Полиэтилен. Сырье для производства, классификация, свойства, маркировка, применение

Полиэтиле н — один из наиболее распространенных видов термопластов. В промышленности его получают полимеризацией этилена, являющегося побочным продуктом переработки нефти. Этилен — бесцветный газ плотностью 1,26 г/л при нормальном давлении и при температуре 0°С и плотностью 557 г/л при давлении 140 МПа и при 25°С. Полимеризация этилена протекает по схеме

_п (СН₂ - СН)₂ (-СН₂ - СН₂ -)_п.

Свойства полиэтилена во многом зависях способа его производства. В настоящее время применяют три способа производства полиэтилена:

ü при высоком давлении (полиэтилен высокого давления) 100—250 МПа и температуре 180—200°С в присутствии инициаторов процесса (кислорода или перекисей);

ü при среднем давлении 3—7 МПа в присутствии оксидных катализаторов;

ü при низком давлении-0. 2—0,6 МПа в присутствии металлоорганических катализаторов (триэтилалюминий + четыреххлористый титан и др.)

Первым способом получают полиэтилен сравнительно невысокой плотности (0,91—0,93 г/см³), молекулярной массой 15000— 35000, структура которого состоит примерно наполовину из кристаллических и наполовину из аморфных участков, а вторым и третьим — полиэтилен плотностью 0,94—0,96 г/см³, молекулярной массой 25000—100000, структура которого состоит из 75—85% кристаллических участков. Поэтому полиэтилен.низкого давления обладает более высокой твердостью, прочностью и теплостойкостью по сравнению с полиэтиленом высокого давления.

В основу маркировки полиэтилена положены способ его производства и основные свойства. При маркировке после слова «Полиэтилен» приводится набор пифр. например, 1503-070 или 21008-075. При этом первые цифры (1 или 2) указывают на способ производства полиэтилена (при высоком или низком давлении), последующие две цифры (15 или 10)—порядковые номера марок, четвертая цифра (0)— единая для всех выпускаемых марок полиэтилен, а пятые (3 или 8) означают соответствующие группы плотности. Последнии три цифры, поставленные после дефиса, характеризуют десятикратное значение показателя текучести расплава.

С2Н4 Рис.7.1. Схема производства полиэтилена при высоком дав­лении: / — компрессор; 2 — маслоотделитель; 3—реактор; 4— сепаратор; 5 — приемник низкого давления; 6 — ловушка для очистки непрореагировавшего этилена.

 

Порядковые номера марок полиэтилена зависят от типа оборудования (конструкции реактора), использованного для полимеризации. Например, полиэтилен всех марок высокого давления, полученный в реакторах с металлами, обозначается порядковыми номерами до 50, а полученный в трубчатых реакторах — номерами после 50. Для полиэтилена низкого давления (ПЭНД) номера марок установлены 10, 20, 30, 40 и т. д. до 100 вклю­чительно.

Группы плотности связаны со способом производства. Согласно ГОСТам для полиэтилена высокого давления установлено шесть групп плотности (с 1 по 6) от 0,900 до 0,939 г/см³, а для полиэтилена низкого давле­ния— четыре группы плотности от 0,931 до 0,970 г/см³. Для практических расчетов точность групп определяется до сотых долей: для всех марок ПЭВД она составляет 0,92, а для ПЭНД – 0,95 г/см³. Показатель текучести расплава характеризует его вязкость и определяется массой расплава, вытекающей через стандартный капилляр в течение 10 мин. Для ПЭВД этот показатель составляет 7 г/10 мин и для ПЭНД — 7,5 г/10 мин.

Полиэтилен наполненный и ненаполненный поставляется высшего, I и II сортов. Сорт продукта характеризуется содержанием посторонних примесей и окисленностью. При заказе полиэтилена можно пользоваться сокращенной маркировкой, состоящей из слова «Полиэтилен», трехзначной цифры условного обозначения и сорта продукта. Например, Полиэтилен 115, сорт I или Полиэтилен 210, сорт I. Наполненные полиэтилены обозначаются так же, только после условного обозначения марки через дефис указывается еще номер рецептуры добавок: например, Полиэтилен 210-0,4, I сорт.

