Полимеризация этилена при высоком давлении (ПЭВД)

1.         Полимеризация этилена при высоком давлении (ПЭВД).

Осуществляется по реакции радикальной полимеризации этилена в конденсированной газовой фазе мономера в присутствии радикальных инициаторов (кислород, органические перекиси) при давлении 150–300 МПа и температуре 200–280⁰С. Такой полиэтилен называют полиэтиленом высокого давления или низкой плотности. Он имеет плотность r = 920–930 кг/м³, молекулярную массу от 80000 до 500000, степень кристалличности 50–65%. Высокомолекулярный полиэтилен образуется только при высокой концентрации этилена, чему способствует создание высокого давления (при давлении реакции концентрация этилена выше примерно в 450–500 раз, чем при атмосферном давлении).

2.         Полимеризацию этилена при низком давлении (ПЭНД).

Полимеризация осуществляется в среде органического растворителя при давлении, не превышающем 0,5 МПа, и температуре ниже 80⁰С. Катализаторами являются комплексы Циглера–Натта.

Большой интерес для промышленности представляет радиационная полимеризация этилена, протекающая под действием γ-лучей при 13–20 атм. и комнатной температуре.

3.         Полимеризацию этилена при среднем давлении (ПЭСД).

Полимеризацию проводят в среде разбавителя при 3,5–4,0 МПа и 125–150⁰С на окисно-металлических катализаторах.

В зависимости от условий полимеризации различают три вида полиэтилена [4]: полиэтилен высокого давления (ПЭВД, или низкой плотности – ПЭНП), полиэтилен среднего давления ПЭСД и полиэтилен низкого давления ПЭНД (или высокой плотности, ПЭВП). Несмотря на то, что различные виды полиэтилена получают из одного и того же мономера, они представляют собой совершенно различные материалы (табл. 1.1.). Это объясняется разным строением макромолекул и разной способностью к кристаллизации.

Например, ПЭНП состоит из разветвленных макромолекул и представляет собой мягкий и эластичный материал, ПЭСД и ПЭНД (ПЭВП), имеющие линейное строение и довольно высокую степень кристалличности (85–90%), – жесткие продукты. Существенным недостатком полиэтиленов является быстрое старение под действием кислорода и УФ-излучения. Старение можно резко замедлить введением антиоксидантов, светостабилизаторов или химическим модифицированием [5].

Полиэтилен хорошо сваривается, что позволяет легко создавать сложные конструкции из отрезков изделий, кроме того, он широко применяется для защиты металлов методом газопламенного напыления.

Полиэтилен низкой плотности – ПЭНП – полупрозрачный эластичный материал молочного цвета с хорошими диэлектрическими свойствами и низким водопоглощением [6–8].

Свойства полиэтилена

Благодаря молекулярной структуре с разветвлениями разной длины цепи ПЭНП называется «полиэтиленом с разветвленной цепью». Материал относится к полукристаллическим и имеет степень кристалличности не выше 50–60%. Температура плавления ПЭНП 103–110°С, плотность 0,917–0,923 г/см³, прочность при растяжении 11,5–15,0 МПа, относительное удлинение при разрыве 550–600%, разрушающее напряжение при изгибе 12,0–20,0 МПа, предел текучести при растяжении 9,5–14,0 МПа, секущий модуль эластичности 90–215 МПа. Водопоглощение за 30 сут составляет не более 0,020%. Максимальная температура эксплуатации 60°С.

Для экструзии используют высоковязкие (экструзионные) марки полимера с ПТР 0,3–2,0 г/10 мин (Г – 190 X; Р = 2,16 кгс).

Химической модификацией ПЭНП получен линейный полиэтилен низкой плотности (ЛПЭНП, PE-LLD, L-LDPE), который представляет собой легкий эластичный кристаллизующийся материал с теплостойкостью по Вика до 118°С. Имеет большую стойкость к растрескиванию, ударную прочность и теплостойкость, чем ПЭНП, биологически инертен [4, 7–9].

Применяется в основном для производства плоской и рукавной упаковочной пленки, емкостей, контейнеров, в том числе и для пищевых продуктов.

