Содержание

            Вступление……………………………………………………….3

1. Полиэтилен – общие сведения……………………………………..3

2. Строение полиэтилена………………………………………………5

3. Технологическая схема производства полиэтилена…………….5

4. Физико-химические и потребительские свойства, структура                 потребления, области применения полиэтилена………………..7

5. Проблема полиэтиленовых пакетов……………………………….11

6. Биоразлагаемые полиэтиленовые пакеты: шаг к решению               проблемы утилизации отходов……………………………………13

  Литература………………………………………………………. 

  Приложения…………………………………………………….. 

 

Вступление

    Сегодня нет практически ни одного предмета, окружающего нас и не содержащего  хоть малую долю полимерных веществ. Пластмасса, полиэтилен, полипропилен - современные, дешевые, относительно надежные и безопасные материалы, заполонившие собой мир. Но так было не всегда. Когда же началась эра полиэтилена, и каково было его развитие, мы и попытаемся выяснить в этом материале.

    Первые  попытки превратить газообразный этилен в высокомолекулярный состав были предприняты в 1884 году. Опыт был поставлен русским ученым Г.Г.Густавсоном, который применил метод полимеризации под воздействием бромистого алюминия. Однако полного эффекта он не достиг. В результате его опытов получались низкомолекулярные продукты, представляющие собой густую жидкость.

    Впервые полиэтилен был получен в 1936 году английским исследователем Е. Фосеттом и советским ученым А. И. Динцесом.

    В 1939 году в Англии полиэтилен использовался  при изготовлении кабеля с полиэтиленовой изоляцией. С 1940 года новый материал стали применять и для изоляции радиочастотных кабелей.

    В первое время полиэтилен производили  при очень высоком давлении 1500-3000 атмосфер и температуре 200° С. В  настоящее время новые, более  совершенные технологии позволяют  изготавливать полиэтилен при достаточно низком давлении, не превышающем несколько десятков атмосфер. Снизилась и температура, необходимая для производства до 100° С.

                                     1. Полиэтилен – общие сведения

    Полиэтилен – синтетический термопластичный неполярный полимер, принадлежащий к классу полиолефинов. Продукт полимеризации этилена. Твердое вещество белого цвета. Выпускается в форме полиэтилена низкого давления (полиэтилена высокой плотности), получаемого суспензионным методом полимеризации этилена при низком давлении  и полиэтилена высокого давления (полиэтилен низкой плотности), получаемого при высоком давлении полимеризацией этилена в трубчатых реакторах или реакторах с перемешивающим устройством с применением инициаторов радикального типа.

    Кроме того, существует несколько подклассов полиэтилена, отличающиеся от традиционных более высокими эксплуатационными характеристиками. В частности, сверхвысокомолекулярный полиэтилен, линейный полиэтилен низкой плотности, полиэтилен, получаемый на металлоценовых катализаторах, бимодальный полиэтилен.

    Как правило, полиэтилен выпускают в  виде стабилизированных гранул (рис.1.) диаметром 2-5 миллиметров в окрашенном и неокрашенном виде. Но возможен и промышленный выпуск полиэтилена в виде порошка.

    

                                 Рис. 1. Полиэтилен в гранулах 
 

2. Строение полиэтилена

    Полиэтилен  является продуктом полимеризации этилена, химическая формула которого C₂H₄. В процессе полимеризации происходит разрыв двойной связи этилена и образуется полимерная цепь, элементарное звено которой состоит из двух атомов углерода и четырех атомов водорода. 
В процессе полимеризации может происходить разветвление полимерной цепи, когда к растущей главной цепи сбоку присоединяется короткая полимерная группа.

    Разветвленность полимерной цепи препятствует плотной  упаковке макромолекул и приводит к образованию рыхлой аморфно-кристаллической структуры материала и, как следствие, к уменьшению плотности полимера и понижению температуры размягчения. Различная степень разветвленности полимерной цепи полиэтиленов высокого и низкого давления и определяет различие свойств этих материалов.

    Так у полиэтилена высокого давления разветвленность цепи 15-25 ответвлений на 1000 атомов углерода цепи, а у полиэтилена низкого давления – 3-6 на 1000 атомов углерода цепи. Соответственно, плотность, температуры плавления и размягчения, степень кристалличности у ПЭВД, который еще называют «полиэтиленом с разветвленной цепью», меньше, чем у ПЭНД, способ полимеризации которого обусловливает малую разветвленность.

    3. Технологическая схема производства полиэтилена

    На  первых производствах  ПЭНД приготовление каталитического комплекса проводилось периодическим способом. После выдерживания в течение определенного времени при необходимой температуре концентрированный каталитический комплекс разбавлялся растворителем до рабочей концентрации и непрерывно подавался дозировочным насосом или под давлением инертного газа в реактор.

    При непрерывном приготовлении каталитического  комплекса в аппарате-комплексообразователе должно быть обеспечено необходимое среднее время контакта  с соединением титана до разбавления образовавшегося катализатора разбавителем. Существуют различные конструкции аппаратов, приспособления и способы, позволяющие изменять среднее время контакта смешиваемых компонентов.

    При использовании первых промышленных каталитических систем механическое перемешивание реакционной массы практически было неприемлемо, так как в этом случае происходило обрастание полимером поверхности реактора, вала и лопастей мешалки. По этой же причине был неэффективен отвод тепла через охлаждаемые стенки реактора. 
Более технологичным является перемешивание полимеризационной массы газовым потоком этилена, барботирующего через суспензию полиэтилена в реакторе. При этом происходит и теплосъем, так как испарение растворителя приводит к охлаждению реакционной массы. Для увеличения интенсивности испарения производится принудительная циркуляция этилена и паров бензина через суспензию полимера в реакторе с помощью газодувки или компрессора.

