Полиэтилен (PE), легкая, универсальная синтетическая смола, полученная в результате полимеризации этилена. Полиэтилен относится к важному семейству полиолефиновых смол. Это наиболее широко используемый пластик в мире, из которого изготавливают различные изделия-от прозрачной пищевой пленки и хозяйственных сумок до бутылок с моющими средствами и автомобильных топливных баков. Его также можно разрезать или скрутить в синтетические волокна или модифицировать, чтобы придать ему эластичные свойства резины.
Химический состав и молекулярная структура
Этилен (C2h4) — газообразный углеводород, обычно образующийся при крекинге этана, который, в свою очередь, является основным компонентом природного газа или может быть дистиллирован из нефти. Молекулы этилена по существу состоят из двух метиленовых звеньев (CH2), соединенных вместе двойной связью между атомами углерода—структура, представленная формулой CH2=CH2. Под воздействием катализаторов http://nalatty.com/hand-made/raznovidnosti-polietilenovoj-produkcii-i-eyo-primenenie/ полимеризации, двойная связь может быть разорвана, и полученная дополнительная одиночная связь используется для соединения с атомом углерода в другой молекуле этилена. Таким образом, превращенный в повторяющуюся единицу большой полимерной (многоэлементной) молекулы, этилен имеет следующую химическую структуру:
.
Эта простая структура, повторяемая тысячи раз в одной молекуле, является ключом к свойствам полиэтилена. Длинные цепочечные молекулы, в которых атомы водорода соединены с углеродной основой, могут быть получены в линейной или разветвленной форме. Разветвленные версии известны как полиэтилен низкой плотности (LDPE) или линейный полиэтилен низкой плотности (LLDPE); линейные версии известны как полиэтилен высокой плотности (HDPE) и полиэтилен сверхвысокой молекулярной массы (СВМПЭ).
Основная композиция полиэтилена может быть изменена путем включения других элементов или химических групп, как в случае хлорированного и хлорсульфированного полиэтилена. Кроме того, этилен может быть сополимеризован с другими мономерами, такими как винилацетат или пропилен, для получения ряда сополимеров этилена. Все эти варианты описаны ниже.
История
Полиэтилен низкой плотности был впервые произведен в 1933 году в Англии компанией Imperial Chemical Industries Ltd. (ICI) во время исследований влияния чрезвычайно высоких давлений на полимеризацию полиэтилена. ICI получил патент на свой процесс в 1937 году и начал коммерческое производство в 1939 году. Впервые он был использован во время Второй мировой войны в качестве изолятора для радиолокационных кабелей.
В 1930 году Карл Шипп Марвел, американский химик, работающий в E. I. du Pont de Nemours & Company (ныне компания DuPont), открыл материал высокой плотности, но компания не смогла распознать потенциал продукта. Карлу Зиглеру из Института исследований угля Макса Планка в Мюльхайме—на-Руре (ныне Германия) было предоставлено право получить кредит за изобретение линейного ПНД, который Зиглер фактически произвел с Эрхардом Хольцкампом в 1953 году, катализируя реакцию при низком давлении с металлоорганическим соединением. Позже этот процесс был усовершенствован итальянским химиком Джулио Наттой, а соединения в настоящее время известны как катализаторы Циглера-Натта. Отчасти за это нововведениеЦиглер был удостоен Нобелевской премии по химии в 1963 году. С тех пор, используя различные катализаторы и методы полимеризации, ученые получили полиэтилен с различными свойствами и структурой. LLDPE, например, был представлен нефтяной компанией Phillips в 1968 году.
Основные полиэтиленовые соединения
Полиэтилен низкой плотности
ПВД получают из газообразного этилена при очень высоких давлениях (до 350 мегапаскалей, или 50 000 фунтов на квадратный дюйм) и высоких температурах (до 350 °C [660 °F]) в присутствии инициаторов окисления. Эти процессы дают полимер структура как с длинными, так и с короткими ветвями. Поскольку ответвления препятствуют плотной упаковке молекул полиэтилена в твердые, жесткие кристаллические структуры, ПВД является очень гибким материалом. Его температура плавления составляет приблизительно 110 °C (230 °F). Основное применение-упаковочная пленка, мешки для мусора и продуктов, сельскохозяйственная мульча, изоляция проводов и кабелей, бутылки для отжима, игрушки и предметы домашнего обихода. Код переработки пластика LDPE — № 4.
Линейный полиэтилен низкой плотности
LLDPE структурно аналогичен LDPE. Он производится путем сополимеризации этилена с 1-бутеном и меньшими количествами 1-гексена и 1-октена с использованием катализаторов Циглера-Натта или металлоцена. Полученная структура имеет линейную основу, но имеет короткие однородные ответвления, которые, как и более длинные ответвления ПВД, не позволяют полимерным цепям плотно упаковываться друг с другом. В целом, LLDPE обладает свойствами, аналогичными свойствам LDPE, и конкурирует на тех же рынках. Основные преимущества LLDPE заключаются в том, что условия полимеризации менее энергоемки и что свойства полимера могут быть изменены путем изменения типа и количества его химических ингредиентов. Код переработки пластмасс LLDPE — #4.
Полиэтилен высокой плотности
ПНД изготавливается при низких температурах и давлениях с использованием катализаторов Циглера-Натта и металлоцена или активированного оксида хрома (известного как катализатор Филлипса). Отсутствие ответвлений в его структуре позволяет полимерным цепям плотно упаковываться друг с другом, в результате чего получается плотный, высококристаллический материал высокой прочности и умеренной жесткости. С температурой плавления более чем на 20 °C (36 °F) выше, чем ПВД, он выдерживает многократное воздействие 120 °C (250 °F), чтобы его можно было стерилизовать. Продукты включают выдувные бутылки для молока и бытовых чистящих средств; выдувные продуктовые пакеты, строительную пленку и сельскохозяйственную мульчу; а также литые под давлением ведра, крышки, корпуса приборов и игрушки. Кодовый номер для переработки пластика HDPE — #2.