Полиэтилен

редактировать
Наиболее распространенный пластик

Полиэтилен
Формула скелета рис-мономера
Spacefill модель полиэтилена
Образец гранулированного полиэтилена
Имена
Название IUPAC Полиэтилен или поли (этилен)
Другие названия Полиэтен. Полиэтилен
Идентификаторы
Номер CAS
СокращенияPE
ChemSpider
  • нет
ECHA InfoCard 100.121.698 Измените это в Викиданных
KEGG
MeSH Полиэтилен
PubChem CID
CompTox Dashboard ( EPA )
Свойства
Химическая формула (C2H4)n
Плотность 0,88–0,96 г / см
Температура плавления 115–135 ° C (239– 275 ° F; 388–408 K)
log P 1,02620
Магнитная восприимчивость (χ)-9,67 × 10 (HDPE, SI, 22 ° C)
Если не указано в их данных, данные для материалов в стандартном состоянии (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа).
В информационном окне
в пределах полиэтилен в наибо лее стабильной шахматной конформации.

Полиэтилен или полиэтилен (аббревиатура ed PE; IUPAC наименование полиэтилен или поли (метилен) ) - наиболее распространенный пластик, сегодня используется. Это линейный, искусственный, сложенный, гомо -полимер, в основном используемом упаковки (полиэтиленовые пакеты, полиэтиленовые пленки, геомембраны, контейнеры, включая бутылки и т. Д.). По состоянию на 2017 год более 100 миллионов тонн полиэтиленовых смол производилось ежегодно, что составляет 34% от общего рынка пластиков.

Известно много видов полиэтилена, большинство из которых имеют химическая формула (C2H4)n. ПЭ обычно представляет собой смесь подобных полимеров и этилена с различными значениями n. Это может быть использование низкой или высокой плотности: полиэтилен низкой плотности экструдируется с высоким давлением (1000-5000 атм) и высокой температурой (520 Кельвинов), а полиэтилен высокой плотности - с низким давлением (6-7 атм) и низкой температурой (333 -343 Кельвина). Полиэтилен обычно является термопластом, однако вместо этого он может быть модифицирован, чтобы стать термореактивным, например, в сшитом полиэтилене.

Содержание

  • 1 История
  • 2 Свойства
    • 2.1 Механические свойства полиэтилена
    • 2.2 Тепловые свойства
    • 2.3 Химические свойства
    • 2.4 Электрические свойства полиэтилена
    • 2.5 Оптические свойства
  • 3 Процесс производства полиэтилена или полиэтилена
    • 3.1 Мономер
    • 3.2 Полимеризация
  • 4 Соединение
  • 5 Класс
    • 5.1 Полиэтилен сверхвысокой молекулярной массы (UHMWPE)
    • 5.2 Полиэтилен высокой плотности (HDPE)
    • 5.3 Сшитый полиэтилен (PEX или XLPE)
    • 5.4 Полиэтилен средней плотности (MDPE)
    • 5.5 Линейный полиэтилен низкой плотности (LLDPE)
    • 5.6 Полиэтилен низкой плотности (LDPE)
    • 5.7 Полиэтилен очень низкой плотности (VLDPE)
    • 5.8 Сополимеры
    • 5.9 Типы полиэтиленов
    • 5.10 Разветвления цепи
  • 6 Экологические проблемы
    • 6.1 Биоразлагаем ость
    • 6.2 Изменение климата
  • 7 Химически модифицированный полиэтилен
    • 7.1 Неполярные сополимеры этилена
      • 7.1.1 α-олефины
      • 7.1.2 Металлоценовый полиэтилен (PE-MC)
      • 7.1.3 Полиэтилен с мультимодальным молекулярно-массовым распределением
      • 7.1. 4 Сополимеры циклических олефинов (COC)
    • 7.2 Полярные сополимеры этилена
      • 7.2.1 Сополимеры этилена с ненасыщенными спиртами
      • 7.2.2 Сополимеры этилена / акриловой кислоты (EAA)
    • 7.3 Сополимеры этилена с ненасыщенными сложными эфирами
    • 7.4 Сшивание
    • 7.5 Хлорирование и сульфохлорирование
    • 7.6 Полиэтилен на биологической основе
  • 8 Номенклатура и общее описание процесса
  • 9 Сноски
  • 10 Ссылки
  • 11 Библиография
  • 12 Внешние ссылки

История

Полиэтилен впервые синтезирован немецким химиком Гансом фон Пехманном, который случайно получил его в 1898 году при исследовании диазометана. Когда его коллеги Ойген Бамбергер и Фридрих Чирнер охарактеризовали созданное им белое воскообразное вещество, они появились, что оно содержит длинные цепи –CH 2, и назвали его полиметиленом.

