Полиэтилен высокого давления (ПВД, ПЭВД), полиэтилен низкой плотности

Сырье

Полиэтилен получают полимеризацией этилена ( СН₂=СН₂) - бесцветный газ с Т кип. -103°С), получаемый пиролизом предельных углеводородов при 800°С, получаемых из природного и попутного газа. Для производства полиэтилена требуется этилен высокой степени чистоты. Содержание таких примесей, как ацетиленовые и сернистые соединения, кислород, окись и двуокись углерода, не должно превышать сотых и тысячных долей процента. Поэтому важной стадией производства этилена является разделение газов пиролиза, проводимое в несколько стадий. Для очистки проводят фракционирование при -130°С и Р=5 МПа. Например: газ сжимают компрессорами в четыре-пять ступеней и очищают в щелочных промывных аппаратах от кислых примесей. Затем из газа удаляют соединения ацетилена (путем селективного гидрирования на специальном катализаторе или промывкой диметилформамидом) и подвергают его осушке с помощью различных адсорбентов. Предварительно очищенный от вредных примесей газ разделяют на фракцию С2, содержащую углеводороды с двумя углеродными атомами (этан+этилен), фракцию С3 (пропан+пропилен), фракцию C4 и т. д.

Макромолекулы полиэтилена имеют линейное строение с небольшим числом боковых ответвлений.

Существует три вида полиэтилена:

- Высокого давления

- Низкого давления

- Среднего давления

Полиэтилен высокого давления (ПВД, ПЭВД), полиэтилен низкой плотности

( PELD, LDPE)

Особенностью структуры полиэтилена ПВД является большое количество длинных и коротких ответвлений, не позволяющих молекулам с высокой молекулярной массой создавать кристаллическую структуру. Связи поэтому между ними не сильные, а это говорит о том, что полиэтилен имеет невысокую устойчивость на разрыв и повышенную пластичность, а также высокую текучесть в расплаве.

Полиэтилен высокого давления (ПЭВД), или Полиэтилен низкой плотности (ПЭНП) образуется при следующих условиях:

• температура 150—300°C;

• давление 150—300 МПа;

· присутствие инициатора (кислород или органический пероксид);

Реакция идёт по радикальному механизму

СН₂=СН₂ +О₂ = - (СН₂- СН₂)n -

Если в качестве инициаторов используются пероскиды, то они разлагаясь при соответствующих Т, также образую два радикала. Образовавшиеся свободные радикалы инициируют полимеризацию. Кол-во инициатора невелико ( 0,002%). Если используется О2, то образуются перексиды -О-О-, подвергающиеся гемолитическому разрыву с образованием радикалов).

Высокое давление способствует сближению реагирующих молекул и увеличению гомогенности реакционной среды. Давление обеспечивает концентрацию этилена в 500 раз больше, чем при атмосферном давлении. Реакция протекает с выделением большого количества тепла с большой скоростью. Степень конверсии мономера зависит от Т, Р, концентрации инициатора, времени пребывания мономера в реакторе.

С увеличением температуры возрастают скорость полимеризации и степень конверсии, но уменьшается Мс, также увеличивается степень разветвленности.

С увеличением давления возрастает скорость полимеризации, степень конверсии, Мс, улучшаются физико-механические свойства продукта.

Технология получения:

Полиэтилен получаю в трубчатом реакторе, представляющим собой теплообменник типа «труба в трубе», причем переменного диаметра 50-75 мм, суммарной длиной 1000 м и более. Отдельные трубы соединяются в пучки. Трубы снабжены рубашками, последовательно соединенными между собой. В качестве теплоносителя применяют пар с Т -200° С, который поступает противотоком.

Технологический процесс состоит из следующих стадий:

1. Смешение свежего этилена с очищенным возвратным этиленом и кислородом (Р= 1 МПа)

2. Двухкаскадное сжатие газа ( Р1= 25 МПа. Р2= 245 МПа Т= 70°С )

3. Полимеризация этилена в конденсированной фазе. ( Т1= 120° С, Т2 =190°С, Т3= 250°С

4. Разделение ПВД и непрореагировавшего этилена (степень конверсии за 1 цикл 26-30%) Разделение в расплавленном состоянии. Жидкий продукт впоследствии гранулируют.

5. Грануляция продукта.

Получаемый по этому методу полиэтилен имеет:

• средневесовой молекулярный вес 80 000—500 000

• степень кристалличности 50-60 %,

• плотность 900-940,

• модуль упругости при изгибе МПа – 118-255,

• Температура для плавления, 103-110°С,

• Показатель текучести при расплаве (ПТР) при нагрузке 5 или 2, 16 кг пи 190С – 4-6г\10 мин. Важная характеристика соотношение ПРТ при разной нагрузке, д.б не менее 30.

Показатель текучести расплава определяют по ГОСТ 11645 при (190±0,5) °С и нагрузке 21,17 Н (2,16 кгс) на экструзионном пластометре диаметром сопла (2,095±0,005) мм после выдержки материала в нагретом приборе в течение 4-5 мин. При определении показателя текучести расплава от 25 до 200 г/10 мин применяют сопло диаметром (1,180±0,005) мм.