Полиэтилен получил большое распространение во многих отраслях народного хозяйства и в быту благодаря своим положительным свойствам, сравнительно не­высокой стоимости, простоте технологического процесса производства. Он обладает высокой химической и электроизоляционной стойкостью, водонепроницаемостью, достаточной прочностью итехнологичностью, может легко перерабатываться в различные изпелия свариваться, поддаваться различным видам механической обработки — сверлению, пилению, строганию и др. Полиэтилён высокой плотности характеризуется повышенной прочностью, твердостью и износостойкостью, поэто­му применяется для изготовления литьевых и объемных изделий, а также деталей машин и механизмов (зубчатых колес, втулок, лопастей вентиляторов, корпусов приборов, веретен и т.д.). Свойства полиэтилена обусловили его широкое применение для изоляции кабелей и проводов, изготовления деталей к радиолокаторам, радио- и телевизионной аппаратуре, телефонам и пр. Из полиэтилена повышенной прочности и жесткости производят трубы для транспортирования воды в коммунальных и промышленных установках, оросительных и ирригационных сооружениях, а также для транспортирования газа и др. Полиэтилен низкой плотности используется для получения более мягких и эластичных изделии, а также для изоляции разнообразных кабелей и проводов, в качестве облицовочного антикоррозионного материала, для изготовления пленки, нитей, лент, листов, брусков, вдувных изделий (канистры, бутыли и др.) и т. п. Полиэтиленовая пленка применяется как тарный и упаковочный материал в пищевой, фармацевтической и химической промышленности, как распространенный электро- и гидроизоляционный материал для покрытия крыш теплиц и парников, междурядий с целью сохранения влаги в почве, для изготовления шаров и аэростатов, различных изделий бытового назначения и др. Из нитей и волокон полиэтилена изготавливают канаты, рыболовные сети, сетки и др.

Разрушается полиэтилен от действия сильных окислителей — азотной кислоты, хлора и фтора. Полиэтилен перерабатывается в изделия экструзией, литьем под давлением, термоформованием и дутьем.

 

4.2 Полипропилен. Сырьё для производства, свойства, применение

 

Полипропилен является продуктом полимеризации пропилена — дешевого и доступного газа выделяемого в большом количестве при крекинге нефтепродуктов. Полимеризация пропилена производится в присутствии катализатора с применением такого же оборудования, как и при производстве полиэтилена низкого давления.

Полипропилен — легкий материал, обладающий высокой теплостойкостью, твердостью, прочностью, относительным удлинением. Без нагрузки его можно применять при температурах до 150⁰С. Недостатком полипропилена является его низкая. морозоустойчивость: при температуре около 10 ^оС полипропилен становится хрупким. По электрическим свойствам полипропилен не уступает полиэтилену и применяется для изготовления деталей к электро-, радио- и телевизионному оборудованию. Высокая химическая стойкость полипропилена позволяет использпрять его для изготовления труб, химической аппаратуры, центробежных насосов, а также в качестве облицовочного и декоративного антикоррозионного материала. Из него изготавливают посуду, флаконы, пленки и волокна. Пленки из полипропилена могут эксплуатироваться приболее высоких температурах, чем полиэтиленовые пленки, характеризуются меньшен газо- и паропроницаемостью. На полипропиленовую пленку практически не действуют минеральные и растительные масла. Полипропиленовые волокна обладают прочностью, эластичностью и водостойкостью и используются как самостоятельно, так и в смеси с другими природными и химическими волокнами при изготовлении одежных тканей, искусственного меха, трикотажных изделий, а также канатов, сеток, рыболовных сетей и др. Солнечный свет оказывает отрицательное воздействие на свойства полипропилена. Эффективным стабилизатором полипропилена является сажа. Старение полипропилена можно предотвратить или уменьшить добавлением ароматических аминов, алкилзамещенных фенолов, соединений фосфора, суль­фидов и др. Высокие технические и эксплуатационные свойства полипропилена в сочетании с его доступностью и дешевизной обусловливают расширение производства и потребления этого материала. Полипропилен перерабатывается в изделия литьем под давлением, экструзией и др.

 

4..3. Поливинилхлорид. Сырьё для производства, свойства, применение

 

Поливинилхлорид — пластик белого цвета, в общем объеме производства пластмасс занимает второе место (после полиэтилена).

Его получают полимеризацией винилхлорида блочным, суспензионным и эмульсионным методами по реакции

_п(СН₂ = СНС1)→(- СН₂—СНС1 -)_п .

Винилхлорид при комнатной температуре — бесцветный газ с характерным эфирным запахом, обладает наркотическим действием, хорошо растворяется в спирте, ацетоне и других органических растворителях. В промышленных условиях винилхлорид получают тремя методами: из дихлорэтана, из ацетилена и хлористого водорода и из этилена и ацетилена с хлором (комбинированный метод) в присутствии катализаторов. Поливинил-хлорид — порошкообразный материал преимущественно аморфной структуры, плотностью 1,4 г/см³, используется для производства винипласта и пластиката.