A Коробка для таблеток, представленная специалисту ICI в 1936 году, сделанная из первого фунта полиэтилена

Первый промышленно-практический синтез полиэтилена (диазометан - заведомо нестабильное вещество, которого обычно избегают при промышленном применении) снова случайно обнаружен в 1933 году. Эрик Фосетт и Реджинальд Гибсон из Imperial Chemical Industries (ICI) работает в Northwich, Англия. При приложении высокого высокого давления (несколько сотен атмосферный ) к смеси этилена и бензальдегида они снова образовали белый воскообразный материал. Реакция была инициирована следовым кислородным загрязнением в их аппарате, эксперимент сначала было трудно воспроизвести. Только в 1935 году другой химик ICI, Майкл Перрин, развил эту аварию в воспроизводимом синтезе полиэтилена под высоким давлением, который стал промышленным производством полиэтилена низкой плотности (LDPE), начиная с 1939 года. Было обнаружено, что полиэтилен обладает очень низкими потерями на радиоволах, коммерческое распространение в Великобритании было приостановлено с началом Второй мировой войны, введена секретность, и новый процесс был использован для производства изоляции для УВЧ и СВЧ коаксиальные кабели комплектов радаров. В 1944 году компания Bakelite Corporation в Сабине, штат Техас, и Du Pont в Чарльстоне, Западная Вирджиния, начала крупномасштабного коммерческого производства по лицензии ICI.

Важный прорыв в промышленном производстве полиэтилена начался с разработки катализаторов, которые способствовали полимеризации при умеренных температурах и давлениях. Первым из них был катализатор на основе триоксида хрома , открытый в 1951 году Робертом Бэнксом и Дж. Пол Хоган в Филлипс Петролеум. В 1953 году немецкий химик Карл Циглер разработал каталитическую систему на основе галогенидов титана галогенидов и алюминийорганических соединений, которая работала в еще более мягких условиях, чем катализатор Филлипса. Однако методы использования Филлипса дешевле и проще. К концу 1950-х годов катализаторы типа Филлипс и Циглера использовались для производства полиэтилена высокой плотности (HDPE). В 1970-х годах система Циглера была улучшена за счет включения хлорида магния. Каталитические системы на основе растворимых катализаторов, металлоценов, были развиты в 1976 г. Вальтером Камински и. Семейные катализаторы на основе Циглера и металлоцена оказались очень гибкими при сополимеризации этилена с другими олефинами и стали для широкого диапазона полиэтиленовых смол, доступных сегодня, включая полиэтилен очень низкой плотности и линейный полиэтилен низкой плотности. Такие смолы в форме волокна СВМПЭ (по состоянию на 2005 год) начали заменять арамиды во многих высокопрочных приложениях.

Свойства

Свойства полиэтилена можно разделить на механические, химические, электрические, оптические и термические свойства.

Механические свойства полиэтилена

Полиэтилен имеет низкую прочность, твердость и жесткость, но имеет высокую пластичность и ударную вязкость, а также низкое трение. Он показывает сильную ползучесть при постоянной силе, которую можно уменьшить путем добавления коротких волокон. При прикосновении он кажется восковым.

Тепловые свойства

Коммерческая применимость полиэтилена ограничена его низкой температурой плавления по сравнению с другими термопластами. Для обычных товарных сортов полиэтилена средней и высокой плотности плавления обычно находится в диапазоне от 120 до 130 ° C (от 248 до 266 ° F). Температура плавления среднего коммерческого полиэтилена низкой плотности обычно составляет от 105 до 115 ° C (от 221 до 239 ° F). Эти температуры сильно различаются в зависимости от типа полиэтилена, но теоретический верхний предел плавления полиэтилена, как сообщается, составляет от 144 до 146 ° C (от 291 до 295 ° F).

Химические свойства

Полиэтилен состоит из неполярных, насыщенных высокомолекулярных углеводородов. Следовательно, его химическое поведение аналогично парафину. Отдельные макромолекулы не связаны ковалентно. Из-за своей симметричной молекулярной структуры они склонны кристаллизоваться; полиэтилен в целом частично кристаллический. Более высокая кристалличность увеличивает , а также плотность и химическую стабильность.

Большинство марок LDPE, MDPE и HDPE обладают отличной химической стойкостью, что означает, что они не подвергаются воздействию сильных кислот или сильных оснований, и устойчивы к щадящему окислителю и восстановителям. Кристаллические образцы не растворяются при комнатной температуре. Полиэтилен (кроме сшитого полиэтилена) обычно может быть растворен при повышенных температурах в ароматических углеводородах, таких как толуол или ксилол, или в хлорированных растворителях, как трихлорэтан или трихлорбензол.

