Как доказать что полиэтилен органическое соединение

Виды и свойства полиэтилена

Полиэтиленовые пакеты знают все. В них упаковывают конфеты, фрукты, рыбу, бытовые товары. Но мало кто задумывается о том, из чего их получают. Познакомимся с пакетами поближе.

Характеристика полиэтилена

Полиэтилен – полимер этилена. Органическое соединение, имеющее формулу:—CH2—CH2—CH2—CH2—. Связь между атомами углерода – ковалентная.

Свойства полиэтилена

Полиэтилен представляет собой массу белого цвета. Тонкие листы полиэтилена бесцветные или прозрачные.

Обладает следующими свойствами:

Но данный минус может быть переведен в плюс: возможно использование данной реакции для утилизации полимера, получения новых соединений.

Мономер этилен подвергают полимеризации двумя способами, в зависимости от способа получения выделяют полиэтилен высокого (ПЭВД) и низкого (ПЭНД) давления.

Также среди собратьев выделяют класс линейного полиэтилена.

Полиэтилен высокого давления

Свойства находятся в зависимости от плотности. Чем выше плотность, тем выше прочность, жесткость, твердость, стойкость к действию химических реагентов.

Полиэтилен низкого давления

Свойства также определяются плотностью. Повышение прочности приводит к увеличению жесткости, химической стойкостью, но при этом уменьшается ударопрочность при низких температурах, проницаемость для газов. Материал инертен к биопоражению. Но с легкостью подвергается переработке.

Виды полиэтилена

Полиэтилен нашел широкое применение у потребителей. Растущий к материалу интерес был двигателем науки, создавались все новые и новые материалы, обладающие новыми свойствами. В настоящее время можно выделить четыре основные группы полиэтилена. Способ получения, определяет свойства, которыми награжден материал, ну а свойства, определяют область использования.

Четыре основных вида полиэтилена:

Следует отметить, что полиэтилен среднего и низкого давления, это достаточно условное разделение, так как получаемый материал имеет одинаковую плотность и молекулярную массу, и схожие условия синтеза.

Существует дополнительная классификация полиэтилена, так сказать более специфическая. Данные материалы применяют для строительных, медицинских нужд.

Получение полиэтилена

Основным сырьем для получения служит чистый этилен. Определены две основные химические технологии получения полиэтилена:

По данным технологиям получают два вида материала:

Полиэтилен высокого давления

Синтезируется при давлении 150-300 МПа, температуре 200-2600С, в присутствии кислородсодержащего катализатора – кислород, перекись водорода.

Технология получения протекает через образование промежуточного соединения с последующим его распадом.

Радикалы, которые образуются, являются основоположниками полимеризации мономера.

Технологию получения можно представить следующими стадиями:

Полиэтилен низкого давления

Название говорит само за себя. В технологии получения используют низкое давление. Исходным сырьем является также мономер – этилен.

По способу получения разделяют:

Реакции, протекающие в жидкой фазе, нашли более широкое применение, нежели в газовой.

Процесс в жидкой среде протекает при высокой температуре до 25000 С. При этом установленном давлении, находящемся в диапазон 3,4-5,3 МПа.

Контакт с катализатором недолгий и составляет всего 10-15 минут.

Из реакционной смеси продукт выделяют удалением растворителя. Этот процесс протекает в испарителе, затем смесь передается в сепаратор, а из него в вакуумную камеру, где происходит уже грануляция. Полученный твердый продукт пропаривают водяным паром.

Применение полиэтилен

Полиэтилен очень широко распространен в нашей жизни.

Полиэтиленовая пленка применяется для упаковки продуктов товаров, пузырчатая пленка используется в перевозке хрупких материалов. В сельском хозяйстве полипропиленовыми пленками укрывают парники, для повышения температуры внутри них и сохранении тепла – это повышает урожайность.

