Полиэтилен, виды полиэтилена, физические , химические свойства, материалы из полиэтилена

В наше время невозвожно представить свебе  жизнь без такого материала как -полиэтилен. В статье освещены наиболее распространные  виды полиэтилена, и область примения.

ПОЛИЭТИЛЕН 

 Историческая справка.

                Научное название полиэтилена – полиэтен.  Полимер этилена (этена). был впервые получен немецким ученым Хансом фон Пехманом в 1898 г. Пехман  при разогреве  диазометана  получил вещество - воскообразную субстанцию, в составе которой   обнаружились  цепи -CH2ю Ученые  дали название новому материалу - полиметилен.  Промышленный  синтез полиэтилена был условно  начат  в 1933 г. Открытие сделали англичане Эрик Фосетт и Реджинальд Джибсон, сотрудники компании Imperial Chemical Industries (ICI). Полиэтилен был получен  смешением этилена и бензойного альдегида. Реакция  была инициирована присутствовавшей в аппарате примесью кислорода, поэтому повторить условия,  было затруднительно. В 1935 г. химик Майкл Пёррин, создал промышленную  технологию производства  в 1939 г.

                В наше время сырьем  для получения  полиэтилена  служит простейший олефин - газ этилен.  Полимеризация полиэтилена достигается различными способами – полимеризация радикалов, с помощью анионных и катионных добавок, ионной координацией. В результате получаются материалы с различными свойствами, которые зависят от протяженности и способа ветвления молекул, особенностей кристаллической структуры и молекулярного веса.

Виды полиэтилена

Полиэтилен– относится к термопластичным полимерам.

Физические свойства:
-диэлектрик;
-ударостойкость;
- низкая газо-паропроницаемость;
-лекгоплавкий;
-стоек к нагреванию в вакууме
-морозостоек (-70С);
-под действием ультрафиолетовых лучей- подвержен деструкции особенно при нагревании;
-без запаха;
- высокая способность к адгезии используется для  образованию композитных материалов.
-быстрое его старение, но благодаря специальным добавкам (противостарителям - аминам, фенолам, газовой саже) его можно увеличить.
Химические  свойства:
-не растворяется в щелочах;
-нейтрален к кислотам;
-не растворятся в кислотах(карбоновая,плавиковая, конц. соляная)
-разрушается азотной, газообразным, жидким, фтором и хлором;
-набухает в органических растворителях;
-стоек к спиртам;
-хлорирование, сульфирование, бромирование или фторирование придают полиэтилену каучуко-подобные свойства, улучшают химическую и тепловую стойкость.
- Сополимеризация с другими полеолефинами или полярными мономерами повышает его прозрачность, эластичность, адгезионные характеристики, а также стойкость к растрескиванию.
   

  • Основные виды полиэтилена

  • Полиэтилен низкого давления (ПНД) или высокой плотности (ПВП)
  • Полиэтилен высокого давления (ПВД) или низкой плотности (ПНП)
  • Полиэтилен среднего давления  (ПСД) или средней плотности (ПСП)
  • Сшитый полиэтилен (РЕХ)
  • Вспенненный  полиэтилен 
  • Хлорсульфированный полиэтилен (ХСП)
  • Сверхмолекулярный  полиэтилен (СВМП)

1. Полиэтилен низкого давления  (ПНД) или высокой плотности(ПВП)

            К полиэтиленам высокой плотности ПНД  (ПЭВП) (HDPE) относят материал с плотностью свыше 0.941 г/см3.ПЭВП отличается низкой степенью ветвления молекул, а,

следовательно, большими межмолекулярными силами и прочностью на разрыв, что дает высокую прочность и небольшое относительное удлинение при разрыве. Так как ПВП обладает повышенной морозостойкостью (температура стеклования   - 50С) и слабым межмолекулярным взаимодействием (отсутствуют полярные группы в цепи), он склонен к хладотекучести, то есть при постоянной нагрузке со временем происходит изменение размеров.

            Полиэтилен низкого давления, в отличие от ПВД, имеет более высокую хрупкость и температуру размягчения, но при этом не подходит для контейнеров горячего заполнения.

