Полиэтилен низкого давления
ВВЕДЕНИЕ
Полиэтилен в современной промышленности
Полиэтилен низкого давления (ПНД) представляет собой линейный полимер этилена с минимальным числом боковых ответвлений. Его структура определяет высокую плотность (0,94–0,97 г/см³), кристалличность, прочность и химическую стойкость.
Актуальность исследования обусловлена стратегической важностью материала для нефтехимии, а также растущей значимостью вопросов экологической безопасности и переработки полимерных отходов.
ИСТОРИЯ
От случайного открытия к революции в полимерной химии
1933 |
1963 |
Первое получение полиэтилена в Великобритании при |
Нобелевская премия Циглеру и Натта за разработку |
высоком давлении. Материал имел разветвлённую |
катализаторов. Начало промышленного внедрения ПНД |
структуру и низкую плотность |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
1950-е |
1960-е |
Карл Циглер открыл каталитические системы для |
Разработка в СССР собственных каталитических систем |
|
полимеризации этилена при низком давлении. |
и технологий производства на крупных |
|
Революция в получении линейного полиэтилена |
нефтехимических предприятиях |
|
|
|
|
|
|
|
ПРОИЗВОДСТВО
Мировой рынок и производство в России
Факторы роста мирового рынка
•Развитие строительной отрасли и инфраструктуры
•Увеличение протяжённости трубопроводных систем
•Рост спроса на жёсткую упаковку
•Активное наращивание мощностей в развивающихся странах
Крупнейшие регионы-производители: Северная Америка, Азия, Ближний Восток. Страны Ближнего Востока наращивают производство за счёт дешёвого сырья.
Россия
Богатая сырьевая база (этан из нефти и газа) обеспечивает значительный потенциал производства.
Реализуются масштабные проекты строительства новых установок и модернизации существующих производств.
ПНД критически важен для трубной промышленности России.
СЫРЬЁ
Подготовка компонентов и требования к качеству
Основное сырьё |
Требования к чистоте |
Многоступенчатая |
Катализаторы |
Этилен — простейший |
|
очистка |
Циглера–Натты |
|
|
|
|
ненасыщенный |
Каталитические системы |
Осушка до сверхнизкого |
Комбинация соединений |
углеводород. Получают |
крайне чувствительны к |
содержания влаги, |
титана и |
пиролизом этана, пропана, |
примесям влаги, |
удаление CO и O , |
органоалюминиевых |
бутана или нафты при |
кислорода, серы, ацетилена |
гидрирование ацетилена, |
соединений. Готовятся в |
высоких температурах |
и угарного газа |
абсорбционная очистка от |
условиях строгой изоляции |
|
|
сернистых соединений |
от воздуха и влаги |
ТЕХНОЛОГИЯ
Схема производства полиэтилена низкого давления
Условия процесса
Давление: 0,15–0,2 МПа
Температура: 70–80 °C
Катализатор: Комплекс триэтилалюминия и тетрахлорида титана Растворитель: Бензин, гептан или циклогексан
Полимеризация протекает в барботирующем аппарате объёмом 10–20 м³. Тепло отводится испарением бензина. Катализаторный комплекс разлагают спиртом при 60–70 °C, затем промывают и сушат в псевдоожиженном слое.
СВОЙСТВА
Физико-механические и эксплуатационные характеристики
Высокая плотность и прочность
Плотность 0,94– 0,97 г/см³ обеспечивает высокую прочность на растяжение и сжатие благодаря плотной упаковке макромолекул
Морозостойко |
Химическая |
Термостойкост |
сть |
стойкость |
ь |
Сохраняет |
Устойчив к |
Температура |
работоспособность |
кислотам, |
плавления 120–135 |
при отрицательных |
щелочам, солям, |
°C. При введении |
температурах. |
спиртам и |
стабилизаторов |
Высокая ударная |
большинству |
длительно |
вязкость при |
органических |
эксплуатируется |
низких |
растворителей. Не |
при повышенных |
температурах |
подвержен |
температурах |
|
коррозии |
|
ПРИМЕНЕНИЕ
Широкий спектр промышленного использования
Трубная |
Упаковка |
Методы переработки |
||
|
|
|||
промышленность |
Канистры, контейнеры, |
• |
Экструзия — производство труб, листов, профилей, плёнок |
|
|
||||
|
• |
Литьё под давлением — изделия сложной формы (крышки, фитинги, |
||
Водоснабжение, |
ящики, крышки для |
|||
|
детали) |
|||
газоснабжение, канализация, |
многократного |
|
||
• |
Выдувное формование — полые изделия (канистры, бутыли, баки) |
|||
транспортировка |
использования |
|||
• |
Ротационное формование — крупногабаритные резервуары |
|||
химических жидкостей |
|
|||
|
|
|
||
Строительство
Изоляционные материалы, геомембраны, защитные оболочки, конструкционные элементы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Перспективы и экологические вызовы
1 Экологическая проблема |
2 Механическая переработка |
Высокая стойкость к биологическому разложению — изделия сохраняются десятки и сотни лет в естественных условиях
Сбор, сортировка, измельчение, промывка и повторная грануляция. Вторичные гранулы для технических изделий и труб
3 Химический рециклинг |
4 Устойчивое развитие |
Перспективное направление — разложение на исходные |
Раздельный сбор отходов, экологическое просвещение, |
мономеры или низкомолекулярные углеводороды |
разработка биоразлагаемых добавок для экономики |
|
замкнутого цикла |
ПНД остаётся стратегически важным материалом. Дальнейшее развитие должно быть направлено на повышение эффективности производства, расширение применения и снижение экологической нагрузки.