Поліетилен: температура плавлення, споживчі властивості та застосування

Сьогодні людство не може обійтися без штучних матеріалів. Вони володіють рядом унікальних якостей, доступні й значно здешевлюють виробництво. Одним з таких матеріалів виступає поліетилен. Температура плавлення, а також інші його технічні характеристики заслуговують докладного розгляду. Адже це один з найбільш затребуваних сьогодні матеріалів. Більше половини всього етилену, виробленого світової хімічної промисловістю, направляється для отримання поліетилену. Щоб розуміти, чому він такий популярний сьогодні, слід розглянути його характеристики.

Що являє собою речовину

Структура молекули поліетилену досить проста. Вона виглядає як ланцюжок, що складається з атомів вуглецю. До кожного з них приєднуються 2 молекули водню. В світі існує дві модифікації цієї речовини. Вони різні за структурою. Це відбивається і на властивостях, якими володіє поліетилен (температура плавлення і кипіння, споживчі властивості). Об'єднує їх тільки походження. Обидві модифікації отримують з етилену. Перша різновид поліетилену складається з лінійних мономерів. Їх ступінь полімеризації дорівнює 5000 і більше. Друга модифікація має розгалуження мономерів. Вони складаються з атомів вуглецю (від 4 до 6). Щоб створити лінійний поліетилен, застосовують спеціальні каталізатори. Процес полімеризації йде при температурі до 150 °С.

Характеристики

Термопластичним полімером, який характеризується непрозорістю при товстому шарі, постає для нас поліетилен. Температура плавлення, технічні особливості матеріалу роблять його популярним. Він кристалізується в діапазоні від -60 до -269 °С.


Основною позитивною якістю є відсутність змочування поліетилену водою. В домашніх умовах він не схильний до дії різних органічних розчинників. Також він не вступає в реакцію при кімнатній температурі з водними сольовими, кислотними і лужними розчинами. При підвищенні температури до 60 °С, матеріал стає вразливим для сірчаної та азотної кислот. Застосовуючи окислювачі для обробки поверхні поліетилену, слід очікувати руйнування поверхневого шару. Матеріал починає змочуватися водою. Це якість необхідно для склеювання поліетилену.

Способи полімеризації

Залежно від способу полімеризації етилену, поліетилену буває 3 видів: низького, високого тиску і лінійний тип матеріалу. Це визначає, якими якостями буде володіти поліетилен. Температура плавлення, технічні властивості кожного різновиду різні. Тому їх застосовують практично в будь-якій сфері людської діяльності. Поліетилен, виготовлений під високим тиском, більш м'який. Його полимеризируют радикальним методом. Тиск при цьому досягає 1-3 тис. атм. Температура дорівнює 180 °С. Кисень у цьому випадку бере участь як ініціатор. Поліетилен низького тиску виготовляють за допомогою каталізаторів Циглера-Натта. В цьому процесі також бере участь органічний розчинник. Робочий тиск складає не менше 5 атм., а температура перевищує 80 °С.
Лінійний (середній) поліетилен є проміжним матеріалом між розглянутими різновидами. Це стосується його якостей і властивостей. Його виготовляють при тиску 30-40 атм. При використанні металлоценових каталізаторів вдається отримати продукт посиленої міцності.

Причина відмінностей властивостей поліетилену

Розгалуженість структури макромолекул визначає властивості, якими володіє поліетилен. Температура плавлення, щільність залежать від виду ланцюга. Чим більше розгалужень вона має, тим більш еластичний матеріал з меншими кристалічними властивостями виходить на виході. Така особливість структури ускладнює утворення більш щільної упаковки макромолекул, стає перешкодою 100% рівня кристалічності. Матеріал також має атмосферну фазу. У ній містяться недостатньо впорядковані ділянки молекул. Спосіб виробництва визначає співвідношення кристалічної та атмосферної фаз. Саме ця особливість впливає на властивості поліетилену. Тому плівки, які виробляють під низьким тиском, більш проникні, ніж інші їх різновиди. Чим більше кристалличность (молекулярна маса), тим вище механічні показники. Тому у вигляді плівки матеріал прозорий і еластичний. Але листи з поліетилену будуть жорсткими і непрозорими.