ПНД не пропускает влагу, стоек к маслам и жирам, не выделяет токсичные вещества в окружающую среду, безопасен для организма человека. При работе с ним не требуются особые меры предосторожности.

ФИЗИКО—ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОЛИЭТИЛЕНА НИЗКОГО ДАВЛЕНИЯ (ПНД)

ГОСТ

16338-85

Плотность, г/см3

0,931-0,970

Температура для плавления, °С

125-132

Температура для размягчения в воздушной среде по Вика, °С

120-125

Плотность насыпания гранул, г/см3

0,5-0,6

Плотность насыпания порошка, г/см3

0,20-0,25

Разрушающее напряжение при изгибе, МПа

19,0-35,0

Предел прочности при срезе, МПа

19,0-35,0

Твердость по вдавливанию под заданной нагрузкой шарика, МПа

48,0-54,0

Удельное электрическое поверхностное сопротивление, Ом

1014

Удельное электрическое объемное сопротивление, Ом·см

1016-1017

Водопоглощение за 30 суток, %

0,03-0,04

Тангенс угла диэлектрических потерь при частоте 1010 Гц

0,0002-0,0005

Диэлектрическая проницаемость при частоте 1010 Гц

2,32-2,36

Удельная теплоемкость при 20-25 °С, Дж/кг·°С

1680-1880

Теплопроводность, В/(м·°С)

(41,8-44)·10-2

Линейный коэффициент термического расширения, /°С

(1,7-2,0)·10-41

Полиэтилен низкого давления (ПНД) или высокой плотности (ПВП) — это жесткий продукт с плотностью более 0.941 г/см кубических. Для получения ПНД применяются три технологии: суспензионная, растворная и газофазная. Полиэтилен НД жестче и проще ПВД, но менее прозрачен. Полиэтилен низкого давления устойчив к высоким температурам, различным маслам и химикатам, но, по сравнению с ПВД, менее стоек к парам и воде.

            Особенностью структуры полиэтилена низкой плотности,  является большое число коротких и длинных ответвлений, которые не позволяют макромолекулам образовывать кристаллическую структуру. Связи  мономерами между слабы, а значит, полимер отличается невысокой устойчивостью на разрыв и повышенной пластичностью, высокой текучестью в расплаве.

            Область применения  ПНД :
- контейнеры,  и пленки для обертки и изготовления пластиковых пакетов;
-укрывной материал и пленки для мусорных мешков (толщина до 250 микрон)
- пакеты для покупок  (толщина от 30 до 65 микрон).

  2. Полиэтилен высокого давления (ПВД) или низкой плотности  (ПНП)

            Полиэтилен высокого давления (ПВД) или низкой плотности (ПНП) - это эластичный мягкий материал, который получают при полимеризации этилена в автоклаве или трубчатом реакторе. Особенностью структуры полиэтилена ПВД является большое количество длинных и коротких ответвлений, не позволяющих молекулам с высокой молекулярной массой создавать кристаллическую структуру.  Имеет малую  устойчивость на разрыв и повышенную пластичность,   высокую текучесть в расплаве.  Более гибкий и мягкий полимеро, в отличии от ПНД. Пластичен, на ощупь воскообразный, слегка матовый.
            Перерабатывается ПВД методом экструзии: 1). с раздувом в рукавную пленку; 2). через охлаждаемый валик и плоскощелевую головку в плоскую пленку.
            Пленка из ПВД достаточно прочна при низких температурах, при сжатии и растяжении, а также стойка к раздиранию и удару. Основной особенностью пленки из ПНП является - достаточно низкая температура размягчения, примерно с100С .
            ПВД не выделяет токсичные вещества в окружающую среду, безопасен для организма человека при непосредственном с ним контакте.

