Полиэтилен

Сокращения: ПЭ, PE

Тип полимера: Полиолефины

Мономер полиэтилена: этилен.

Полиэтилен - это карбоцепной полимер алифатического непредельного углеводорода олефинового ряда этилена. Макромолекулы полиэтилена имеют линейное строение с небольшим числом боковых ответвлений. Его структурная формула выглядит следующим образом:

Различают 3 вида полиэтилена: ПВД (полиэтилен высокого давления, ПЭНП), ПСД (полиэтилен среднего давления) и ПНД (полиэтилен низкого давления, ПЭВП).

Знаки вторичной переработки для полиэтилена высокой и низкой плотности:

Свойства полиэтилена

Что касается свойств полиэтилена, отмечаются присущие ему хорошие электроизоляционные свойства, сохраняющиеся в широком интервале частот, влагостойкость, инертность по отношению к агрессивным химическим средам, хорошие механические показатели (значительная разрывная прочность и высокая эластичность, сохраняющаяся при низких температурах) и прекрасные технологические данные. Естественно, что те или иные показатели зависят от способа получения полиэтилена и могут варьироваться в ту или иную сторону в зависимости от молекулярной массы.

Эти и другие показатели полиэтилена значительно меняются от способа полимеризации. Например, полиэтилен, получаемый при высоком давлении (радикальная полимеризация), характеризуется более низкой температурой плавления и плотностью, чем полиэтилен, получаемый ионной полимеризацией (при получении полиэтилена при низком или среднем давлении). Получаемые полимеры несколько различаются и по свойствам, и, как следствие, по режимам переработки в изделия и их качеству. Ниже в таблице приведены основные физико-механические свойства ПЭВП и ПЭНП и химический состав:

Также полиэтилен обладает достаточной стойкостью к кислотам, щелочам и действию воды. При комнатной температуре на него не действуют кислоты, кроме 50%-ой азотной кислоты, жидкого и газообразного фтора и хлора. Взаимодействие полиэтилена с галогенами применяется для переработки отходов полиэтилена. Также полиэтилен растворим в циклогексане и четыреххлористом углероде при 80 °C. Со временем подвергается деструкции с образованием поперечных межцепных связей, что приводит к повышению хрупкости на фоне небольшого увеличения прочности. Нестабилизированный полиэтилен на воздухе подвергается термоокислительной деструкции (термостарению).

Получение полиэтилена

В промышленности для производства полиэтилена ВД применяют обычно два типа установок, отличающиеся конструкцией реактора. Реакторы представляют собой либо трубчатые аппараты, работающие по принципу ИВ (идеального вытеснения), либо вертикальные цилиндрические аппараты с перемешивающим устройством автоклавы с мешалкой, работающие по принципу ИС (идеального смешения).

Для получения полиэтилена с высокой молекулярной массой и плотностью полимеризацию проводят при высоких давлениях. Это обуславливает применение толстостенных металлических труб и аппаратов с ограниченной поверхностью теплообмена. Для обеспечения высоких скоростей процесса, его проводят при температуре около 200 - 300°C. Верхний предел ограничивается условиями взрывобезопасности, а также зависит от рабочего давления в реакторе.

Следует отметить, что процессы полимеризации в трубчатом реакторе и автоклаве различаются температурным режимом и временем пребывания реакционной массы в аппарате.

Рассматривая процесс получения ПВД в трубчатом реакторе, можно выделить несколько стадий: смешение свежего этилена с возвратным газом и кислородом, двухкаскадное сжатие газа, полимеризация этилена в конденсированной фазе, разделение ПВД и непрореагировавшего этилена, поступающего в рецикл, грануляция продукта.

На рисунке приведена схема процесса производства полиэтилена высокого давления в газовой фазе, где:

- 1 коллектор;

- 2 смесительэтилена НД;

- 3 компрессор первого каскада;

- 4 смеситель этилена ВД;

- 5 компрессор второго каскада;

- 6 трубчатый реактор;

- 7 отделитель этилена ВД;

- 8 отделитель НД;

- 9 гранулирующий агрегат;

- 10 вибросито;

- 11, 14 циклонные сепараторы;

- 12, 15 холодильники;

- 13, 16 фильтры;

- 17 компрессор предварительного сжатия.

