| Мономеромполиэтилена является этилен СН2 = СН2. Этилен— бесцветныйгаз со слабым эфирным запахом, горящий светящимся пламенем и образующий своздухом взрывчатые смеси.
Современныйпромышленный способ получения этилена состоит .в его выделении методомглубокого охлаждения и фракционирования из газовых смесей, образующихся припроцессах пиролиза или крекинга нефти, а также при коксовании каменного угля.
Полимерэтилена — полиэтилен — представляет собой высокомолекулярный парафин общейформулы [—СН2— СН2— — СН2—] и линейногостроения. Это — термопластичный полимер.
Сочетаниетаких свойств, как химическая стойкость, механическая прочность,морозостойкость и стойкость к радиоактивным излучениям, чрезвычайно низкаягазопроницаемость и водопоглощение, малый объемный вес (0,92—0,96), делаетполиэтилен незаменимым материалом в ряде областей техники, в том числе и встроительстве.
До 1954 г. полиэтилен получалитолько при высоком давлении (до 2500 атм) и температуре до 180°С сиспользованием кислорода в качестве инициатора процесса полимеризации. В последниегоды полиэтилен стал производиться тремя методами: старым — при высокомдавлении и новыми — при низком давлении (1—5 атм) и температуре до 60°С сиспользованием в качестве катализатора органических солей тяжелых металлов ипри среднем давлении (35—40 атм) и температуре 125—150°С с использованием вкачестве катализатора окислов металлов. Катализаторы не входят в составобразующихся полимеров и лишь участвуют в промежуточных этапах полимеризации,ускоряя ее. В отличие от катализаторов инициаторы по окончании процесса остаютсяв составе полимеров.
Полиэтилен,полученный при низких давлениях, отличается от полиэтилена, синтезированногопри высоком давлении, большей плотностью, прочностью, жесткостью и повышеннойтеплостойкостью. Полиэтилен высокого давления — материал более мягкий иэластичный.
Для выпускаполиэтилена низкого давления не требуется сложной аппаратуры и разветвленногокомпрессорного хозяйства. Производство полиэтилена высокого давления имеет топреимущество, что оно не нуждается в синтезе катализатора, в очистке полученногополимера от остатков катализатора а в регенерации растворителей. Технологияполиэтилена высокого давления отличается сложностью технического, аппаратурногооформления.
Длянепрерывных процессов полимеризации применяют трубчатые реакторы, в которыеэтилен подают непрерывно под давлением.
Исходныйпродукт для производства полиэтилена — технический этилен — в зависимости отпроисхождения и метода синтеза содержит различные примеси и имеет различнуюстепень концентрации. Для полимеризации необходимо применять технический этиленвысокой концентрации, тщательно очищенный от примесей, в особенности отацетилена.
Схема процессаполучения полиэтилена по непрерывному методу представлена на рис. 1.
Подготовленнуюгазовую смесь (перед полимеризацией к газу добавляют строго нормированноеколичество кислорода — 0,05—0,1%) из газгольдера / с помощью насоса 2перекачивают через газовый счетчик 3 в компрессор 4. Из компрессора газ, сжатыйдо 300 кГ/см2, через смазкоотделитель 5 поступает во второйкомпрессор 6, где рабочее давление доводится до 1200— 2500 кГ/см2.Под этим давлением через новый смазкоотделитель 7 газ подается в трубчатыйреактор 8. Реактор представляет собой змеевик, одна часть которого состоит изтруб внутренним диаметром 10 мм, а часть —из труб диаметром 16— 24 мм. Трубы первой частиснабжены рубашкой для подогрева газа, в которой циркулирует вода, нагретая до200°С. Трубы второй части омываются водой, нагретой до 100°С, что позволяетотводить избыток тепла, образующегося при полимеризации. В первой частизмеевика происходит лишь подогрев газа, во второй — процесс полимеризации,протекающий с выделением тепла.
Из реактораполимер вместе с непрореагировавшим этиленом через редукционный вентильперепускается в приемник 9 высокого давления и из последнего —в приемник 10,где давление снижается до атмосферного, и этилен отводится через ловушку 11 напромывку в скруббер 12. Полиэтилен из приемника 10 вытекает в формы, в которыхи застывает.
В газ передего поступлением в скруббер вводят дополнительное количество кислорода, так какв процессе полимеризации кислород удерживается образующимся полимером. Послепромывки щелочным раствором, подаваемым в скруббер из сборника 13, газвозвращается в газгольдер и снова идет в производство.
Молекулярныйвес образующегося полиэтилена определяется условиями полимеризации. Припонижении температуры, уменьшении содержания кислорода и увеличении давлениямолекулярный вес полимера повышается.
Физическиесвойства полиэтилена, как и других полимеров, зависят от степени егополимеризации. Низкомолекулярный полиэтилен имеет температуру плавления около100°С и представляет собой воскоподобное вещество. Высокомолекулярныйполиэтилен имеет температуру плавления около 115°С, он нерастворим на холодепочти ни в одном из известных растворителей и лишь при температуре 80°С заметнорастворяется в четыреххлористом углероде, трихлорэтилене, бензоле и толуоле.
Пределпрочности полиэтилена при разрыве в зависимости от его молекулярного весаколеблется от 100 до 200 кПсм2.
При нагреваниибез доступа воздуха полиэтилен устойчив до 290°С. Разрушение (деструкция)полиэтилена наступает при более высоких температурах, причем образуются жидкие,маслянистые и газообразные продукты разложения, но не этилен.
Притермической обработке полиэтилена (вальцевание, экструзия) также происходитчастичное разрушение и окисление, ведущие к снижению механических свойствизделий. Поэтому перед такими процессами обработки в полиэтилен часто добавляютантиокислители (стабилизаторы).
В зависимостиот относительного удлинения при растяжении полиэтилен делится на четыре марки:ПЭ-150, ПЭ-300, ПЭ-450 и ПЭ-500.
Полиэтиленшироко применяют в производстве водопроводных, канализационных, газовых труб,трубок малых диаметров для скрытой электропроводки. Пленки из полиэтиленаразличной толщины можно использовать для гидро-, паро- и газоизоляции различныхстроительных конструкций. | | | | |