В России производство отечественного ЛПЭНП в промышленных масштабах в настоящее время отсутствует. Свойства и производители зарубежных марок приведены в [8–9], например, Clearflex, Flexirene (Polymen Europa), Dowlex (Dow), Escorene (ExxonMobil), LLDPE(Borealis), Marlex(CPC), Sclair (NOVA Chemicals), SeetecLLDPE(Hyundai). Отечественный сополимер этилена с винилацетатом, получаемый совместной полимеризацией этилена и винилацетата в массе под высоким давлением, известен под торговой маркой Сэвилен, который выпускается в гранулированном виде (как базовые марки, так и композиции со стабилизаторами). Основной производитель в России – Казанский завод нефтеорганического синтеза. Сэвилен имеет большую эластичность и прозрачность, чем ПЭНП; его свойства зависят, в первую очередь, от содержания винилацетата: с его повышением кристалличность, прочность при растяжении, твердость и теплостойкость уменьшаются, а плотность, эластичность, прозрачность и адгезия возрастают. Для экструзии применяют марку 11104–030 с содержанием винилацетата 5–7%. Марка имеет плотность 0,925 г/см³, ПТР 1–5 г./10 мин, прочность при растяжении 11,3 МПа, относительное удлинение при разрыве 600%, теплостойкость по Вика 85–95°С [10]. Широко используется при производстве витых шлангов разного диаметра из Z-образного профиля. Основное назначение таких шлангов – воздухоотсосы от различного оборудования.

Полиэтилен высокой плотности – ПЭВП – полупрозрачный высококристаллический материал молочного цвета, обладает высокой упругостью расплава, имеет хорошую стойкость к большинству органических и неорганических кислот, щелочей и солей. Недостаточно стоек к хлорированным углеводородам и материалам-окислителям. Температура плавления 125–135°С, плотность 0,95–0,96 г./см³, температура размягчения по Вика 120–125°С, предел текучести при растяжении 22–25 МПа, относительное удлинение при разрыве 250–700%, модуль эластичности при изгибе 680–850 МПа. Водопоглощение за 30 сут не более 0,03 – 0,04%. Максимальная температура эксплуатации 60°С [4, 5, 7]. Для экструзии профилей применяют высоковязкие марки ПЭВП с ПТР 0,3–2,4 г/10 мин (Т= 190°С, Р= 5 кгс). Отечественные марки ПЭВП соответствуют ГОСТу 16638–77. Материал применяется для производства профилей относительно несложной формы.

Свойства ПЭВП связаны с молекулярной массой и кристалличностью полимера. При переработке молекулярную массу характеризует текучесть расплава (или его ПТР), а степень кристалличности – плотность изделия. Чем уже распределение по молярным массам (полидисперсность), тем хуже перерабатываемость, меньше остаточные напряжения в изделии и выше прочность расплава и предельная вытяжка.

Высокомолекулярный полиэтилен (ВМПЭ, PE-HMW, PE-UHMW). Высокомолекулярный полиэтилен (ВМПЭ) обладает комплексом свойств, существенно отличающих его от «обычного» ПЭВП [10, 11]:

¨         низкий коэффициент трения в сочетании с высокой механической прочностью позволяет использовать ВМПЭ для изготовления лыжной ленты, разнообразных профильных направляющих и подложек для транспортеров и конвейеров в пищевой и холодильной промышленности, листов для футеровки оборудования в горнорудной промышленности, кузовов автомобилей, бесшумных не смазываемых шестерней, деталей эндопротезов, блоков в виде стержней и плит для дальнейшей механической обработки и изготовления втулок, опор, направляющих;

¨         высокая химическая стойкость позволяет применять ВМПЭ для изготовления деталей насосов в химической промышленности (взамен фторпластов), прокладок для агрессивных сред, сепараторов, аккумуляторов взамен мипоры;

¨         биологическая инертность и свойства, допускающие возможность стерилизации материала, позволяют применять ВМПЭ в медицинской и пищевой промышленности.

Показатели качества ВМПЭ, производителем которого в России является Томский нефтеперабатывающий комбинат, соответствуют ТУ 2211–068–057 96653–98 и имеют следующие значения: плотность не менее 0,936 г/см³, массовая доля золы не более 0,05–0,10%, содержание летучих веществ не более 0,25–0,50%, прочность на разрыв не менее 30 МПа, относительное удлинение при разрыве не менее 250% [11].

ВМПЭ выпускают в виде порошка без добавок (базовая марка) или с добавками по рецептурам, указанным в ГОСТе 16338.

Похожие работы

Разработка стратегии развития предприятия (на примере ОАО "Симферопольский завод пластмасс")

Скачать

180800

30

2

... позитивная тенденция связана скорее всего с техническим переоснащением производства и оптимизацией производственного процесса. За анализируемый период предприятие получало прибыль. Раздел 3 Разработка стратегии развития предприятия   3.1 Стратегическое планирование деятельности предприятия Стратегическое планирование - это одна из функций управления, которая представляет собой процесс ...