Из полиэтилена производят различную тару – это и бутылки, ящики, канистры под различные, в том числе агрессивные жидкости, опять-таки для сельского хозяйства производят лейки и горшки для выращивания рассады.

В строительной сфере из полиэтилена производят канализационные, дренажные трубы, трубы газового и водоснабжения.

Из полиэтиленного порошка изготавливают термоклей.

Что может показаться удивительным, но также полиэтилен идет на производство бронежилетов, корпусов судоходных плавательных средств, двигателей некоторой технической аппаратуры.

Вспененный полиэтилен применяется в качестве теплоизолятора.

А полиэтилен высокого давления идет на строительство накопителей твердых и жидких отходов, опасных для окружающего мира.

Сверхвысокомолекулярный полиэтилен – это индивидум, но он специфичен. Не имеет низкомолекулярных добавок, характеризуется высокой линейностью, большой молекулярной массой. Применяется в медицинской области для замены хрящевой ткани суставов. Сфера применения, несмотря на выгодно отличающие его свойства, не очень велика. Так как этот полимер плохо поддается переработке.

Экология и вторичное использование

Удобство использования полиэтилена омрачено сложностью утилизации. Поэтому во многих странах уже ввели ограничение на выпуск, продажу и применение полиэтиленовых пакетов.

Переработка материала проводится известными для пластика способами: литье под давлением, экструзией.

Также возможно проводить сжигание, но при этом в атмосферу выделается огромное количество продуктов горения.

Новая жизнь полиэтилену дается следующим способом: исходный мусор отмывают, измельчают, отделяют от влаги и мусора в центрифуге, вновь промывают, отправляют в сушильную камеру – на выходе получают вторичное сырье, которое пригодно для нового использования. Так методом экструдирования из него производят трубы, второсортную пленку.

Наша планета создала все условия, для проживания человека, мы должны пользоваться ее дарами с уважением и беречь природу. Разделить отходы по разным мусорным корзинам – это простое, но очень полезное действие, которое спасает нашу Землю и позволяет получать новые полезные материалы.

Источник

Что такое полиэтилен. Его особенности и характеристики, сферы применения

ПЭ (полиэтилен) представляет собой термический полимер. Атомы углерода в его молекуле соединены между собой сложными ковалентными взаимосвязями. Этот материал имеет вид массы белого цвета, является диэлектриком. Ему свойственны невысокая адгезия, водонепроницаемость, высокая химическая устойчивость. Тонкий слой такого материала достаточно прозрачен.

Когда появился полиэтилен

Этот материал впервые стал известен в конце 19-го века. Его можно отнести к первым полимерам. Впервые его случайно удалось получить в 1899 г. немецкому химику Гансу фон Пехманну. Тем не менее, из-за недостаточной изученности его свойств, данный материал почти не использовался. Лишь в 1930 г. полиэтилен впервые был использован как изолятор в процессе изготовления токопроводящего кабеля. После углубленного исследования свойств ПЭ удалось установить, что этот материал является химически нейтральным. По этой причине уже с 1950 г. полиэтилен стал широко применяться в качестве упаковки для пищевых продуктов. Тем самым он стал заменой используемой раньше в этих целях бумаге.

Особенности производства полиэтилена

Чтобы изготовить полиэтилен, требуется особая химическая реакция, в результате которой упрочняются молекулы углеводорода этилена. Какими будут окончательные характеристики полученного материала, зависит от того, как происходила реакция полимеризации. Особенное внимание должно уделяться пропорциям компонентов, а также давлению и температуре, при которых протекает реакция.

ПЭ изготавливается, чаще всего, в форме маленьких (от 2 мм до 5 мм) гранул. В дальнейшем производственные предприятия покупают нужный объем такого сырья. При помощи плавки из него изготавливаются предметы различной формы. Это возможно благодаря способам экструзии либо литья, используемым на предприятии.