Полиэтилен почти не абсорбирует воду. Проницаемость для газа и водяного пара (только полярные газы) ниже, чем у представителей пластиков; кислород, двуокись углерода и ароматизаторы, с другой стороны, могут легко его пропускать.

ПЭ может стать хрупким при воздействии солнечного света, используется технический углерод обычно в качестве УФ-стабилизатора.

Полиэтилен горит синим пламенем с желтым наконечником и источником запаха парафина (аналогично пламени свечи ). Материал продолжает гореть при удалении источника пламени и дает каплю.

Полиэтилен нельзя запечатывать или склеивать клеями без предварительной обработки. Высокопрочные соединения легко достигаются с помощью сварки пластмасс.

Электрические свойства полиэтилена

Полиэтилен является хорошим электрическим изолятором. Он обеспечивает хорошее электрическое древовидное сопротивление; однако он легко становится электростатически заряженным (который может быть уменьшен добавлением графита, сажи или антистатиков ).

Оптические свойства

В зависимости от термической истории и толщины пленки PE может изменяться от почти прозрачного (прозрачного ), молочно-непрозрачного (полупрозрачного ) или непрозрачный. LDPE имеет наибольшую прозрачность, LLDPE - немного меньше, а HDPE - наименьшую прозрачность. Прозрачность снижается из-за кристаллитов, если они больше длины волны видимого света.

Процесс производства полиэтилена или полиэтилена

Мономер

этиленовый скелет 3D-модель этилена Этилен (этен)

Ингредиентом или мономером является этилен (ИЮПАК название этен), газообразный углеводород с формулой C 2H4, который можно рассматривать как пару метиленовых групп (–CH. 2-), связанным друг с другом. Типичные характеристики: <5 ppm for water, oxygen, and other алкены. Приемлемые загрязнители включают N 2, этан (обычный предшественник этилена) и метан. Этилен обычно получают из нефтехимических источников, но также получают дегидратации этанола.

Полимеризация

Полимеризация этилена в полиэтилен описывается следующим химическим уравнением :

nCH. 2= CH. 2(газ) → [–CH. 2–CH. 2–]. n(твердый) ⁄ n= -25,71 ± 0,59 ккал / моль (-107,6 ± 2,5 кДж / моль)

Этилен является стабильным полимером молекула, которая полимеризуется только при контакте с катализаторами. Превращение очень экзотермическое. Координационная полимеризация наиболее распространенной технологией, что означает использование хлоридов или оксидов металлов. Наиболее распространенные катализаторы состоят из хлорида титана (III), так называемые катализаторы Циглера-Натта. Другим распространенным катализатором является катализатор Филлипса, полученный путем нанесения оксида хрома (VI) на диоксид кремния. Полиэтилен может быть получен ограничен посредством радикальной полимеризации, но этот способ имеет лишь незначительное применение и обычно требует установки высокого давления.

Соединение

Обычно используемые методы соединения деталей из полиэтилена:

Клеи и растворители используются редко, потому что полиэтилен неполярный и обладает высокой стойкостью к материалам. Чувствительные к давлению клеи (PSA) применимы, если химический состав поверхности или заряд изменяются с помощью плазменной активации, обработки пламенем или обработки коронным разрядом.

Классификация

Полиэтилен классифицируется по его плотности и разветвлению. Его механические свойства в натуральной форме, как степень и тип разветвления, кристаллическая структура и молекулярная масса. Существует несколько типов полиэтилена:

Что касается проданных областей, наиболее важными марками полиэтилена являются HDPE, LLDPE и LDPE.

Полиэтилен сверхвысокой молекулярной массы (UHMWPE)

Нержавеющая сталь и замена бедра полиэтилена сверхвысокой молекулярной массы

UHMWPE - это полиэтилен с молекулярной массой, исчисляемой миллионами, обычно от 3,5 до 7,5 миллионов а.е.м. Высокая молекулярная масса делает его очень прочным толщиной, но приводит к эффективной упаковке цепей в кристаллической структуре , о чем свидетельствует плотность ниже полиэтилена высокой плотности (например, 0,930–0,935 г / см.). СВМПЭ может быть получен с использованием любых технологий катализатора, хотя катализаторы Циглера наиболее распространенными. Благодаря своей выдающейся ударной вязкости, резкости, износостойкости и отличной химической стойкости СВМПЭ используется в самых разных областях. К ним относятся детали машин для транспортировки консервных банок и бутылок, движущиеся части ткацких станков, подшипники, шестерни, искусственные сочленения, защита кромок на катках, заменители стального троса на кораблях и разделочные доски мясников. Он обычно используется для изготовления суставных частей имплантатов, используемых для замены бедра и коленного сустава. Как и волокно, оно конкурирует с арамидом в пуленепробиваемых жилетах.