    Готовый продукт подвергается гомогенизации  для усреднения его состава по молекулярной массе. В него в специальных смесителях могут вноситься добавки (стабилизаторы, красители, противокоррозионные добавки и др.), после чего ПЭ либо гранулируется и упаковывается, либо фасуется в виде порошка.

    Использованные  в процессе полимеризации и промывки растворитель и промывной агент подвергаются регенерации и возвращаются в цикл. 
При регенерации растворитель перегоняется с острым паром для отделения низкомолекулярных фракций ПЭ, частиц полимера, попавших из центрифуг, продуктов разложения катализатора, после чего подвергается азеотропной осушке. Аналогичным способом происходит регенерация промывного раствора.

     4. Физико-химические и потребительские свойства, структура потребления, области применения полиэтилена

     полиэтилен  давление

     Химическая  структура молекулы полиэтилена проста и представляет собою цепочку атомов углерода, к каждому из которых присоединены две молекулы водорода.

     Полиэтилен существует в двух модификациях, отличающихся по структуре, а значит, и по свойствам. Обе модификации получаются из этилена. В одной из форм мономеры связаны в линейные цепи со степенью полимеризации (СП) обычно 5000 и более; в другой – разветвления из 4–6 углеродных атомов присоединены к основной цепи случайным способом. Линейные полиэтилены производятся с использованием особых катализаторов, полимеризация протекает при умеренных температурах (до 150 С) и давлениях (до 20 атм.).

     Полиэтилен – термопластичный полимер, непрозрачен в толстом слое, кристаллизуется в диапазоне температур от минус 60°С до минус 369°С; не смачивается водой, при комнатной температуре не растворяется в органических растворителях, при температуре выше 80°С сначала набухает, а затем растворяется в ароматических углеводородах и их галогенопроизводных; ПЭ устойчив к действию водных растворов солей, кислот, щелочей, но при температурах выше 60°С серная и азотная кислоты быстро его разрушают. Кратковременная обработка ПЭ окислителем (например, хромовой смесью) приводит к окислению поверхности и смачиванию ее водой, полярными жидкостями и клеями. В этом случае изделия из ПЭ можно склеивать.

     Этилен  может быть полимеризован несколькими  способами, в зависимости от этого полиэтилен разделяют на: полиэтилен высокого давления (ПЭВД) или низкой плотности (ПЭНП); полиэтилен низкого давления (ПЭНД) или высокой плотности (ПЭВП); а также еще на линейный полиэтилен.

     ПЭВД  полимеризуется радикальным способом под давлением от 1000 до 3000 атмосфер и при температуре 180 градусов. Инициатором служит кислород.

     ПЭНД  полимеризуется при давлении не менее 5 атмосфер и температуре 80 градусов при помощи катализаторов Циглера-Натта и органического растворителя.

     Линейный  полиэтилен (есть еще название полиэтилен среднего давления) получают при 30–40 атмосферах и температуре около 150 градусов. Такой полиэтилен является как бы «промежуточным» продуктом между ПЭНД и ПЭВД, что касается свойств и качеств.

     Не  так давно начала применяться  технология, где используются так  называемые металлоценовые катализаторы. Смысл технологии заключается в том, что удается добиться более высокой молекулярной массы полимера, это, соответственно, увеличивает прочность изделия.

     По  своей структуре и свойствам (несмотря на то, что используется один и тот же мономер), ПЭВД, ПЭНД, линейный полиэтилен отличаются, и, соответственно, применяются для различных задач. ПЭВД мягкий материал, ПЭНД и линейный полиэтилен имеют жесткую структуру.

     Также отличия проявляются в плотности, температуре плавления, твердости, и прочности.

     Полиэтилен  ПНД (высокой плотности) применяется преимущественно для выпуска тары и упаковки. За рубежом примерно третья часть выпускаемого полимера используется для изготовления контейнеров выдувным формованием (емкости для пищевых продуктов, парфюмерно-косметических товаров, автомобильных и бытовых химикатов, топливных баков и бочек). При этом стоит отметить, что по сравнению с другими областями, опережающими темпами растет использование ПЭНД для производства упаковочных пленок. ПЭ НД находит также применение в производстве труб и деталей трубопроводов, где используются такие достоинства материала как долговечность (срок службы – 50 лет), простота стыковой сварки, дешевизна (в среднем на 30% ниже по сравнению с металлическими трубами).

     Полиэтилен  высокого давления.

     Другие  обозначения: PE-LD, PEBD (французское и испанское обозначение).

     Легкий  эластичный кристаллизующийся материал с теплостойкостью без нагрузки до 60°С (для отдельных марок до 90°С). Допускает охлаждение (различные марки в диапазоне от -45 до -120°С).

     Свойства  сильно зависят от плотности материала. Увеличение плотности приводит к повышению прочности, жесткости, твердости, химической стойкости. В то же время при увеличении плотности снижается ударопрочность при низких температурах, удлинение при разрыве, трещиностойкость, проницаемость для газов и паров. Склонен к растрескиванию при нагружении. Не отличается стабильностью размеров.

     Обладает  отличными диэлектрическими характеристиками. Имеет очень высокую химическую стойкость. Не стоек к жирам, маслам. Не стоек к ультра-фиолетовому излучению. Отличается повышенной радиационной стойкостью. Биологически инертен. Легко перерабатывается.

     Полиэтилен  низкой плотности используется в основном в производстве пищевых, технических, сельскохозяйственных пленок (рис. 2.) и для изоляции трубопроводов. В последние годы за рубежом наиболее активно растет объем потребления и производства линейного полиэтилена низкой плотности (рис. 3), который в ряде зарубежных стран в значительной степени вытеснил из основных сегментов рынка полиэтилен низкой плотности.