Физические и химические характеристики

Многие считают, что целлофан и полиэтилен – один и тот же материал. Это ошибочное мнение, поскольку у этих полимеров абсолютно разные свойства. Легко установить, что изделие изготовлено из ПЭ, можно путем его воспламенения. Пламя от горящего полиэтилена будет иметь голубоватый оттенок, однако давать недостаточно света. Выделяемый в процессе горения запах будет напоминать запах от горения парафина. Дыма, как при сжигании пластика, в случае с ПЭ не наблюдается, а запах будет таким же, как при горении свечи.

Основные химические свойства материала:

Изделиям из ПЭ свойственна высокая химическая устойчивость. Они не разрушаются даже под воздействием высококонцентрированных кислот и щелочей. Именно это ценное свойство материала способствовало тому, что из него стали изготавливать емкости для хранения химических реактивов. В такой таре можно хранить, кроме всего прочего, даже серную кислоту. Чтобы ПЭ растворился при комнатной температуре, на него нужно воздействовать 50 %-ной азотной кислотой в комплексе с хлором или фтором в газообразном состоянии. Поскольку подобные условия создаются лишь искусственным путем, полиэтиленовое изделие не может быть разрушено нечаянно.

Для растворения полиэтилена может использоваться циклогексан или четырёххлористый углерод при температуре 80 °C. Материал не разбухает под воздействием влаги, поскольку обладает влагоотталкивающими свойствами. Полиэтилен пригоден для производства протезов. При соприкосновении таких изделий с живыми тканями человеческого организма не происходит никаких химических реакций.

Необходимо обращать внимание на то, что ПЭ свойственно стареть. Материал постепенно разрушается, становясь довольно хрупким. Происходит разложение его на альдегиды и H2O2 (перекись водорода). Такое свойство одновременно является и негативным, и положительным. Ценность такого качества в том, что в основном ПЭ используется для производства одноразовой упаковки, которая после применения выбрасывается. По прошествии времени материал распадается, образуя простейшие соединения. При этом процессы старения ускоряются на открытом пространстве и под воздействием УФ-лучей.

Ценные физические свойства полиэтилена:

Полиэтилен оптимален для производства изделий, не проводящих электричество. Поэтому данный материал применяется как изолятор в проводах. Его используют также для создания гидроизоляционных мембран. Кроме того, полиэтилен применяется в качестве гидроизоляции при обустройстве фундаментов, бассейнов и т. п. Такая сфера применения обусловлена способностью материала отталкивать воду, а также его устойчивостью к воздействиям химических веществ.

ПЭ обладает высокой прочностью, благодаря которой он может применяться для производства изделий, подвергающихся серьезным нагрузкам (растяжению, давлению). В качестве яркого примера можно привести водопроводные трубы из полиэтилена. Они, кроме прочего, не повреждаются коррозией и не растворяются в агрессивных средах.

Благодаря низкой теплопроводности ПЭ является отличным теплоизоляционным материалом. Он незаменим при изготовлении различных электротехнических устройств, к примеру, при производстве рукояток для нагревающихся приборов. Благодаря низкой теплопроводности такая деталь не нагреется даже при непосредственном контакте с разогретой металлической поверхностью.

Полиэтилен дешевле остальных пластиков. Большая часть полимерной продукции производится именно из ПЭ. Вместе с тем доля прочих пластиков достаточно невелика. Заметим, что около третьей части всего полиэтилена идет на изготовление упаковки.

Температура плавления полиэтилена зависит от его вида. Так, для ПВД различной плотности требуется от 103 до 110 °C. ПНД за счет большей молекулярной массы и строго линейного строения требует в среднем на 20 ° больше, то есть от 130 до 137 °C соответственно. Возможны небольшие отклонения от этого среднего значения. Поэтому полиэтилен не требует значительных расходов энергии для расплавления и очень выгоден в производстве. ПЭ также может подвергаться повторной переработке.

Показатель плотности ПЭ – 910–965 кг/м³. Этот материал отличается легкостью, которая во много раз превышает легкость стали. Благодаря такой особенности из него могут изготавливаться несущие детали, а значит, вес готового изделия будет минимальным.