полиэтилен высокой плотности (HDPE)

Труба HDPE на месте во время монтажа в глубинке Австралии. Белый внешний слой подвергается совместной экструзии для уменьшения теплового сообщения, известного как Acu-Therm.

HDPE определяется плотностью, большей или равной 0,941 г / см. ПЭНД имеет низкую степень разветвления. В основном линейные молекулы хорошо упаковываются вместе, поэтому межмолекулярные силы сильнее, чем в сильно разветвленных полимерах. HDPE может быть получен с помощью катализаторов хрома / диоксид кремния, катализаторов Циглера-Натта или металлоценовых катализаторов; Выбирая катализаторы и условия реакции, можно контролировать небольшое количество разветвлений, которое действительно происходит. Этикетаторы предпочитают образование свободных радикалов на концах растущих молекул полиэтилена. Они заставляют новые мономеры присоединяться к концам молекулы, а не вдоль середины, вызывая рост линейной цепи.

HDPE имеет высокую прочность на разрыв. Он используется в таких продуктах и ​​упаковке, как бутылки для моющих средств, емкости для масла, контейнеры для мусора и водопроводные трубы. Треть всех игрушек производит из полиэтилена высокой плотности. В 2007 году мировое потребление HDPE достигло уровня более 30 миллионов тонн.

Сшитый полиэтилен (PEX или XLPE)

PEX - полиэтилен средней и высокой плотности, обеспечива сшитые связи введены в структуру полимера, превращая термопласт в термореактивный. Улучшаются жаропрочные свойства полимера, снижается его текучесть и повышается химическая стойкость. PEX используется в некоторых системах водопровода с питьевой водой, поскольку трубы, изготовленные из этого материала, могут быть расширены, чтобы надеть металлический ниппель, и он будет медленно возвращаться к своей первоначальной форме, образуя постоянное водонепроницаемое соединение.

Полиэтилен средней плотности (MDPE)

MDPE определяет диапазон плотности 0,926–0,940 г / см. MDPE может быть получен с помощью катализаторов хром / диоксид кремния, катализаторов Циглера-Натта или металлоценовых катализаторов. MDPE обладает хорошей устойчивостью к ударам и падениям. Кроме того, он менее чувствителен к надрезам, чем HDPE; сопротивление растрескиванию под напряжением лучше, чем у HDPE. MDPE обычно используется в газовых трубах и фитингах, мешках, термоусадочной пленке, упаковочной пленке, мешках для транспортировки и навинчивающихся крышках.

Линейный полиэтилен низкой плотности (ЛПЭНП)

ЛПЭНП определяется диапазоном плотности 0,915–0,925 г / см. ЛПЭНП представляет собой по существу линейный полимер со значительным количеством коротких ответвлений, обычно полученный сополимеризацией этилена с короткоцепочечными альфа-олефинами (например, 1-бутен, 1-гексен и 1-октен ). ЛПЭНП имеет более высокий предел прочности на разрыв, чем ПЭНП, и демонстрирует более высокую ударопрочность и сопротивление проколу, чем ПЭНП. Пленки меньшей толщины (толщины) можно выдувать с раздувом, по сравнению с LDPE, с лучшей стойкостью к растрескиванию под воздействием окружающей среды, но их не так просто обрабатывать. ЛПЭНП используется в упаковке, особенно в пленке для пакетов и листов. Может использоваться меньшая толщина по сравнению с LDPE. Он используется для кабельных покрытий, игрушек, крышек, ведер, контейнеров и труб. Хотя доступны и другие области применения, ЛПЭНП используется в основном в пленках из-за его прочности, гибкости и относительной прозрачности. Примеры продукции варьируются от сельскохозяйственных пленок, обертки Saran и пузырчатой ​​пленки до многослойных и композитных пленок. В 2013 году мировой рынок ЛПЭНП достиг объема в 40 миллиардов долларов США.

Полиэтилен низкой плотности (LDPE)

LDPE определяется диапазоном плотности 0,910–0,940 г / см. LDPE имеет высокую степень коротко- и длинноцепочечного разветвления, что означает, что цепи также не упаковываются в кристаллическую структуру . Следовательно, он имеет менее сильные межмолекулярные силы, поскольку индуцированное дипольное притяжение мгновенного диполя меньше. Это приводит к более низкому пределу прочности на разрыв иповышенной пластичности. LDPE создается путем радикальной полимеризации. Высокая степень разветвленности цепей придает расплавленному полиэтилену низкой плотности уникальные и желаемые свойства текучести. LDPE используется как для жестких контейнеров, так и для производства пластиковой пленки, таких как полиэтиленовые пакеты и пленка. В 2013 году объем мирового рынка ПВД составил почти 33 миллиарда долларов США.

