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.