При сгорании материал не выделяет в атмосферу вредных веществ. Поэтому изделия из него (при условии отсутствия прочих примесей) могут легко утилизироваться. Оптимально делать это на заводах по сжиганию мусора. Таким образом, полиэтилен причиняет окружающей среде меньший ущерб, чем другие широко распространенные пластики.

Самые популярные виды

Выделяют несколько видов ПЭ, которым требуются разные условия для протекания реакции полимеризации. Различают ПЭ:

Плотность ПВД довольно незначительна, поэтому это наиболее эластичный и мягкий из всех видов полиэтилена. Он отличается гладкостью поверхности, а также довольно прозрачен. Изделия, выполненные из этого материала, обычно блестят. Он применяется при производстве эластичных мембран разных видов. Получают ПВД полимеризацией этилена при температуре 190–300 °C и давлении порядка 130–250 МПа. В качестве инициаторов реакции выступают: кислород, бензоил, лаурил или их смеси.

Полиэтилен среднего давления получают при следующих условиях: давление – 2,5–7 МПа, температура 130–240 °C, участие оксидных катализаторов, например, Cr2O3. В результате происходящей химической реакции полиэтилен образует хлопья, которые оседают в растворе. По уровню кристалличности он выше полиэтилена высокого давления на 30 %. Кроме того, материал отличается и более высокой, чем ПВД, плотностью.

Особенно высока плотность полиэтилена низкого давления. Благодаря этому материал пригоден для производства разнообразных деталей механизмов, подвергающихся значительным нагрузкам. Для получения ПНД необходимы следующие условия: температура – 60–80 °C, давление – 0,2–0,6 МПа (реакция возможна и при атмосферном давлении), участие комплексных металлорганических катализаторов.

Линейному полиэтилену присущи ценные свойства предыдущих разновидностей ПЭ. У него такая же высокая прочность, как у ПНД, вместе с тем он эластичен, как полиэтилен высокого давления. Поэтому данный материал широко применяется при изготовлении пленок. Сложнее всего изготовить сверхмолекулярный ПЭ. Однако материал, полученный в итоге, по своим свойствам превосходит все другие виды полиэтилена. Он используется для производства элементов сложных механизмов.

Сфера применения

Область использования ПЭ достаточно широка. Так, из него изготавливаются:

Полиэтиленовые трубы применяются для создания водопроводов. Из них также создаются системы водяного отопления. Особенно часто трубы из ПЭ используются для обустройства теплых полов. Они прокладываются в стяжке из бетона одним контуром. Какие-либо соединения при этом отсутствуют, а значит, протечка в зоне, недоступной для ремонта, исключена.

ПЭ – идеальный материал для производства пленок. Они могут применяться в качестве упаковки, также используются в виде тонких мембран для гидроизоляции. Если говорить о типичной пленке из ПЭ, стоит отметить ее небольшой срок эксплуатации. При доступе УФ-лучей этот срок составляет от 3 до 4 лет. Со временем пленка становится непрозрачной и хрупкой. Поэтому полиэтилен без примесей значительно уступает в этом смысле полиолефиновой композиции с добавкой из полипропилена. Срок эксплуатации такого материала длительный, он достигает семи лет и более. ПЭ применяется для производства пупырчатой упаковочной пленки и различных видов строительной пленки. При производстве мембран, укрепленных сеткой, также применяется ПЭ.

Сфера применения ПЭ не ограничивается только этим. Данный материал применяется также для производства пластиковых емкостей. Речь идет о баках для душа, накопительных канализационных резервуарах. Из ПЭ еще производят емкости, в которых можно хранить жидкие вещества (в т. ч. пищевые).

