Полиэтилен среднего давления - свойства, применение, технология получения

Информация о торгах полимерными материалами

Марка
Пос. цена
Изм.
% Изм.

Смотреть все марки >
Марка 1РУБ.
1 месяц3 месяца6 месяцев1 годвсё время
    Россия

    Полиэтилен среднего давления (ПСД, ПЭСД)

    Полиэтилен среднего давления (ПСД, ПЭСД) – 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:

    Показатель

    ПВД

    ПСД

    ПНД

    Общее число групп СН3 на 1000 атомов углерода

    21,6

    5

    1,5

    Число концевых групп СН на 1000 атомов углерода:

    4,5

    2

    1,5

    Этильные ответвления

    14,4

    1

    1

    Общее количество двойных связей на 1000 атомов углерода

    0,4 – 0,6

    0,4 – 0,7

    1,1 – 1,5

    Степень кристалличности, %

    50 - 65

    75 - 85

    80 - 90

    Плотность, г/см³

    0,91 – 0,93

    0,93 – 0,94

    0,94 – 0,96

    В таблице ниже приведены физико – химические свойства полиэтилена среднего давления

    Плотность, кг/м3

    960-970

    Температура для плавления, С

    130-135

    Температура для размягчения, С

    80-100

    Молекулярная масса промышленных марок, 10-4

    4-7

    Модуль упругости при изгибе, МПа

    1070-1100

    Разрушающее напряжение при изгибе, МПа

    25-40

    Разрушающее напряжение при растяжении, МПа

    25-38

    Относительное удлинение, %

    200-800

    Ударная вязкость, кДж/м2

    не ломается

    Твердость по Бринеллю, МПа

    55-60

    Удельная теплоемкость, кДж/(кг*К)

    2,3-2,7

    Коэффициент температуропроводности, Вт/(м*К)

    0,27

    Коэффициент линейного расширения, 104 град-1

    2

    Показатель текучести расплава, г/10 мин

    0,2-10

    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.