Из цеха газоразделения свежий этилен под давлением 0,8 1,1 Мпа поступает в коллектор 1 и затем в смеситель 2, в котором смешивается с возвратным этиленом низкого давления. Далее в поток вводят кислород и смесь поступает в трехступенчатый компрессор первого каскада 3, где сжимается до 25 Мпа. После каждой ступени сжатия этилен охлаждается в холодильниках, отделяется от смазки в сепараторах, а затем поступает в смеситель 4, в котором смешивается с возвратным этиленом ВД из отделения 7. Затем смесь направляется в двухступенчатый компрессор 5 второго каскада, где сжимается до 245 Мпа. После первой ступени сжатия этилен охлаждается в холодильнике, очищается от смазки в сепараторах, а после второй ступени при температуре 70°C поступает в трубчатый реактор 6 на полимеризацию.

Реактор полимеризатор состоит из трех зон, перед каждой зоной имеется теплообменник для подогрева газа или реакционной смеси в зависимости от применяемого инициатора до 120-190°C. В конце третьей зоны имеется холодильник, в котором реакционная масса охлаждается до 200-250°C (теплообменники и холодильник на схеме не показаны).

Из трубчатого реактора 6 смесь непрореагировавшего мономера с полимером через редукционный вентиль под давлением 24,5 26,3 Мпа поступает в отделитель высокого давления, в котором за счет разности плотностей этилена и полиэтилена происходит их разделение. Непрореагировавший этилен из верхней части отделителя высокого давления 7 направляется в циклонные сепараторы 11 и холодильники 12, где от этилена отделяются унесенные частицы полиэтилена. Затем этилен охлаждается, поступает на смешение со свежим газом в смеситель 4 и возвращается в цикл.

Из нижней части отделения ВД 7 расплавленный полиэтилен направляется в отделитель низкого давления 8, в котором поддерживается давление 0,15-0,59 Мпа. Расплав полиэтилена, освобожденный от остатков растворенного этилена при 180-190°C, направляется в гранулирующие агрегаты 9.

Этилен из отделителей низкого давления 8 и после очистки и охлаждения в циклонном сепараторе 14, холодильнике 15 и фильтре 16 поступает в компрессор предварительного сжатия (0,9 1,7 Мпа) 17, затем в коллектор 1 свежего этилена и возвращается в цикл.

В грануляторы 9 непрерывно подается стабилизирующая смесь и другие добавки. Полиэтилен, смешанный со стабилизатором, направляется на грануляцию. Для быстрого охлаждения гранул в гранулирующую головку подается обессоленная вода. Охлажденные до 60-70°C гранулы полиэтилена выносятся водой на вибросито 10, на которое потом подается теплый воздух для окончательной сушки. Готовый полиэтилен упаковывают в мешки или направляют на конфекционирование.

Что касается ПНД, то его получают ионной или ионно-координационной полимеризацией в газовой и жидкой фазе. Процесс проводят под давлением 0,3 2,5 Мпа, при температуре 70-105°C в присутствии катализаторов Циглера Натта, высокоактивных хроморганических катализаторов и оксидов хрома.

Рассмотрим схему процесса производства полиэтилена низкого давления в газовой фазе:

1 – реактор-полимеризатор

2 – отделитель

3 – емкость для продувки

4 – емкость для катализатора

5 – воздушный холодильник

6 – циркуляционный компрессор

Полимеризацию проводят в реакторе-полимеризаторе 1. Единичная мощность реактора 70 тыс. т полиэтилена в год. В реактор полимеризации из емкости 4 пневмотранспортом с помощью очищенного азота высокого давления подается порошкообразный катализатор.

