|
Полиэтилен — полимер этилена (этена).
Получение
Полиэтилен получают полимеризацией этилена:
nCH2=CH2 > [-CH2-CH2-]n
Получение полиэтилена высокого давления
Полиэтилен высокого давления (ПЭВД), или Полиэтилен низкой плотности (ПЭНП) образуется при следующих условиях:
- температура 150—320°C;
- давление 150—300 МПа;
- присутствие инициатора (кислород или органический пероксид);
в автоклавном или трубчатом реакторах. Реакция идёт по радикальному механизму. Получаемый по этому методу полиэтилен имеет средневесовой молекулярный вес 80000-500000 и степень кристалличности 50-60 %. Жидкий продукт впоследствии гранулируют. Реакция идёт в расплаве.
Получение полиэтилена среднего давления
Полиэтилен среднего давления (ПЭСД) образуется при следующих условиях:
- температура около 150°C;
- давление 3—4 МПа;
- присутствие катализатора (катализаторы Циглера—Натта (англ.), например, смесь TiCl4 и AlR3);
продукт выпадает из раствора в виде хлопьев. Получаемый по этому методу полиэтилен имеет средневесовой молекулярный вес 300000-400000, степень кристалличности 80-90 %.
Получение полиэтилена низкого давления
Полиэтилен низкого давления (ПЭНД) или Полиэтилен высокой плотности (ПЭВП) образуется при следующих условиях:
- температура около 80°C;
- давление ниже 4 МПа;
- присутствие катализатора (катализаторы Циглера—Натта, например, смесь TiCl4 и AlR3);
Полимеризация идёт в суспензии по ионно-координационному механизму. Получаемый по этому методу полиэтилен имеет средневесовой молекулярный вес 80 000—300 0000, степень кристалличности 75-85 %.
Следует иметь в виду, что названия "полиэтилен низкого давления", "среднего давления", "высокой плотности" и т. д. имеют чисто историческое значение. Так, полиэтилен, получаемый по 2- и 3-му методам, имеет одинаковую плотность и молекулярный вес. Давление в процессе полимеризации при так называемых низком и среднем давлениях в ряде случаев одно и то же.
Другие способы получения полиэтилена
Существуют и другие способы полимеризации этилена, например под влиянием радиоактивного излучения, однако они не получили промышленного распространения.
Модификации полиэтилена
Ассортимент полимеров этилена может быть значительно расширен получением сополимеров его с другими мономерами, а также путем получения композиций при компаундировании полиэтилена одного типа с полиэтиленом другого типа, полипропиленом, полиизобутиленом, каучуками и т. п.
На основе полиэтилена и других полиолефинов могут быть получены многочисленные модификации — привитые сополимеры с активными группами, улучшающими адгезию полиолефинов к металлам, окрашиваемость, снижающими его горючесть и т. д.
Особняком стоят модификации так называемого "сшитого" полиэтилена ПЕх (PEx). Суть сшивки состоит в том, что молекулы в цепочке соединяются не только последовательно, но и образуются боковые связи которые соединяют цепочки между собой, за счет этого достаточно сильно изменяются физические и в меньшей степени химические свойства изделий. Различают 4 вида сшитого полиэтилена (по способу производства): пероксидный (а), силановый (b), радиационный (с) и азотный (d). Наибольшее распространение получил РЕх-b, как наиболее быстрый и дешёвый в производстве.
Молекулярное строение
Макромолекулы полиэтилена высокого давления (n?1000) содержат боковые углеводородные цепи C1—С4, молекулы полиэтилена среднего давления практически неразветвлённые, в нём больше доля кристаллической фазы, поэтому этот материал более плотный; молекулы полиэтилена низкого давления занимают промежуточное положение. Большим количеством боковых ответвлений объясняется более низкая кристалличность и соответственно более низкая плотность ПЭВД по сравнению с ПЭНД и ПЭСД.