 ФИЗИКО—ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОЛИЭТИЛЕНА ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ (ПВД)

ГОСТ

16337-77

Плотность, г/см3

0,900-0,939

Температура для плавления, °С

103-110

Разрушающее напряжение при изгибе, Па (кгс/см2)

(117,6-196,07)·105 (120-200)

Предел прочности при срезе, Па (кгс/см2)

(137,2-166,6)·105 (140-170)

Предел прочности при разрыве, не менее Па (кгс/см2)

113-105, 137-105

Твердость по вдавливанию под заданной нагрузкой шарика, Па(кгс/см2)

(1,66-2,25)·105 (1,7-2,3)

Удельное электрическое поверхностное сопротивление, Ом

1015

Удельное электрическое объемное сопротивление, Ом·см

1016-1017

Водопоглощение за 30 суток, %

0,02

Тангенс угла диэлектрических потерь при частоте 1010 Гц

0,0002-0,0005

Диэлектрическая проницаемость при частоте 1010 Гц

2,25-2,31

Температура хрупкости, не выше °С

от -100 до -120

Усадка при литье, %

1,0-3,5

Модуль упругости (секущий), Па (кгс/см2) для полиэтилена плотностью в г/см2

 

0,917-0,921

(882,3-1274,5)·105(900-1300)

0,922-0,926

(1372-1764,7)·105(1400-1800)

0,928

2107,8 ·105(2150)

Область применения: изготовлении пленки для обертки, контейнеров и пластиковых пакетов. Пакеты из ПВД очень красивые – не шуршащие, глянцевые, выдерживают до двадцати кг.

3. Полиэтилен среднего давленис (ПСД) или средней плотности(ПСП) 

            Полиэтилены средней плотности ПСД (MDPE) имеют плотность от 0.926 до 0.940 г/см3. ПСД обладает хорошей устойчивостью к ударам и на излом, менее подвержен царапинам более устойчив к растрескиванию, чем ПВД.

Характеристики ПСД практически ни чем не отличаются от характеристик ПНД, в общем, это идентичные виды полиэтилена, не хуже и не лучше друг друга.

ФИЗИКО—ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОЛИЭТИЛЕНА СРЕДНЕГО ДАВЛЕНИЯ (ПСД)

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

            Область применения: – обычная и термоусадочная пленка, мешки, хозяйственные сумки, винтовые колпачки.

4. Линейный полиэтилен высокго давления  (ЛПВД) низкой  плотности

             Линейный полиэтилен низкой плотности (ЛПНП, LLDPE) -удельный вес- 0.915–0.925 г/см3. По своей структуре, аналогичен полиэтилену ПНД. Он также имеет линейную структуру, но с гораздо более многочисленными и длинными боковыми ответвлениями, обычно получают при сополимеризации с короткоцепочечными α-олефинами (1-бутен, 1-гексен, 1-октен).

            По сравнению с ПЭНП линейный полиэтилен более прочен на разрыв, устойчивее к удару и проколу. Этим линейный полиэтилен сильно напоминает ПЭВП, обладая при этом столь же низкой плотностью и высокой пластичностью, как ПЭНП. При всем при этом линейный полиэтилен требует особой, более сложной технологии переработки.

            Основные преимущества линейного полиэтилена низкой плотности заключаются в: высокой химической стойкости; высоких эксплуатационных характеристиках, как при достаточно высоких, так и низких, температурах; большой устойчивости к растрескиванию; улучшенной стойкости к проколу.

            Линейный полиэтилен обладает самыми высокими физико-химическими показателями.

ЛПНП отличается наиболее высокими значениями прочности при растяжении и удлинения при разрыве. Достаточно высокая температура плавления дает возможность применять литейный полиэтилен для фасовки горячих продуктов. Благодаря присутствию большого количества боковых коротких ответвлений, при деформации скользящих друг по другу и не развивающих при этом внутренних значительных напряжений, ЛПВД характеризуется отличной эластичностью расплава. Что позволяет получать достаточно тонкую пленку от6-25 мкм. ЛПНП менее прозрачен, чем другие виды полиэтилена. Чтобы получить более прозрачный ЛПВД в него вводят оптические специальные добавки.