Количество подаваемого катализатора регулируется роторным дозатором. Для получения полимера заданной молекулярной массы в реактор вводят водород, а для изменения плотности сомономеры бутилен, пропилен.

Полимеризация проводится в псевдоожиженном слое. В нижней части реактора имеется перфорированная решетка для равномерного распределения подаваемого этилена и создания кипящего слоя, а в верхней части расширенная зона, предназначенная для снижения скорости газа и улавливания основной массы частиц полимера. Теплота реакции отводится за счет циркуляции газа, охлаждаемого в воздушном холодильнике 5 циркуляционного контура. Циркуляция газа осуществляется с помощью одноступенчатого центробежного компрессора 6. Образующийся полиэтилен накапливается в нижней части реактора. Степень конверсии этилена составляет 97%. Выгрузка полиэтилена из реактора циклическая время цикла 6 минут.

Полимер после выгрузки из реактора поступает в отделитель 2, в котором полиэтилен отделяется от непрореагировавшего этилена. Этилен направляется на очистку и возвращается в цикл, а полиэтилен поступает в емкость 3 для продувки инертным газом (азотом), продувной газ выходит через фильтр для улавливания мелких частичек ПЭ.

Далее полиэтилен поступает на компаундирование (стабилизацию и грануляцию), а затем на расфасовку и упаковку готового продукта.

Естественно, что от вариаций производства полиэтилена меняются не только его свойства, но и обозначения маркировки.

Марки полиэтилена

В данной таблице последние две цифры указывают на тип добавки и свойства композиции. Например, 01 для суспензионного полиэтилена любой марки антикоррозионная добавка; нестабилизированная, неокрашенная.

Применение полиэтилена

Область применения полиэтилена довольно широка. Так, этот полимер можно встретить в виде пленки (пузырчатая упаковка), тары (бутылки, ящики, канистры, садовые лейки, даже горшки для рассады), труб для канализации, электроизоляционного материала, брони в бронежилетах, корпусов для лодок. Вдобавок ко всему, вспененный полиэтилен (пенополиэтилен) используется как теплоизолятор, а ПНД применяется при строительстве полигонов переработки отходов, накоплений различных веществ. Также полиэтилен используется для радиационной защиты от нейтронного излучения, а с добавлением бора его эффективность значительно усиливается.

Фото заимствовано с сайта avantpack.ru

Малотоннажная марка полиэтилена, отличающаяся отсутствием низкомолекулярных добавок, высокой линейностью и молекулярной массой, применяется в медицине как замена хрящевых суставов, но, к сожалению, встречается довольно редко из-за трудностей переработки, обусловленной низким ПТР.

Известно, что, для борьбы с загрязнением окружающей среды полиэтиленовыми пакетами (которые часто путают с целлофановыми), около 40 стран мира ввели запрет или ограничение на продажу и производство пластиковых пакетов.

Производство вторичной гранулы полиэтилена

Полиэтилен выпускается в виде гранул. Гранулы полиэтилена бывают первичные и вторичные. Выше было описано, производство первичной гранулы, рассмотрим производство вторичной гранулы.

Вторичная гранула полиэтилена — это материал, который получают путем переработки отходов полиэтилена. Вторичная гранула полиэтилена не уступает первичной по качеству, только если она была переработана из отходов, которые прошли тщательную очистку и сортировку. Если технологии были нарушены, полученное в результате сырье будет низкого качества. Вторичная гранула полиэтилена, является экономически выгодным вариантом для производителей и покупателей.

Фото заимствовано с сайта granula.pro

Переработка отходов полиэтилена во вторичную гранулу происходит в несколько этапов. Сначала отходы полиэтилена измельчаются и очищаются от посторонних примесей. Затем полученная масса подвергается экструзии, при которой она прогревается и превращается в пластичную массу. После этого материал охлаждается и нарезается на гранулы нужного размера с помощью специального оборудования - гранулятора. Готовая вторичная гранула полиэтилена может быть использована для производства различных изделий, таких как пакеты, контейнеры, трубы и т.д.