Вплив температури

Під впливом навколишнього середовища змінюються якості, якими наділений поліетилен. Температура плавлення цієї речовини також залежить від способу виробництва. В загальному вигляді при нагріванні поліетилен проходить кілька стадій. Спочатку він стає більш м'яким, еластичним. Він легко піддається деформації під впливом механічних впливів. Температура крихкості, при якій середній поліетилен втрачає свої характеристики, становить 70 °С. При подальшому її підвищенні речовина розм'якшується ще більше. Воно повністю втрачає притаманну раніше форму при нагріванні 120 °С. В рідку субстанцію він перетворюється при температурі 130 °С. Крім температури нагріву, необхідно враховувати вплив ультрафіолету. Якщо матеріал застосовується для вуличних виробів, необхідно вибирати більш міцні різновиди. Інакше м'який, еластичний поліетилен після року експлуатації під прямими сонячними променями стане твердим і крихким. Навіть колір матеріалу змінюється з часом.

Поліетилен низького тиску

У кожного різновиду матеріалу існують особливі якості. Це розширює спектр застосування, яким володіє поліетилен. Температура плавлення (висока щільність) становить 120-135 °С. В окремих марок теплостійкість складає 110 °С. Висока молекулярна щільність сприяє підвищенню теплової і ударної стійкості. Крім перерахованих якостей, поліетилен низького тиску менш схильний до хімічних впливів. Однак надмірна щільність молекул при низьких температурах робить матеріал тендітним, він стає проникним для парів, газів. Ця різновид матеріалу володіє хорошими діелектричними характеристиками. Він біологічно неактивний, але легко переробляється в промисловому виробництві.

Поліетилен високого тиску

До цієї групи відносять еластичний, легкий поліетилен. Температура плавлення, властивості кристалізації не дозволяють виконувати з нього високоміцні, стійкі до нагрівання виробу. В залежності від марки може мати різну щільність. Їх температура плавлення становить від 60 до 90 °С. Так само, як і попередній тип матеріалу, поліетилен високого тиску буває більш міцним, якщо молекулярна маса збільшується. Він стає менш схильним хімічним, ультрафіолетовим впливів. Але при цьому знижується його здатність витримувати удари. На такому поліетилені в сильні морози з'являються тріщини, розриви. Він стає проникним для парів і газів. У такого матеріалу також присутні хороші діелектричні якості. Він не проявляє стійкість до жирів, масла. Зате цей матеріал здатний стримувати радіаційні промені. Біологічно цей матеріал також інертний, але простий у переробці.

Застосування поліетилену низького тиску

Властиві матеріалу якості визначають область застосування, яку має поліетилен. Температура плавлення (застосування цього показника обов'язково при виборі кожного виробу) дозволяє робити з такої речовини упаковку і тару. Найчастіше виготовляють контейнера видувним формуванням. Це можуть бути ємності для косметики або духів, харчова тара. Каністри і контейнера з поліетилену низького тиску застосовують в автомобільній та хімічній промисловості, при виготовленні бочок і паливних баків. Набирає обертів виробництво пакувальних плівок з подібного матеріалу. Його широко застосовують при виробництві труб, фітингів. Це дешевий і довговічний матеріал. Він здатний витіснити іншу конкурентну продукцію з ринку.

Застосування поліетилену високого тиску

Поліетилен, температура плавлення якого нижче, ніж у попередньої різновиди, застосовується у виробництві плівок для сільського господарства, харчової промисловості та інших технічних цілей. Його затребуваність постійно зростає. Різні плівки для сільськогосподарських цілей можуть мати додаткову армування, їх колір також різний. Їх застосовують в теплицях, на полях для підвищення якості та обсягів врожаю. Харчові плівки, пакети у всьому світі споживаються з кожним роком все в більших масштабах. Цей вид матеріалу витіснив з основних ринкових сегментів продукцію з інших матеріалів.

Структура споживання

Поліетилен, температура плавлення якого визначає область його застосування, у всьому світі користується великим попитом. Структура споживання матеріалу досить цікава. 60-70% поліетилену використовується для виготовлення листів і плівок. Також досить велику частку в загальному обсязі виробництва займають вироби, отримані литтям під тиском або за допомогою екструзії. Більш незначно виробництво для ізоляції електричних проводів, труб і фітингів. Також поліетилен застосовується для отримання виробів шляхом видування та іншого. У виробництві листів і плівок практично завжди застосовують поліетилен високого тиску (низької щільності). Вони виготовляються різними способами. Товщина плівок знаходиться в межах 003-03 мм, а листів – 1-6 мм. Крім упаковки, з такого матеріалу можуть виробляти мішки, сумки, облицювання для ящиків, коробки та іншу тару. Властивості, якими має володіти виріб, визначають спосіб виробництва поліетилену. В кінці виробництва кожного типу матеріалу присвоюється марочність. Вона допомагає підібрати правильну різновид матеріалу для будь-якої галузі.