Реферат «линейный Полиэтилен» По Материаловедению (Комарова Л. Ю

Линейный полиэтилен

Полиэтилен (ПЭ) [–СН2-СН2–]n существует в двух модификациях, отличающихся по струк­туре, а значит, и по свойствам. Обе модификации получаются из этилена СН2=СН2. 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. 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.

Физико-химические свойства.

Линейный полиэтилен - легкий эластичный кристаллизующийся материал. Теплостойкость до 118 °С. ЛПЭНП обычно имеют широкое молекулярно-массовое распределение и широкое распределение 1-алкенового сомономера, то есть ветвей. Прочность при растяжении ниже, чем у ПЭВП, но выше, чем у ПЭНП. Они обладают лучшей, чем ПЭВП, ударной прочностью. По срав­нению с ПЭНП их ответвления короткие, длинных ветвей нет. Снижение вязкости с уве­личением скорости сдвига меньше по сравнению с ПЭНП, и переработка ЛПЭНП требует больших усилий. Часто ЛПЭНП смешивают с ПЭНП, так как длинные боковые цепи об­легчают переработку. Из-за высокой кристалличности ЛПЭНП менее прозрачны, чем ПЭНП.

Линейный полиэтилен низкой плотности (ЛПЭНП) по своей структуре подобен ПЭВП, однако имеет следующие основные преимущества: более высокую температуру размягче­ния, что позволяет применять его для расфасовки горячих продуктов; лучшие эксплуата­ционные свойства при низких и высоких температурах; " более высокую химическую стойкость; в 2-3 раза более высокую стойкость к раздиру и проколу; " большую прочность и относительное удлинение при разрыве; блеск поверхности и устойчивость к растрески­ванию. На мировом рынке ЛПЭНП - наиболее динамично употребляемый полимер по сравнению с ПЭНП и ПЭВП, так как позволяет получать тонкие пленки при повышении их прочностных свойств. Этот материал, в частности, предназначен для изготовления ме­дицинских пакетов, ламинированных и растягивающихся пленок. Наиболее широкое применение он находит в производстве стретч-пленок для машинного и ручного паке­тирования. По сравнению с термоусадочной упаковка в растягивающуюся пленку обла­дает следующими преимуществами: "отпадает необходимость в термокамерах для усадки пленки; "уменьшается расход пленки вследствие ее меньшей толщины, лучших эксплуа­тационных свойств.

Свойства ЛПЭНП являются промежуточными между свойствами ПЭНП и ПЭВП. Однако основной его особенностью является то, что его молекулярно-массовое распределение уже, чем у ПЭНП. Основными преимуществами ЛПЭНП по сравнению с ПЭНП является более высокая химическая стойкость, лучшие эксплуатационные свойства как при низких, так и при высоких температурах, большой блеск поверхности и большая устойчивость к растрескиванию. При формовании пленок ЛПЭНП проявляет повышенную стойкость к проколу и раздиру. Типичные значения сопротивления проколу при толщине около 75 мкм - 834 Дж/м2 для ПЭНП и 1877 Дж/м2 для ЛПЭНП; сопротивления раздиру - около 350 и 1050 гс соответственно (среднее значение в продольном и поперечном направле­ниях). При равной плотности 0,92 г/см3 температура плавления ПЭНП - 95 "С, ЛПЭНП - 118 °С. ЛПЭНП использовали для производства мешков, поскольку он характеризуется более высокими значениями удлинения при разрыве и прочности при растяжении. Более высокая температура плавления открывает возможности применения для расфасовки го­рячих продуктов, о чем свидетельствует его применение для производства мешков для цемента.