 ФИЗИКО—ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЛИНЕЙНОГО ПОЛИЭТИЛЕНА ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ (ЛПВД)

Плотность, г/см3

0,91-0,93

Предел текучести при растяжении (50 мм/мин), МПа

10-19

Модуль упругости при растяжении (1 мм/мин), МПа

200-550

Относительное удлинение при растяжении (50 мм/мин), более %

50

Температура для плавления, С

120-130

Кристалличность

средняя

Растворимость, выше °С

120 

  Область применения: 
- ЛПВД идет на производство пленок (стретч-пленка, изготавливаемая методом раздува и на каст-линиях, многослойная термоусадочная пленка и пленка для ламинации).
- используется в производстве литьевых изделий, кабельной изоляции и труб.
            Отдельно можно выделить такой продукт как "Сэвилен" превосходит полиэтилен по прозрачности и эластичности при низких температурах, сопротивлению проколу, устойчивости к изгибу и растрескиванию, обладает повышенной адгезией к различным материалам. Свойства материала меняются в зависимости от содержания винилацетата (варьируется в диапазоне 5-60%). 
Из сэвилена с содержанием винилацетата до 15% изготавливают пленки с высокой прозрачностью, более низкой, чем у полиэтилена, температурой плавления и барьерными свойствами по отношению к газам. Сэвилен с содержанием винилацетата 21-30 % используется в качестве покрытия упаковочных бумаги и картона.

5.Сшитый полиэтилен

Сшитый полиэтилен (PEX) - полиэтилен с большим молекулярным весом, получаемый из обычного ПНД путем сшивания его линейных молекул при помощи ионизирующего излучения (PE-Xc), органсилоксанов (PE-Хb) или пероксидов (РE-Xa) с помощью повышенного давления, которое вызывает образование поперечных дополнительных связей. Сшитый полиэтилен имеет большую прочность и теплостойкость, не течет при нагреве. Применяется PEX для систем водоснабжения, трубопроводов, отопления.

Сшитый полиэтилен делится на 4 вида:

  • пероксидный;
  • азотный;
  • силановый;
  • радиационный.

Из шитых полиэтиленов больше всего используется Rex – b, так как он более экономичен в производстве. 

6.Вспененнный полиэтилен 

            Пенополиэтилен—Производство осуществляется за счет высокого давления, при котором происходит вспенивание приготовленной смеси (бутан + пропан). Особенности пенополиэтилена Низкая теплопроводность.  Это качество материала прекрасно используется  для теплоизоляции зданий и сооружений.  Пенополиэтиелен бывает : «простым», фольгированным, армированным (например, стеклотканью, применяется для теплиц) и др. Все это достигается путем введения в состав различных добавок.  Водооталкивающие  позволяет использовать для защиты поверхностей, подвергающихся постоянному воздействию жидкостей.  Дополнительные плюсы материала: высокие звукоизоляционные качества, прост в использовании, способность снижать вероятность воспламенения других материалов, долговечность, эластичность, износостойкость. Не повреждается насекомыми, грызунами, плесенью или грибком. Некоторые виды продукции могут эксплуатироваться в диапазоне температур =240 0С (от — 60 до + 180). Возможность ламинирования практически любым материалом (пленками, лавсаном, бумагой и другими).

            Материал выпускается толщиной от 0,5 мм до 2 см, что позволяет его использовать универсально. Самое распространенное использование – для снижения теплопотерь различными конструкциями (тепловая изоляция), изделия с односторонним фольгированием отлично подходят для крепления на стену сзади радиаторов отопления, эффективность приборов при этом повышается на 1/3.

7.Хлорсульфированный полиэтилен (ХСП)

            Хлорсульфированный полиэтилен (ХСП) - каучукоподобный полиэтилен, получаемый при его взаимодействии с сернистым ангидридом и хлором. Хлорсульфированный полиэтилен растворяется в хлорированных углеводородах и ароматических растворителях (ксилоле, толуоле), плохо - в ацетоне и не растворятся в алифатических углеводородах, разрушается под действием уксусной кислоты, ароматических и хлорированных углеводородов. Используется хлорсульфированный полиэтилен для получения износостойких и коррозионностойких покрытий полов, а также клеев и герметиков. На основе ХСП получают атмосферостойкие и коррозионностойкие краски и лаки для защиты бетона, металла и других материалов от химически агрессивных и атмосферных воздействий.

