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:

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.

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.

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.

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.