Процесс радикальной полимеризации, использование для производства LDPE, не включает катализатор, который «контролирует» радикальные центры на растущих цепях PE. (При синтезе HDPE радикальные центры находятся на концах цепей PE, потому что катализатор стабилизирует их образование на концах.) Вторичные радикалы (в середине цепи) более стабильные, чем первичные радикалы (в конце цепи), а третичные радикалы (в точке разветвления) еще более стабильны. Каждый раз, когда добавляется этиленовый мономер, он часто первичный радикал, но они перегруппировываются с более стабильными вторичными или третичными радикалами. Добавление мономеров этилена к вторичным или третичным сайтам разветвление.

Полиэтилен очень низкой плотности (VLDPE)

VLDPE определяет диапазон плотности 0,880–0,915 г / см. VLDPE представляет собой линейный полимер с высоким уровнем короткоцепочечных разветвлений, обычно получаемый путем сополимеризации этих короткоцепочечных альфа-олефинами (например, 1-бутеном, 1-гексеном и 1-октеном). VLDPE чаще всего создается с использованием металлоценовых катализаторов из-за большего включения сомономера, проявляемого этим катализаторами. VLDPE используются для изготовления шлангов и трубок, пакетов для льда и замороженных продуктов, упаковки пищевых продуктов и стрейч-пленки, а также в модификаторов ударных нагрузок при смешивании с другими полимерами.

В последнее время большая исследовательская деятельность была сосредоточена на природе и распределении длинноцепочечных разветвлений в полиэтилене. В HDPE относительно небольшое количество этих ответвлений, возможно, одно из 100 или 1000 ответвлений на углеродной цепи, может значительно повлиять на реологические свойства полимера.

Сополимеры

Помимо сополимеризации с альфа-олефинами, этилен можно сополимеризовать с широким спектром других мономеров и ионной композицией, которая создает ионизированные свободные радикалы. Общие примеры включают винилацетат (полученный продукт представляет собой сополимер этилена и винилацетата сополимер или EVA, широко используемый в пеноматериалах для подошв спортивной обуви) и различные акрилаты. Применения сополимера акрила включает упаковку и спортивные товары, а также суперпластификатор, использование в производстве цемента.

Типы полиэтиленов

Конкретные свойства материала «полиэтилена» зависят от его молекулярной структуры. Молекулярный вес и кристалличность наиболее важных факторов; кристалличность, в свою очередь, зависит от молекулярной массы и степени разветвления. Чем меньше разветвлены полимерные цепи и чем ниже молекулярная масса, тем выше кристалличность полиэтилена. Кристалличность колеблется от 35% (PE-LD / PE-LLD) до 80% (PE-HD). Полиэтилен имеет плотность 1,0 г · см в кристаллических областях и плотность 0,86 г · см в аморфных областях. Между плотностью и кристалличностью существует почти линейная зависимость.

Степень разветвления различных типов полиэтилена может быть представлена ​​следующим образом:

PE-HDСхематическое изображение PE-HD (полиэтилена высокой плотности).
PE-LLD

Схематическое изображение PE-LLD (линейный полиэтилен низкой плотности)

PE- LDСхематическое изображение PE-LD (полиэтилен низкой плотности).

На рисунке показаны полиэтиленовые скелеты, короткоцепочечные ответвления и боковые ответвления. Полимерные цепи представлены линейно.

Разветвления цепи

Свойства полиэтилена сильно зависят от типа и количества разветвлений цепи. Ответвления цепи, в свою очередь, зависит от текущего процесса: процесса высокого давления (только PE-LD) или процесса низкого давления (все другие марки PE). Полиэтилен низкой плотности производится путем высокого давления путем радикальной обработки, в результате чего образуются многочисленные разветвления путем короткой и длинной цепью. Короткоцепочные разветвления образуются в результате внутримолекулярных передачи цепи, они всегда являются бутильными или этильными разветвлениями цепи, поскольку происходит протекание после следующих механизмов:

Механизм возникновения боковых цепей во время синтеза из полиэтилена (PE-LD).

Экологические проблемы

Повторно использованный мешок, изготовленный из полиэтилена.

Полиэтилен производится из этилена, и хотя этилен можно использовать из возобновляемых источников, его в основном получают из нефти или природный газ.

Кроме того, широкое использование полиэтилена создает трудности для утилизация отходов, если он не перерабатывается. Полиэтилен, как и другие синтетические пластмассы, не поддается биологическому разложению и поэтому накапливается на свалках. Утилизация упрощается, если обозначена кодом утилита. Он может читаться как «PE» или «02» («пластик номер 2») для PE-HD и «04» («пластик номер 4») для PE-LD.