В и н и п л а с т —жесткий материал, изготовляемый последовательным вальцеванием при 70°С и прокатыванием поливинилхлорида в пленку, из которой горячим прессованием получают винипластовые листы различной толщины. При этом в поливинилхлоридную смолу добавляют стабилизаторы (амины, оксиды металлов) и смазки (стеарин, масла, воск и др. Винипласт обладает повышенной плотностью, прочностыо и износостойкостью по сравнению с полиэтиленом, удовлетворительной электрической прочностью, химической стойкостью к воздействию минеральных кислот, растворов щелочей й солеи. Винипласт, как и полиэтилен, разрушается от действия сильных окислителей (азотная кислота, соединения хлора и фтора). Недостатками винипласта являются низкая ударная вязкость и набухание в воде. Для повышения ударной прочности винипласта в его состав вводят композицию акрилонитрила, бутадиена и стирола (сокращенно АБС). Полученный ударопрочный винипласт используют главным образом для изготовления комплектующих деталей автомобилей. Винипласт широко применяется в качестве антикоррозионного и изоляционного материала в химической и электротехнической промышленности. Разнообразные детали и изделия, пленки, линолеум, листы, плиты, трубы, стержни, сварочные прутки из винипласта используются в машиностроении, строительстве, сельском хозяйстве и в других отраслях. Винипласт изготавливают марок А и В. от­личающихся содержанием составляющих компонентов. Толщина плёнок от 0.3 до 1 мм, а листов — от 2 до 20 мм. Пленочный винипласт используется для изготовления винипластовых листов, в электролизных ваннах, для футеровки химической аппаратуры. Из винипластовых листов изготавливают гальванические ванны, вентиляционные системы, емкости для хранения агрес­сивных жидкостей и др., а из винипластовых труб монтируют различные системы транспортных трубопроводов.

П л а с т и к а т в отличие от винипласта более мягок и содержит около 50% пластификаторов (дибутилфлотат, трикрезилфосфат и др.), которые повышают пластичность и морозостойкость материала,облегчает дальнейшую переработку его в изделия. При последующем увеличении содержания пластификаторов повышается относительное удлинение материала при разрыве и сни­жается прочность на растяжение. Эластичный пластикат различной формы получают в результате вальцевания и каландрования поливинилхлоридной смолы. Пластикат обладает высокими диэлектрическими свойствами, хорошей коррозионной стойкостью и широко применяется в электротехнике, химической промышленности, в машиностроении и других отраслях. Значительная часть пластиката расходуется на изоляцию кабелей, изготовление электрических проводов, изоляционной ленты и т.п. Из пластиката получают прокладочные и герметизирующие изделия, водо-, масло- и бензостойкие трубопроводы, пленки, искусственную кожу, линолеум и плитки для полов, приводные ремни и транспортерные ленты, профильные изделия для мебельной промышленности, а также различные изделия народного потребления. Изделия из поливинилхлорида изготавливаются штампованием или пневмо- и вакуумформованием.

 

4.4. Полистирол. Сырьё для производства, свойства, применение

 

Полистирол в общем объеме производства пластмасс занимает третье место (после полиэтилена и поливинилхлорида). Его получают полимеризацией стирола в растворителях блочным, эмульсионным и суспензионным методами согласно реакции

_п (С₆Н₅СН = СН₂)-→(-С₆Н₅СН-СН_2-) _п

Стирол, или винилбензол, представляет собой жидкость с резким запахом. Полимеризация может проходить в обычных условиях и при комнатной темпера­туре.

Полистирол обладает высокими диэлектрическими свойствами, влагостойкостью и химической стойкостью, благодаря чему применяется в качестве антикоррозионного материала при изготовлении различного химиче­ского оборудования и приборов, лабораторной посуды, корпусов аккумуляторов и др. Для полистирола характерны сравнительно низкая теплостойкость и ударная прочность (высокая хрупкость). Он применяется для изготовления предметов бытовой техники и домашнего обихода (деталей радио и электроаппаратуры, автомобилей, холодильников, не подвергающихся при эксплуатации ударным нагрузкам; корпусов радиоприёмников, телевизоров и высокочастотных приборов; кассет и катушек для магнито-, фото- и кинопленок, оболочек кабелей, облицовочных плиток, плёнки и т.п.).

Полистирол общего назначения применяется в качестве теплоизоляционного материала (в строительстве и на железнодорожном транспорте), упаковочного материала (для защиты приборов и стеклянных изделий), для производства тары под лекарства и косметические материалы, изготовления игрушек, фурнитуры и др. Для повышения ударной прочности полистирола его выпускают совместной полимеризацией стирола с каучуком.

Ударопрочный полистирол применяется для изготовления деталей и. изделии подвергающихся действию ударных нагрузок — в автомобиле- и тракторостроении, радио- и электротехнической промышленности, в общем машиностроении и других отраслях промышленности. Как прозрачный материал с высоким коэффициентом преломления полистирол применяется для изготовления оптических стекол, изделий гигиенического назначения и др.

Недостатками полистирола являются поверхностное пожелтение изделий под воздействием солнечного света, пониженная теплостойкость. Для повышения теплостойкости полистирол смешивают с мраморной пылью или другими наполнителями. Основной метод переработки полистирола в изделия — литье под давлением.