Полиэтилен среднего давления (ПСД, ПЭСД)

Сокращения: ПСД, ПЭСД

Тип полимера: Полиолефины, темопласты

Полиэтилен среднего давления - своеобразный «микс» из полиэтилена низкого и высокого давления (термопластичных полимеров этилена, относящихся к классу полиолефинов). Существует несколько видов ПСД, которые, в зависимости от содержания полиэтилена двух видов, могут быть по своим свойствам ближе к ПВД (полиэтилен высокого давления) или ПНД (полиэтилен низкого давления).

Молекулярная формула представлена в виде общей формулы полиэтилена (ПЭ):

Сравним показатели, характеризующие строение полимерной цепи различных видов полиэтилена:

Свойства полиэтилена среднего давления

В таблице ниже приведены физико – химические свойства полиэтилена среднего давления

Существует ряд преимуществ, благодаря которым производители выбирают именно ПСД для создания своей продукции. Так, пленка среднего давления намного плотнее пленки высокого давления; обладает высокой жесткостью, прочностью; устойчива к воздействию влаги и температуры; эргономична. В добавление к вышеперечисленным свойствам отмечается, что на рассматриваемый материал возможно нанесение рисунков и изображений, что обусловлено особенной структурой.

Интересно отметить, что если полиэтилен среднего давления, из которого изготовлен товар, ближе по своим свойствам к ПНД, то такой материал будет несколько прочнее. В то же время, он уже не будет морозостойким и термостойким. Температурный режим ограничится диапазоном от 75°C до 80°C. Напротив, если мы имеем дело с полиэтиленом среднего давления с высоким содержанием ПВД, то продукция окажется более герметичной и не подойдет, например, для транспортировки газов.

Также следует сказать, что ПСД устойчив к действию воды, не реагирует со щелочами любой концентрации, с растворами нейтральных, кислых и основных солей, органическими и неорганическими кислотами, даже с концентрированной серной кислотой, но разлагается при действии 50%-ой азотной кислоты при комнатной температуре и под воздействием жидкого и газообразного хлора и фтора.

При комнатной температуре нерастворим и не набухает ни в одном из известных растворителей. При повышенной температуре (80 °C) растворим в циклогексане и четырёххлористом углероде.

Получение полиэтилена среднего давления

Полиэтилен среднего давления, как правило, получают методом ионной полимеризации. Проводят ее при давлении 3 – 4 МПа и температуре 150°C в растворе в присутствии катализаторов – оксидов металлов переменной валентности (Cr, Mo, V).

В качестве исходного сырья используют этилен. В промышленности его получают пиролизом предельных углеводородов при 780 - 830°C. Для этой цели используют попутные газы, выделяющиеся при добыче нефти и при ее стабилизации на промыслах и заводах (этановая, пропановая, бутановая фракции и газовый бензин) и продукты переработки нефти и природные углеводородные газы (газы, содержащие этан, пропан, сжиженные газы – пропановая и бутановая фракции, а также бензины прямой гонки с низким октановым числом). Пиролиз проводят в трубчатых печах; при этом образуется пиролизный газ, смола и кокс.

Чтобы получить этилен высокой чистоты, пиролизный газ подвергается очистке путем фракционирования.

Как уже отмечалось выше, ПСД получают с помощью катализаторов, представляющих собой оксиды металлов переменной валентности, нанесенных на алюмосиликат, который обычно содержит 75 – 90% диоксида кремния.

Оксидный хромовый катализатор готовят путем пропитки алюмосиликатного носителя водным раствором триоксида хрома (CrO₃). Пропитанный оксидами хрома носитель сушат при 100 - 200°C. Оптимальное количество оксидов хрома составляет 5 – 6%.

Для увеличения активности катализатор перед использованием подвергают активации путем нагревания его взвеси в сухом воздухе в течение 5 ч при 500 - 550°C. В этих условиях 80 – 90% хрома остается в шестивалентном состоянии. Активированный катализатор охлаждают сухим воздухом и хранят в герметичной таре.