В Японии избавление от пластика экологически безопасным способом было основной проблемой, обсуждаемой до тех пор, пока ядерная катастрофа на Фукусиме в 2011 году не стала более серьезной проблемой. Он был указан как рынок решений с оборотом 90 миллиардов долларов. С 2008 года Япония быстро увеличила переработку пластика, но все еще имеет большое количество пластиковой упаковки, которая идет в отходы.

В 2010 году японский исследователь Акинори Ито выпустил прототип машины, которая создает масло из полиэтилена с использованием небольшого автономного процесса паровой дистилляции.

Биоразлагаемость

Полиэтилен, как и другие синтетические пластмассы, не поддается биологическому разложению и поэтому накапливается на свалках. Однако существует ряд видов бактерий и животных, способных разрушить полиэтилен.

В мае 2008 года Даниэль Бурд, 16-летний канадец, выиграл Канадскую научную ярмарку в Оттаве, обнаружив, что Pseudomonas fluorescens с помощью Sphingomonas, может разлагать более 40% веса пластиковых пакетов менее чем за три месяца.

Выделена термофильная бактерия Brevibacillus borstelensis (штамм 707) из образцов почвы и используется как в единственном источнике углерода полиэтилен низкой плотности при совместной инкубации при 50 ° C.Биоразложение усиливается со временем под воздействием ультрафиолетового излучения.

Acinetobacter sp. 351 может разрушать олигомеры полиэтилена с низким молекулярным весом. Когда ПЭ подвергается термо- и фотоокислению, выделяются продукты, включая алканы, алкены, кетоны, альдегиды, спирты, карбоновые кислоты, кетокислоты, дикарбоновые кислоты, лактоны и сложные эфиры.

В 2014 г. китайский исследователь обнаружил, что личинки индийской мучной бабочки могут метаболизировать полиэтилен, наблюдая, как в пластиковых пакетах в его доме были небольшие отверстия. Сделав вывод, что голодные личинки каким-то образом переварили, он и его команда проанализировали их кишечные бактерии и нашли несколько, которые могли использовать пластик в качестве единственного источника углерода. Бактерии кишечника личинок моли Plodia interpunctella может не только метаболизировать полиэтилен, но и значительно увеличить его прочность на разрыв на 50%, массу на 10% и молекулярную массу его полимерных цепей на 13%.

В 2017 году исследователи сообщили, что гусеница Galleria mellonella ест пластиковый мусор, например полиэтилен.

Изменение климата

При воздействии окружающего солнечного излучения пластик производит два парниковых газов, метан и этилен. Особое беспокойство вызывает тип пластика, который выделяет газы с наибольшей скоростью: полиэтилен низкой плотности (или LDPE ). Благодаря своим свойствам низкой плотности он со временем легче разрушается. Производство этих газовых примесей из первичного ПЭНП увеличивает площадь поверхности поверхности / времени, со скоростью в конце 212-дневной инкубации 5,8 нмоль г-1 день-1 метана, 14,5 нмоль г-1 день-1 этилена, 3,9 нмоль г-1 д-1 этана и 9,7 нмоль г-1 д-1 пропилена. При инкубации на воздухе LDPE выделяет газы в ~ 2 раза и ~ 76 раз выше по сравнению с водой для метана и этилена, соответственно.

Химически модифицированный полиэтилен

Полиэтилен может быть модифицирован в полимеризации с помощью полярных или неполярных сомономеров или после полимеризации посредством других аналогичных полимеру. Обычные полимерно-аналогичные реакции происходят в случае полиэтилена сшивания, хлорирования и сульфохлорирования.

неполярных сополимеров этилена

α-олефинов

В процессе низкого давления могут быть добавлены α-олефины (например, 1-бутен или 1-гексен ), которые включены в полимерную цепь при полимеризации. Эти сополимеры вводят короткие боковые цепи, поэтому кристалличность и плотность снижаются. Как объяснено выше, при этом изменяются механические и термические свойства. В частности, таким способом получают PE-LLD.

Металлоценовый полиэтилен (PE-MC)

Металлоценовый полиэтилен (PE-M) получают с помощью металлоценовых катализаторов, обычно применяемых сополимеры (например, B. ethene / гексен). Металлоценовый полиэтилен имеет относительно узкое молекулярно-массовое распределение, высокая ударная вязкость, превосходные оптические свойства и однородное содержание сомономера. Из-за узкого молекулярно-массового распределения он ведет себя менее псевдопластично (особенно при более высоких скоростях сдвига). Металлоценовый полиэтилен имеет низкую долю низкомолекулярных (экстрагируемых) компонентов и низкую температуру сварки и герметизации. Таким образом, он особенно подходит для пищевой промышленности.

