Что собой представляет полиэтилен? Какие у него характеристики? Как происходит получение полиэтилена? Это весьма интересные вопросы, которые обязательно будут рассмотрены в этой статье.
Общая информация
Полиэтилен – это химическое вещество, которое представляет собой цепочку атомов углерода, к каждому из них при этом присоединено две молекулы водорода. Несмотря на наличие одинакового состава, всё же существует две модификации. Отличаются они по своей структуре и, соответственно, свойствам. Первая представляется собой линейную цепь, в которой степень полимеризации превышает показатель в пять тысяч. Вторая структура – это разветвление из 4-6 атомов углерода, что присоединяются к основной цепи произвольным способом. Как же в общих чертах получается линейный полиэтилен? Это достигается благодаря использованию особых катализаторов, что влияют на полиолефины при умеренной температуре (до 150 градусов по Цельсию) и давлении (до 20 атмосфер). Но что же он собой представляет? Мы знаем его химические свойства, а какие тогда физические?
Что он собой представляет?
Полиэтилен – это термопластичный полимер, в котором процесс кристаллизации осуществляется при температуре меньше минус 60 градусов по Цельсию. Он не прозрачен в толстом слое, не смачивается водой, органические растворители при комнатной температуре на него не влияют. Если температура превысит плюс 80 градусов по Цельсию, то сначала осуществляется набухание, а потом распад на ароматические углеводороды и галогенопроизводные. Полиэтилен – это вещество, которое успешно противостоит негативному влиянию растворов кислот, солей и щелочей. Но если температура превышает 60 градусов тепла по Цельсию, то его довольно быстро могут разрушить азотная и серная кислоты. Для склейки изделий из полиэтилена они могут обрабатываться окислителями, с последующим нанесением необходимых веществ.
Как осуществляется получение полиэтилена?
Для этого используют:
- Метод высокого давления (низкой плотности). Полиэтилен создаётся при высоком давлении, которое находится в диапазоне от 1 000 до 3 000 атмосфер при температуре в 180 градусов тепла по Цельсию. В качестве инициатора выступает кислород.
- Метод низкого давления (высокой плотности). В этом случае полиэтилен создаётся при давлении, которое составляет не меньше пяти атмосфер и температуры в 80 градусов Цельсия с использованием органического растворителя и катализаторов Циглера-Натта.
- И отдельно находится цикл производства линейного полиэтилена, о котором говорилось выше. Он является промежуточным между вторым и первым пунктами.
Следует отметить, что это не единственные технологии, которые применяются. Так, довольно распространённым ещё является и использование металлоценовых катализаторов. Смысл данной технологии заключается в том, что посредством неё добиваются значительной массы полимера, увеличивая при этом прочность изделия. В зависимости от того, какая структура и свойства необходимы при использовании одного мономера, и происходит выбор метода получения. Также на это могут повлиять требования к температуре плавления, прочности, твердости и плотности.
Почему же наблюдается сильная разница?
Основная причина различия свойств – это разветвленность макромолекул. Так, чем она больше, тем меньше кристалличность и выше эластичность полимера. Почему это важно? Дело в том, что механические показатели полиэтилена растут вместе с его плотностью и молекулярной массой. Давайте рассмотрим небольшой пример. Полиэтилен листовой обладает значительной жесткостью и не прозрачностью. Но если используется метод низкой плотности, то полученный материал будет обладать относительно неплохой гибкостью и относительной видимостью через него. Почему же выпускается такой различный ассортимент? Из-за отличий условий эксплуатации. Так, полиэтилен неплохо справляется с ударными нагрузками. Также он хорошо переносит морозы. Диапазон рабочей температуры этого материала – от -70 до +60 по Цельсию. Хотя отдельные марки приспособлены и для несколько иного градиента – от -120 и до +100. На это влияет плотность полиэтилена и его структура на молекулярном уровне.
Специфика материала
Следует отметить один существенный недостаток – быстрое старение полиэтилена. Но это дело поправимое. Увеличение срока службы достигается благодаря специальным добавкам-противостарителям, в роли которых может выступать газовая сажа, фенолы или же амины. Также следует отметить и то, что материал низкой плотности более вязок, благодаря чему он легче может быть переработан в изделия. Нельзя не упомянуть и электрические свойства. Полиэтилен благодаря тому, что он неполярный полимер, является высококачественным высокочастотным диэлектриком. Благодаря этому проницаемость и тангенс угла потерь слабо меняются от изменений влажности, температуры (в диапазоне от -80 до +100) и частоты электрического поля. Тут следует отметить одну особенность. Так, если в полиэтилене имеются остатки катализатора, то это способствует повышению тангенса угла диэлектрических потерь, что ведёт к некоторому ухудшению изоляционный свойств. Что ж, сейчас нами была рассмотрена общая ситуация. А теперь давайте уделим внимание конкретике.