8.Сверхмолекулярный полиэтилен (СВМП)

            Сверхвысокомолекулярный полиэтилен (СВМП)— высокопрочный полиэтиленом для экстремальных условий, получаемый при низком давлении с достаточно высокой степенью полимеризации. Отличительные особенности: морозостойкость, коррозионная стойкость, ударопрочность, стойкость к абразивному воздействию, низким коэффициентом трения, физиологической инертностью. СВМП образует высокопрочные нити, которые используются для изготовления сверхпрочных волокон, ударопрочных, маслобензостойких резинотехнических композиционных материалов, защитных полимерных покрытий, удлиняющих эксплуатационный срок изделий в два раза.           СВМП полиэтилен используется для изготовления деталей и элементов конструкций, подвергающихся ударной нагрузке, фильтров для пищевой и химической промышленности, сверхпрочных тканей и нитей, а также изготовления спортивного инвентаря.

  9. Наиболее распространенные полиэтиленовые изделия, характеристики  и методы их производства.

 

Двухосно-ориентированные пленки.

Биаксиально-ориентированные пленки из полиэтилена (БОПЭ) являются хорошей альтернативой другим материалам.
            Основные преимущества двухосно-ориентированных пленок следующие:· производство пленок с широким диапазоном термосвариваемости;·высокие физико-механические свойства, позволяющие производить более тонкие пленки по сравнению с остальными базовыми полимерными материалами;·высокие барьерные свойства к водяным парам, регулирование газобарьерных свойств; оптическая прозрачность, блеск;·стерилизация продуктов в пленке, а также применение пленки в суровых зимних условиях и в низкотемпературных холодильниках; возможность нанесения на пленку металла, полимеров и др., производства пленок с жемчужным внешним эффектом за счет частичного вспенивания пленки.
Единственной сферой приложения таких пленок, является конфетный этикет – пленки с твист-эффектом. БОПЭ пленки – это наиболее качественный и дорогой вид твист пленок. В основном для конфетной упаковки используются ориетированные и аморфные полипропиленовые пленки, пленки из ПВХ и полистирола. По качеству они очень сильно уступают БОПЭ пленкам. Пленки из БОПЭ используются в основном для изготовления  этикеток  конфет класса «премиум».

Полиэтиленовая пищевая пленка.

Толщина материала лежит в пределах от 25 до 200 мкм при ширине полотна, рукава или полурукава в 250-1500 мм.
Основные достоинства:
  • -безопасность прямого контакта с любыми продуктами;
  • защита от внешних механических, биологических и погодных воздействий;
  • эстетичность;
  • универсальность и простота применения;
  • химическая нейтральность;
  • долговечность и стабильность характеристик;
  • абсолютная экологичность;
  • экономичность использования;
  • ценовая доступность материала.
Стрейч-плёнка -способна в определённых пределах растягиваться, при этом её слои прилипают друг другу. Прилипание слоёв происходит исключительно за счёт сил межмолекулярного притяжения Таким образом удаётся удобно и быстро, в том числе и с использованием специального оборудования, упаковывать продукты. Слои пленки слипаются  лишь между собой , не прилипая к основному продукту,делает плёнку не только универсальной и удобной в использовании, но и абсолютно экологичной.
Изготавливают стрейтч-пленку из полиэтилена низкой плотности, способного к линейному удлинению до 300% и даже более. На практике чаще всего используется не одиночная плёнка, а более удобная двух или трёхслойная.
Основные показатели плени:
  • эластичность, плёнка после снятия усилия восстанавливает свою первоначальную форму;
  • стойкость к проколам;
  • высокая эстетичность;
Недостатком полиэтиленовой стрейч-плёнки является температурная  нестабильность, что ограничивает упаковку горячих продуктов.