Полиэтилен с мультимодальным молекулярно-массовым распределением

Полиэтилен с мультимодальным молекулярно-массовым распределением из нескольких фракций полимера, которые гомогенно смешаны. Такие типы полиэтилена обладают высокой жесткостью, ударной вязкостью, прочностью, стойкостью к растрескиванию под напряжением и повышенным сопротивлением распространению трещин. Они состоят из равных долей высших и низкомолекулярных полимерных фракций. Единицы с более низкой молекулярной массой легче кристаллизуются и быстрее расслабляются. Фракции с более высокой молекулярной массой связывающие молекулы между кристаллитами, тем самым увеличивающую ударную вязкость и сопротивление растрескиванию под напряжением. Полиэтилен с мультимодальным молекулярно-массовым распределением может быть получен либо в двухступенчатых реакторах, либо с использованием катализаторов с двумя активными центрами на носителе, либо путем смешивания в экструдерах.

Циклические сополимеры олефинов (COC)

Сополимеры циклических олефинов получают сополимеризацию этена и циклоолефинов (обычно норборнен ), полученные с использованием металлоценовых катализаторов. Получаемые полимеры предоставляют собой аморфные полимеры, особенно прозрачные и термостойкие.

Полярные пололимеры этилена

Основными соединениями, используемыми в полярных сомономеров, являются виниловый спирт (этенол, ненасыщенный спирт), акриловой кислоты (пропеновая кислота, ненасыщенная кислота) и сложные эфиров, индуцирует одно из двух соединений.

Сополимеры этилена с ненасыщенными спиртами

Сополимер этилена / винилового спирта (EVOH) - (формально) сополимер полиэтилена и винилового спирта (этенола), который осуществляется путем (частичного) гидролиза этилена. сополимер винилацетата (поскольку сам виниловый спирт нестабилен). Однако обычно EVOH имеет более высокое содержание сомономера, чем обычно используется VAC.

EVOH используется в многослойных пленках для упаковки в барьерный слой (барьерный пластик). EVOH гигроскопичен (притягивает воду), он поглощает воду из окружающей среды, в результате чего теряет свой барьерный эффект. Следовательно, он должен быть иноверным в окружении других пластиков (такими как LDPE, PP, PA или PET). EVOH также используется в покрытии для защиты от коррозии уличных фонарей, опор светофоров и шумозащитных стен.

Сополимеры этилена и акриловой кислоты (EAA)

Сополимеры этилена и ненасыщенных карбоновых кислот (таких как акриловая кислота) характеризуются хорошей адгезией к различным материалам, устойчивостью к растрескиванию под напряжением и высокой гибкостью. Однако они более чувствительны к нагреванию и окислению, чем гомополимеры этилена. Сополимеры этилена и акриловой кислоты используются в качестве.

Если в полимере присутствуют соли ненасыщенной карбоновой кислоты, образуются термообратимые ионные сети, их называют иономерами. Иономеры представляют собой высокопрозрачные термопласты, которые характеризуются высокой адгезией к металлам, высокой износостойкостью и высоким водопоглощением.

Сополимеры этилена с ненасыщенными сложными эфирами

Если ненасыщенные сложные эфиры сополимеризуются с этиленом, либо спирт фрагмент может находиться в основной цепи полимера (как в случае сополимера этилена и винилацетата) или в кислотном фрагменте (например, в сополимере этилена и этилакрилата). Сополимеры этилена и винилацетата получают аналогично LD-PE полимеризацией под высоким давлением. Доля сомономера имеет решающее влияние на поведение полимера.

Плотность снижается до 10% доли сомономера из-за нарушения образования кристаллов. При более высоких пропорциях он приближается к таковому из поливинилацетата (1,17 г / см). Из-за уменьшения кристалличности сополимеры этилена и винилацетата становятся мягче с увеличением содержания сомономера. Полярные боковые группы значительно изменяют химические свойства (по сравнению с полиэтиленом): атмосферостойкость, адгезионность и свариваемость повышаются с увеличением содержания сомономера, а химическая стойкость снижается. Также изменяются механические свойства: сопротивление растрескиванию под напряжением и вязкость на морозе, тогда как предел текучести и термостойкость уменьшение. С очень высокой долей сомономеров (около 50%) получаются каучукоподобные термопласты (термопластичные эластомеры ).

Сополимеры этилена и этилакрилата ведут себя аналогично сополимерам этилена и винилацетата.

Сшивание

Основное различие делается между сшивкой пероксидом (PE-Xa), сшивкой силаном (PE-Xb), сшивкой электронным пучком (PE-Xc) и азосшивкой (PE-Xd).