Процесс состоит из стадий подготовки исходного сырья (этилена, катализатора и растворителя), полимеризации этилена, концентрирования раствора полиэтилена, выделения и грануляции полимера, регенерации растворителя и катализатора. Обратимся к схеме процесса производства полиэтилена среднего давления в жидкой фазе:

1 – аппарат для приготовления суспензии катализатора

2 – сборник суспензии

3, 4, 5 – полимеризаторы

6, 7, 8 – подогреватели

9 – холодильник

10, 12 – сепараторы

11 – концентратор раствора полиэтилена

13 – экструдер для выделения и грануляции полиэтилена

Суспензия катализатора в бензине, приготовленная в аппарате 1, поступает в сборник 2, из которого с помощью дозатора непрерывно подается в первый полимеризатор каскада полимеризаторов 3, 4 и 5. Одновременно в этот полимеризатор подаются этилен и бензин, предварительно нагретые в теплообменнике 6 до 120°C. В полимеризаторе при температуре 140 – 145°C и давлении 4 МПа в присутствии катализатора протекает процесс полимеризации этилена до 8%-ой концентрации полиэтилена в бензине. Раствор полиэтилена по обогреваемому трубопроводу, а также смесь этилена с бензином через теплообменник 7 подаются во второй полимеризатор, в котором при том же режиме процесс продолжается до концентрации полиэтилена в растворе, равной 14%. Далее реакционная смесь поступает в третий полимеризатор, где процесс продолжается до концентрации полиэтилена в растворе, равной 18 – 20%. Съем тепла реакции осуществляется за счет подачи этилена, обогреваемого в теплообменнике 8.

Все три полимеризатора имеют одинаковую конструкцию и представляют собой автоклавы объемом 16 м³, снабженные турбинными мешалками и рубашками для поддержания необходимой температуры.

Парогазовая смесь из полимеризатора поступает в конденсатор 9, охлаждаемый низкотемпературным хладагентом. Охлажденная до 60°C смесь поступает в сепаратор 10. Этилен и бензин после разделения и очистки возвращаются в цикл. Раствор полиэтилена отделяется от катализатора фильтрованием и передается в концентратор 11, в котором за счет дросселирования раствора с 4 по 1 МПа в результате испарения бензина и растворенного этилена происходит концентрирование до 35% полиэтилена. Смесь поступает в сепаратор – дегазатор 12, в котором концентрированный раствор полиэтилена отделяется от этилена и паров бензина. После этого полиэтилен поступает в экструдер 13, где за счет дальнейшего дросселирования раствора до атмосферного давления бензин закипает и выделяется, а полиэтилен поступает в гранулирующую часть, режется на гранулы, охлаждается и упаковывается.

К достоинствам производства полиэтилена СД на оксидно-металлических катализаторах относится меньшая токсичность и большая безопасность применяемых катализаторов по сравнению с металлоорганическими катализаторами, а также возможность их многократной регенерации.

К недостаткам способа следует отнести необходимость проведения дополнительных операций, связанных с выделением и очисткой полимера, большим расходом растворителя и его регенерацией, что усложняет производственный процесс.

Свойства полиэтилена среднего давления варьируются очень широко, благодаря вариациям производства и соотношения полиэтилена низкого давления и полиэтилена высокого давления. Так, рассматриваемый нами материал применяется в изготовлении обычной термоусадочной пленки, в производстве мешков, сумок, крышек для пластиковых емкостей. Очень популярно среди производителей использовать ПСД при изготовлении труб и в кабельном производстве: в качестве изолятора. Садовая и уличная мебель тоже может содержать в себе полиэтилен среднего давления, точно так же как и посуда для медицинских изделий (благодаря своей возможности подвергаться стерилизации). В последние годы полимер выступает в роли важного компонента при изготовлении композиционных термопластичных полимерно – древесных материалов.

Применение полиэтилена среднего давления

Также считается, что полиэтилен среднего давления является самым доступным материалом для производства пакетов, пленок, мешков для офисной деятельности, торговли, сбора отходов и всевозможных бытовых нужд.

Следует отметить, что такой материал не следует использовать в регионах с низкими температурными показателями и для хранения продукции в морозильных камерах. Он может потрескаться, нарушить свою целостность.

Утилизация полиэтилена среднего давления

Что касается утилизации полиэтилена среднего давления, существует возможность его повторной переработки всеми возможными для пластмасс методами. Например, это может быть экструзия, экструзия с раздувом, литье под давлением и пневматическое формование.