Что собой представляет полиэтилен низкого давления?
Это эластичный лёгкий кристаллизующийся материал, теплостойкость которого находится в диапазоне от -80 до +100 градусов по Цельсию. Обладает блестящей поверхностью. Стеклование начинается при -20. А плавление - в диапазоне 120-135. Характерным является хорошая ударная прочность и теплостойкость. Плотность полиэтилена значительно влияет на получаемые свойства. Так, вместе с нею растёт прочность, жесткость, твердость и химическая стойкость. Но одновременно падает склонность к растяжению и проницаемость для паров и газов. Нельзя не отметить ползучесть, что наблюдается при длительной нагрузке. Такой полиэтилен биологически инертен, и его легко можно переработать. Что весьма полезно в современных условиях. Говоря про применение полиэтилена, необходимо отметить, что его используют для изготовления упаковок и тары. Так, примерно треть продукции идёт на то, чтобы создать контейнеры выдувного формирования, что используются в пищевой промышленности, косметике, автомобильной, бытовой, энергетической областях и пленок. Но встретить его можно и при создании труб и деталей трубопроводов. Важным преимуществом такого материала является его долговечность, дешевизна и простота сварки.
Полиэтилен высокого давления
Это эластичный лёгкий кристаллизующийся материал, теплостойкость которого (без нагрузки) находится в диапазоне от -120 до +90 градусов по Цельсию. Свойства также сильно зависят от плотности полученного материала. Так происходит повышение прочности, твердости, жесткости и химической стойкости. Вместе с этим толщина полиэтилена негативно сказывается на ударопрочности, удлинении, стойкости к трещинам и проницаемости для паров и газов. К тому же, он не отличается стабильностью размеров и заметно негативное влияние при относительно небольших нагрузках. Следует отметить действительно высокую химическую стойкость и отличные диэлектрические характеристики. Из негатива – на такой полиэтилен плохо влияют жиры, масла и ультрафиолетовое излучение. Биологически инертен, можно легко переработать. Также ещё можно охарактеризовать и как стойкого к радиации. Применение полиэтилена высокого давления больше всего можно встретить при создании технических, пищевых и сельскохозяйственных пленок. Хотя, конечно, это не единственный вариант.
Линейный полиэтилен
Он представляет собой эластичный кристаллизующийся материал. Может выдерживать температуру до 118 градусов тепла по Цельсию. Также важным преимуществом данного материала является его стойкость к растрескиванию, теплостойкость и ударная прочность. Применяется для изготовления упаковок, емкостей и контейнеров. Что же предлагает этот полиэтилен? Характеристики данного материала весьма высоки по сравнению с аналогом, получаемым способом низкого давления. Поэтому у него довольно неплохие свойства. Но всё же, как правило, он не может равняться с полиэтиленом высокого давления.
Как может быть представлен материал?
Итак, мы уже рассмотрели основные виды полиэтилена. В каком же виде он создаётся? Наиболее популярные – это полиэтилен листовой и пленочный. Эти формы могут быть изготовлены из материала любой плотности. Хотя всё же есть и определённые предпочтения. Так, для получения эластичных и тонких пленок широко используют подход низкого давления. Ширина полученного материала, как правило, достигает 1400 миллиметров, а длина – 300 метров. Линейный и полиэтилен высокого давления более жесткие, поэтому их используют для конструкций, которые не должны подвергаться влиянию: те же листы, трубы, формированные и литьевые изделия и прочее.
Заключение
И напоследок нельзя не упомянуть регулирующие документы, согласно которым и производится полиэтилен. ГОСТ 16338-85 отвечает за продукцию, которая создаётся при низком давлении. Он действует ещё с 1985 года. ГОСТ 16337-77 регламентирует вопросы, связанные с полиэтиленом высокого давления. Он ещё более старый и датируется 1977 годом. Эти нормативные документы содержат в себе информацию о требованиях к материалам, из которых и изготавливаются плёнки, упаковки и другая различная продукция. Причем следует отметить широкий диапазон применения получаемой продукции и её видового разнообразия. Так, к примеру, весьма распространены армированные полиэтиленовые пленки. Их особенностью является то, что при одинаковой толщине они на голову выше по своим свойствам, чем обычные образцы продукции. Из тех же самых армированных полиэтиленовых пленок делают скатерти, мешки и много иных полезных вещей. А их свойства получаются благодаря внедрению специальных нитей из природных или синтетических волокон.