пероксид, силан и сшивание облучением

гран пероксид, сшивание силана и облучения. Каждый методе радикал образует в полиэтиленовой цепи либо под действием излучения (h · ν), либо под действием перокс (ROOR). сшивание (PE-Xa) : сшивание полиэтилена с использованием пероксидов (например, или ди-трет-бутилпероксида ) по-прежнему имеет большое значение. HDPE и 2% пероксида сначала смешивается при низких температурах х. в экструдере, а затем сшивают при высокой температуре (от 200 до 250 ° C). Пероксид разлагается на пероксидные радикалы (RO •), которые отводят (удаляют) атомы водорода из полимерной цепи, что приводит к радикалам. Когда они объединяются, образуется сшитая сеть. Получающаяся в результате полимерная сетка является однородной, благодаря чему она мягче и жестче, чем (облученный) PE-Xc.

  • Сшивание силаном (PE-Xb) : В наличии силаны (например, полиэтилен) могут быть функционализированы Si- облучением или небольшим первичным пероксидами. Позже группы Si-OH могут быть образованы в водяной бане путем гидролиза, которые затем конденсируются и сшивают полиэтилен за счет образования мостиков Si-O-Si. [16] Катализаторы, такие как дилаурат дибутилолова, могут ускорять реакцию.
  • Сшивание под воздействием облучения (PE-Xc) : сшивание полиэтилена также возможно под выбросом по потоку. источник (обычно ускоритель электронов, иногда -). Продукты PE сшиваются ниже точки плавления кристаллов путем отщепления водорода. β-излучение обладает глубиной проникновения 10 mm, -излучения 100 мм. Таким образом, внутренняя часть или система исключены из сшивки. Однако из-за высоких капитальных и эксплуатационных затрат сшивание с помощью излучения играет незначительную роль по сшиванию пероксидом. В отличие от пероксидного сечения При нанесении краски процесс осуществляется в твердом состоянии . Таким образом, сшивание происходит в основном в аморфных областях, в то время как кристалличность остается в измененной степени.
  • Азо-сшивание (PE-Xd) : так называемый процесс любонила полиэтилен сшивается с добавленным азо соединения после экструзии в горячей солевой ванне.
  • Хлорирование и сульфохлорирование

    Хлорированный полиэтилен (PE-C) - недорогой материал с содержанием хлора от 34 до 44%. Он используется в смесях с ПВХ, потому что мягкий каучукоподобный хлорполиэтилен встроен в матрицу ПВХ, тем самым повышая ударопрочность . Это также увеличивает атмосферостойкость. Кроме того, он используется для размягчения пленки без риска пластификаторов. Хлорированный полиэтилен можно сшить пероксидным способом эластомера, который используется в кабельной и резиновой промышленности. Когда хлорированный полиэтилен добавляется к другим полиолефинам, он снижает воспламеняемость.

    Хлорсульфированный полиэтилен (CSM) используется в качестве исходного материала для озоностойкого синтетического каучука.

    Полиэтилен на основе

    Braskem и Toyota Tsusho Corporation начала совместную маркетинговую деятельность по производству полиэтилена из сахарного тростника. Braskem построит новый завод на существующем производственном предприятии в Триунфо, Риу-Гранди-ду-Сул, Бразилия с годовой производственной мощностью 200 000 коротких тонн (180 000 000 кг) и будет производить продукцию высокой и низкой плотности. полиэтилен из биоэтанола, полученного из сахарного тростника.

    Полиэтилен также может быть получен из другого сырья, включая зерно пшеницы и сахарную свеклу. Эти разработки используют возобновляемые ресурсы, а не ископаемое топливо, хотя проблема источника пластика в настоящее время незначительна после пластиковых отходов и, в частности, полиэтиленовых отходов, как показано выше.

    Номенклатура и общее описание процесса

    Название полиэтилен происходит от ингредиента, а не от полученного химического соединения, которое не содержит двойных связей. Научное название полиэтилен систематически происходит от научного названия мономера. В процессе полимеризации алкеновый мономер превращается в длинный, иногда очень длинный алкан. В определенных случаях использовать номенклатуру, основанную на структуре структуру; в таких случаях ИЮПАК рекомендует поли (метилен) (поли (метандиил) не является альтернативным альтернативой). Разница в названии двух систем обусловлена ​​раскрытием двойной связи мономера при полимеризации. Название сокращено до PE. Аналогичным образом полипропилен и полистирол сокращаются до PP и PS соответственно. В Соединенном Королевстве и Индии полимер обычно называют полиэтиленом по торговому наименованию ICI , хотя это не признано с научной точки зрения.

    Сноски

    Ссылки

    Библиография

    Внешние ссылки

    Найдите полиэтилен в Викисловаре, бесплатном способ.
    На Викискладе есть материалы, связанные с Полиэтилен.
    Последняя правка сделана 2021-06-02 10:29:35
    Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
    Обратная связь: support@alphapedia.ru
    Соглашение
    О проекте