Посуда для одноразового применения также производится из ПЭ. Этот материал используется для изготовления пищевых пластиковых контейнеров, мисок, цветочных горшков, оболочек термосов. Благодаря высокой износоустойчивости материала он применяется для производства игрушек, сувениров, елочных украшений. Такие изделия при давлении растрескиваются меньше, чем вещи из прочих видов пластика.

Источник

Что такое полиэтилен и в чем отличия его основных видов, особенности получения и применения

Оглавление

Полиэтилен – это самый часто встречающийся в мире полимер, и его популярность объясняется большим перечнем физико-эксплуатационных характеристик и массой практичных бытовых и промышленных свойств. А меняя показатель давления, применяемого для получения того или иного вида полиэтилена, параметры этого полимера можно варьировать в широком спектре.

Что такое полиэтилен?

Полиэтилен (ПЭ, PE) – полимер, который добывается путем термополимеризации этилена, в свою очередь получаемого из газа и нефти путем химического реагирования. В быту полиэтиленом называют пластмассу практически в любом ее виде. Этот синтетический полимер в наиболее потребляемых его видах производится передовыми компаниями, специализирующимися на добыче нефти и газа. В частности, в России его синтезируют на заводах «Роснефть», «Газпром», «Лукойл», «Нижнекамскнефтехим». Серийные марки ПЭ производят в виде микрогранул не более 2-5 мм, однако, есть разновидность этого полимера, поступающая в промышленный обиход в виде порошка. Сырьем для выработки полиэтилена служит бесцветный газ этилен, его особенность – характерный сладковатый запах.

Этилен может растворяться в этаноле и в воде при некоторых условиях, а для синтезирования полиэтилена применяют только газ, прошедший глубокую очистку – до 99,8%. Посторонние примеси препятствуют нормальному течению реакции синтеза, а материал может поменять свой окрас.

Как появился полиэтилен

Полиэтилен известен уже более века. Его изобретателем признан инженер Ганс фон Пехманн, который сделал свое открытие в 1899 году в Германии. Однако в те годы полезное изобретение не было воспринято «на ура», ему долгое время не могли найти применения. Лишь в конце 1920-х годов синтез ПЭ был налажен. Но сначала это не был полиэтилен в привычном для современности понимании: первоначально проводился синтез низкомолекулярного парафинового вещества – олигомера полиэтилена. Только в 1936 году им удалось разработать меры для успешного синтеза ПЭ низкой плотности и получить на него патент. И в 1938 году было запущено синтезирование промышленного ПЭ, сферой применения которого на начальном этапе стало производство проводов для телефонов, а чуть позже – выпуск упаковки для продовольственных товаров.

Формула полиэтилена

ПЭ является органическим веществом, имеющим длинные «тела» молекул. Химический состав молекулы этого полимера имеет простой вид и визуализируется как цепочка из атомов углерода, к каждому из которых прикреплены по две молекулы водорода. Формула полиэтилена может быть записана как

где n – степень полимеризации.

Полиэтилен синтезируется в двух вариантах, получаемых из СН2=СН2, отличных по структуре, а значит, и по свойствам. В одной из модификаций мономеры связываются в линейные цепи с показателем полимеризации выше 5000. В другой – ответвления из 4-6 атомов углерода крепятся к цепи хаотично. Для синтеза линейных полиэтиленов используются специальные катализаторы, выработка происходит при температурном режиме до 150°С и давлении до 20 атмосфер.

Получение полиэтилена

Принцип построения макромолекул полиэтилена – линейный, они также имеют некоторое число боковых ответвлений. Способ полимеризации материала отражается на свойствах, которыми будет обладать готовый ПЭ. Его получение возможно в двух химических концепциях:

Общий процесс выработки ПЭ можно охарактеризовать такими основными технологическими фазами:

Виды полиэтилена

Полиэтилен низкого давления – он же полиэтилен высокой плотности (ПЭВП). Для этого вида полиэтилена характерно малое число молекулярных ветвей, производят его при сниженном уровне давления, применяя суспензионный, растворный и газофазный техпроцессы полимеризации. ПЭНД обычно получается бесцветным и может отгружаться в любой подходящей таре – от мешков до цистерн. Используется для изготовления канистр, контейнеров для растворителей и мусора, отличается повышенной прочностью (к примеру, пакет из ПЭНД может выдержать до 20 кг).