ЛПЭНП проникает на рынок также в качестве растяжимой упаковки из-за лучшего соот­ношения цены и качества. Недостатком ЛПЭНП является меньшая липкость пленок по сравнению с растяжимыми пленками из ПВХ и ЭВА. Одним из путей преодоления этого недостатка является введение липких добавок. Другой способ - исключение необходимо­сти прилипания за счет придания шероховатости поверхности механическим способом. ЛПЭНП применяют также при изготовлении соэкструдированных растяжимых пленок в качестве одного из слоев. Пример — трехслойная пленка, в которой наружные слои из­готовлены из традиционного ПЭНП, а внутренний слой - из ЛПЭНП. По сравнению с пленками из ПЭНП пленки из ЛПЭНП имеют большие значения сопротивления раздиру и проколу, прочности при растяжении и относительного удлинения. Общая толщина пленок может быть поэтому снижена, а растяжимость - увеличена. Масса пленки, расходуемой на один поддон с грузом, может быть.уменьшена, чем достигается экономия сырья. Разрабо­таны также пленки на основе смесей ЛПЭНП с другими полимерами, такими, например, как ЭВА. Следует отметить, что в упаковке с применением усадочных пленок по сравне­нию с растяжимыми более низкая прочность расплава ПЭНП делает его более подходя­щим материалом. Различия в молекулярной структуре влияют на реологию обоих мате­риалов. ЛПЭНП имеет большую вязкость при скоростях сдвига, характерных для экстру­зии, и требует большей Мощности при экструдировании. Кроме того, при экструдирова­нии 100%-го ЛПЭНП требуется более широкий зазор щели во избежание разрушения рас­плава. Для достижения лучших результатов нужно некоторое модифицирование оборудо­вания, предназначенного для переработки традиционного ПЭНП, в частности изменение конструкции шнека и величины щелевого зазора. Для переработки ЛПЭНП разработано специальное оборудование, другой подход - использование добавок, которые позволяют экструдировать ЛПЭНП без разрушения расплава.

Обзор технологий производства.

Линейным полиэтилен низкой плотности (ЛПЭНП) подобен по структуре ПЭВП, но имеет более многочисленные и длинные боковые ответвления. ЛПЭНП получают методами га­зофазной полимеризации при низком давлении и полимеризации в жидкой фазе. Этот процесс проводится в реакторе с сжиженным слоем ПЭ. Этилен подают в основание реак­тора, а полимер отводят непрерывно, сохраняя постоянный уровень сжиженного слоя в реакторе. Температура немного ниже (около 100*С), а давление значительно ниже (689-2068 кН/м2), чем в газофазном "процессе высокого давления. Эффективность этого про­цесса ниже, чем газофазного, процент превращения за цикл составляет 2% по сравнению с 15-30% в газофазном процессе. Размер установки может быть значительно уменьшен бла­годаря устранению большого количества оборудования, необходимого для работы при высоком давлении, капитальные вложения также значительно ниже. Почти аналогичным является процесс в реакторе с перемешивающим устройством. При этом используют ката­лизаторы циглеровского типа и достигается более высокий выход.

В основном существуют два типа жидкофазных процессов: в растворе и в суспензии. Сус­пензионный процесс использует хромовые катализаторы и идет при температуре 100 °С и давлении 689—4826 кН/м2. ПЭ получают в виде порошка. В растворном процессе, кото­рый разработан Du Pont и Dow Chemical, используют катализаторы типа циглеровских. Процесс идет при температуре 180-250 °С и давлении 2757-4137 кН/м2. Добавки можно вводить непосредственно в реактор.

Характеризуя мировой рынок линейного полиэтилена, следует отметить, что существует рынок технологий LLDPE, абсолютно обособленный и отличный от рынка производства и продаж полиэтилена. Дело в том, что большинство производителей ПЭ разрабатывают свои собственные технологии производства сырья и затем лицензируют их. В то же время множество изготовителей работают, используя нелицензионные разработки.

Лидирующими игроками на мировом рынке технологий производства LLDPE (реакции полимеризации) являются Dow и Carbide.

Области применения линейного полиэтилена.

Основными сферами применения ЛПЭВД являются производства пленок, добавка к ПЭНП и ПЭВП при ротоформовании и литье под давлением. Также ЛПЭВД может использоваться при изготовлении концентрированных полимерных красителей, кабельной изоляции, ирригационных и гофрированных труб, пенополиэтилена, пряжи и нитей.