготовлення характеризується жорсткістю, високою щільністю, малою еластичністю. Тому сферою його застосування є промисловість. Технічний поліетилен застосовується для виготовлення великогабаритних ємностей з підвищеними характеристиками міцності. Затребуваний в будівельній сфері, хімічній промисловості, для виробництва ТНП він майже не застосовується.

Властивості

Поліетилен стійкий до впливу води, до багатьох видів розчинників, кислот (органічних, неорганічних), не вступає в реакцію з солями. При горінні виділяється запах парафіну, спостерігається світіння блакитного відтінку, слабкий вогонь. Розкладання відбувається при дії азотної кислоти, хлору і фтору у газоподібному або рідкому стані. При старінні, яке відбувається на повітрі, в матеріалі утворюються поперечні зв'язки між ланцюгами молекул, що робить матеріал крихким, кришаться.

Споживчі якості

Поліетилен – унікальний матеріал, звичний в побуті та виробництві. Навряд чи пересічний споживач, який зможе визначити з якою кількістю предметів з нього він стикається щодня. У світовому випуску полімерів поліетилен займає левову частку ринку – 31% від загального валового продукту. В залежності від того, з чого зроблений поліетилен і технології виробництва, визначаються його якості. Цей матеріал поєднує часом протилежні показники: гнучкість і міцність, пластичність і твердість, сильне розтягнення і стійкість до розриву, стійкість до агресивних середовищ і біологічних агентів. У побуті ми використовуємо пакети різної щільності, одноразовий посуд, поліетиленові кришки, деталі побутових приладів і багато іншого.

Області застосування

Застосування виробів з поліетилену не має обмежень, будь-яка галузь промисловості або людської діяльності супроводжується цим матеріалом:

Найбільше поширення полімер отримав у виготовленні пакувальних матеріалів. На цю частину застосування припадає близько 35% всього виробленого сировини. Таке використання виправдане грязеооталкивающими властивостями, відсутністю середовища для виникнення грибкової поразки і життєдіяльності мікроорганізмів. Одна із вдалих знахідок – рукав поліетиленовий, що має широке застосування. Варіюючи за власним розсудом довжину, користувач обмежений лише шириною упаковки.

Пам'ятаючи, з чого зроблений поліетилен, стає зрозумілим, чому він набув поширення як один з кращих ізоляційних матеріалів. Одним з його затребуваних у цій сфері якостей стала відсутність електропровідності. Також незамінні його властивості водовідштовхування, що знайшло застосування у виробництві гідроізоляційних матеріалів.

Стійкість до руйнівної сили води як розчинника, дозволяє виготовляти труби з поліетилену для побутових і промислових споживачів.

У будівельній галузі використовуються шумоізолюючі якості поліетилену, його низька теплопровідність. Ці властивості стали в нагоді при виготовленні на його основі матеріалів для утеплення житлових і промислових об'єктів. Поліетилен технічний використовується для ізоляції теплових трас, в машинобудуванні та ін.

Не менш стійкий матеріал до агресивних середовищ хімічної промисловості, труби з поліетилену застосовуються в лабораторіях і хімічних виробництвах.

У медицині поліетилен корисний у вигляді перев'язувальних матеріалів, протезів кінцівок, використовують його в стоматології і т. д.

Способи переробки

В залежності від того яким способом було перероблено гранульоване сировину, буде залежати якої марки поліетилен буде отриманий. Поширені способи:

Екструзії (видавлювання). Застосовується для виготовлення труб, пакувальних та інших видів плівок, листового матеріалу для будівництва і обробки, виготовлення кабелів, проводиться рукав поліетиленовий та інші вироби.

Лиття, формування термо-вакуумним способом. В основному використовується для виготовлення пакувальних матеріалів, боксів і т. д.

Екструзійно-видувний, ротаційний. За допомогою цього способу отримують об'ємні ємності, великогабаритну тару, судини.

Армування. За певною технологією в формовану масу поліетилену закладаються підсилюючі елементи (метал), що дозволяє отримати будівельний матеріал підвищеної міцності, але з меншою вартістю.

З чого роблять поліетилен, крім основних складових речовин? Обов'язковим є каталізатор процесу і добавки, що змінюють властивості, якості готового матеріалу.

Вторинна переробка

Стійкість поліетилену - це його плюс в якості споживчого товару та його мінус, як одного з головних забруднюючих навколишнє середовище факторів. На сьогоднішній день важливим стає переробка відходів, рециклінг. Всі марки поліетилену можуть бути утилізовані та повторно перетворені в гранульоване сировина, з якої можна робити безліч затребуваних товарів народного і промислового споживання. Поліетиленові кришки, пакети, пляшки будуть розкладатися на звалищі не одну сотню років, а накопичені відходи отруюють життєво важливі природні ресурси. Світова практика демонструє зростання кількості переробних поліетилен підприємств. Збираючи фактично сміття, в таких компаніях проводять його санацію, дроблять. Таким чином, відбувається економія ресурсів, охорона навколишнього середовища та виробництво затребуваної продукції.