Показатели, характеризующие строение полимерной цепи различных видов полиэтилена, приведены в таблице:
Показатели, характеризующие строение полимерной цепи различных видов полиэтилена |
Показатель |
ПЭВД |
ПЭСД |
ПЭНД |
Общее число групп СН3 на 1000 атомов углерода: |
21,6 |
5 |
1,5 |
Число концевых групп СН3 на 1000 атомов углерода: |
4,5 |
2 |
1,5 |
Этильные ответвления |
14,4 |
1 |
1 |
Общее количество двойных связей на 1000 атомов углерода |
0,4—0,6 |
0,4—0,7 |
1,1-1,5 |
в том числе: |
|
|
|
винильных двойных связей (R-CH=CH2), % |
17 |
43 |
87 |
винилиденовых двойных связей (), % |
71 |
32 |
7 |
транс-виниленовых двойных связей (R-CH=CH-R'), % |
12 |
25 |
6 |
Степень кристалличности, % |
50-65 |
75-85 |
80-90 |
Плотность, г/см3 |
0,91-0,93 |
0,93-0,94 |
0,94-0,96 |
Общие свойства
Термопласт белого цвета, легко окрашивается во все цвета, тонкие листы прозрачны и бесцветны. Воскообразный на ощупь. Не чувствителен к удару, плохо склеивается. При повышении плотности возрастают жёсткость, предел прочности на разрыв, поверхностная твёрдость, температура начала размягчения (?80—120°С).
Полиэтилен высокого давления
Физико-химические свойства ПЭВД при 20 °C |
Параметр |
Значение |
Плотность, г/см3 |
0,918-0,930 |
Разрушающее напряжение, кгс/см2 |
|
при растяжении |
100-170 |
при статическом изгибе |
120-170 |
при срезе |
140-170 |
относительное удлинение при разрыве, % |
500-600 |
модуль упругости при изгибе, кгс/см2 |
1200-2600 |
предел текучести при растяжении, кгс/см2 |
90-160 |
относительное удлинение в начале течения, % |
15-20 |
твёрдость по Бринеллю, кгс/мм2 |
1,4-2,5 |
С увеличением скорости растяжения образца разрушающее напряжение при растяжении и относительное удлинение при разрыве уменьшаются, а предел текучести при растяжении возрастает.
С повышением температуры разрушающее напряжение полиэтилена при растяжении, сжатии, изгибе и срезе понижается. а относительное удлинение при разрыве возрастает до определенного предела, после которого также начинает снижаться
Изменение разрушающего напряжения при сжатии, статическом изгибе и срезе в зависимости от температуры (определено при скорости деформации 500 мм/мин и толщине образца 2 мм). |
Разрушающее напряжение, кгс/см2 |
Температура, ?С |
20 |
40 |
60 |
80 |
при сжатии |
126 |
77 |
40 |
- |
при статическом изгибе |
118 |
88 |
60 |
- |
при срезе |
169 |
131 |
92 |
53 |
Зависимость модуля упругости при изгибе ПЭВД от температуры: |
Температура, °С |
-120 |
-100 |
-80 |
-60 |
-40 |
-20 |
0 |
20 |
50 |
Модуль упругости при изгибе, кгс/см2 |
28100 |
26700 |
23200 |
19200 |
13600 |
7400 |
3050 |
2200 |
970 |
Необходимо отметить, что свойства изделий из полиэтилена будут существенно зависеть от режимов их изготовления (скорости и равномерности охлаждения) и условий эксплуатации (температуры, давления, продолжительности. воздействия нагрузки и т. п.).
Полиэтилен низкого давления
Химические свойства
Общие свойства
Устойчив к действию воды, сильных кислот и щелочей, а также органических растворителей. При повышении плотности возрастает устойчивость по отношению к большинству органических растворителей.
Переработка
Формование методами экструзии, литья под давлением, пневматического формования и обработка резанием.
Применение
Материал для производства плёнок (особенно упаковочных), тары, труб, деталей технической аппаратуры, предметов домашнего обихода и др.; электроизоляционный материал. |