Полиэтилен высокого давления (низкой плотности) ПЭВД или ПЭНП. Производится при повышенном давлении, а особенность его структуры – в сочетании продольных и укороченных ответвлений, которым богата формула ПЭВД. Производят его чаще всего в форме бесцветных гранул. Самая известная сфера применения этого вида полиэтилена – выработка оберточного материала, производство пластиковых пакетов и емкостей.
И хотя основными используемыми в промышленности видами полиэтилена являются ПЭНД и ПЭВД, есть другие формы производства этого полимера.

Линейный полиэтилен – это низкоплотный ПЭ с большим числом коротких ответвлений в молекулярной цепи. При растяжении и разрыве имеет максимальные значения прочности и растяжения. Плавится линейный ПЭ при повышенном температурном показателе, что делает его идеальным сырьем для упаковки под горячие продукты. Многочисленные боковые укороченные ветви, которыми характеризуется структура его молекул, делает особенно высокой эластичность расплава, и это свойство используют для произведения тонкой пленки. По сравнению с другими видами ПЭ наименее прозрачен, бывает разных уровней плотности.

Пенополиэтилен – материал с пористой структурой, что делает его хорошим вариантом средства для гидро- и теплоизоляции. В качестве материла для изоляции, вспененный полиэтилен производят в виде гибких листов или жгутов.

Сшитый полиэтилен – ПЭ, молекулы которого сшиты поперек, и за счет этих поперечных связей звенья его молекул образуют трехмерную сеть. Эта особенность наделяет ПЭ жесткостью и термоустойчивостью.

Свойства полиэтилена

Химические свойства

ПЭ практически газонепроницаем, а его химическая устойчивость зависит от плотности полиэтилена. Он инертен ко всем солевым растворам и концентратам, растворителям и отдельным сильным кислотам, маслам и смазывающим веществам, не взаимодействует с органическими растворителями. Но при показателе выше 60°С полиэтилен поддается воздействию азотной и серной кислот в концентрации 50%, не устойчив к хлору и брому.

Физические свойства

Эксплуатационные характеристики

При температуре выше 80°С полиэтилен начинает разрушаться. Без добавления спецдобавок и стабилизаторов материал абсолютно неустойчив к УФ-излучению, подвержен фотодеструкции. ПЭ не источает в окружающую среду вредные вещества, но разлагаться самостоятельно может на протяжении десятилетий. Стоит учитывать пожароопасность материала и его свойство поддерживать горение.

Физические свойства полимера и характер его эксплуатации будут разниться в зависимости от вида ПЭ.

Остановимся на самых распространенных его типах – ПЭВД и ПЭНД.

Применение полиэтилена

Полиэтилен – самый известный и востребованный из-за своей практичности и универсальности полимер в мире. Выявлена масса способов переработки пластмассы, которые позволяют производить изделия из него.

Полиэтилен обвиняют в неэкологичности, на самом же деле этот полимер один из наиболее безопасных, неприхотливых, хорошо поддается переработке, после которой нередко используется повторно.

Рассмотрим самые распространенные формы применения полиэтилена.

Продукты из полиэтилена с каждым годом находят все больше сфер для своего применения, занимая ранее пустующие области рынка. Включая в свой производственный процесс изделия из этого полимера, многие предприятия разных отраслей промышленности существенно облегчают его, делая максимально рентабельным. Статистические данные прогнозируют и дальнейший рост популярности полиэтилена, а значит, его производство в товарных масштабах будет только расти.

Смотрите также по теме «Что такое полиэтилен и в чем отличия его основных видов, особенности получения и применения»:

Источник