Полиэтиленовые упаковочные пакеты

 для  формирования упаковок нужного размера гранулы расплавляют и формируют рукавный материал. Посредством сварных швов его разделяют на части, причём при необходимости дно пакета дополнительно упрочняется. Для пакетов и мешков свойственно: 
  • влагостойкость;
  • абсолютная гибкость, отсутствие остаточных деформаций;
  • термостойкость (от -65 до +70°С);
  • химическая индифферентность, в частности, к кислотам, щелочам, ПАВ и другим элементам моющих средств, жирам и т.д.;
  • высокая механическая стойкость при ударах и растяжениях.

Воздушно-пузырьковая пленка

             Воздушно-пузырьковая пленка (пузырчатая) – универсальный упаковочный материал, изготавливается из нескольких слоев пищевого полиэтилена, внутри которых располагаются небольшие округлые камеры с воздухом.
В продаже можно встретить двухслойную, трехслойную и даже четырехслойную воздушно-пузырьковую пленку.
Общая толщина пленки – 4 мм, диаметр камеры с воздухом – 10 мм.
Общая толщина пленки – 10 мм, диаметр камеры с воздухом – 30 мм.
Плотность воздушно-пузырьковой пленки во многом определяет ее механическую прочность. Чем больше масса квадратного метра пленки, тем большее давление она может выдержать.
            Для производства воздушно пузырьковой пленки нужно следующее оборудование:
  • экструдер - «выдавливает» слои пленки;
  • формующее устройство - формирует камеры и одновременно наполняет их сухим воздухом.

Обычно оба устройства объединены в одну машину, которая также имеет механизмы для обрезания, наматывания рулона и удаления отходов.
Формирование пузырьковых камер осуществляется при повышенной температуре. Камеры не сообщаются друг с другом: поэтому при повреждении одного пузырька остальные сохраняют целостность и защитные свойства.
            Двухслойная пленка состоит всего из двух слоев. Нижний слой представляет собой лист полиэтилена низкой плотности. Он является основой. На него крепится верхний лист, из которого и формируются пузырьки.
            Трехслойная пленка включает в себя еще один, покровный слой полиэтилена, который делает пленку прочнее. Самая прочная пленка – четырехслойная: ее используют только для упаковки хрупких и особо дорогих изделий.
При необходимости на гладкий слой пленки можно нанести изображение.


 Перфорированная воздушно-пузырьковая пленка Перфорация на пленке необходима для легкого отрывания ровных кусков от рулона. Она имеет вид небольших насечек, ряды которых расположенных на определенном расстоянии друг от друга (например, 1 метр). 
 Классификация воздушно-пузырчатых пленок

  • бесцветные с различным количеством слоев;
  • воздушно-пузырьковые из вспененного полиэтилена с низкой горючестью;
  • воздушно-пузырьковые пленки со светостабилизирующими добавками – не разрушаются под воздействием ультрафиолетового излучения солнечного света. Такие пленки используются при устройстве теплиц и парников;
  • пузырьковые пленки с металлизированным покрытием – используются в строительстве в качестве теплоизоляционного материала;
  • пленки, комбинированные с бумагой - имеют еще один нижний слой из плотной бумаги или тонкого картона. Комбинированные пленки используются для защиты стекла, зеркал и других плоских предметов;
  • пленки с добавлением антифога – вещества препятствующего оседанию конденсата в виде капель. Их используют для строительства парников и теплиц. Кроме того, из таких пленок изготавливают покрывала для бассейнов.

Пленка для парников

В  состав входят светостабилизирующие соединения и антифоги, препятствующие запотеванию. Светостабилизаторы необходимы для защиты пленки от ультрафиолета. Под действием ультрафиолетовых лучей полимеры , быстро разрушаются и утрачивают свои свойства (это явление получило название фотодеструкции). Светостабилизирующие вещества поглощают значительную часть УФ-лучей. Кроме того, некоторые соединения способны связывать образующиеся в результате фотодеструкции химически активные вещества, предотвращая дальнейшее разрушение пленки. Благодаря использованию таких добавок парниковая пленка может сохранять свои свойства в течение 2-3 сезонов.
            

Авторизация

Имя
Пароль

Регистрация | Забыли пароль?