Полиэтилен низкого давления (ПНД)
Основные характеристики ПНД
Мономер для производства ПНД связывается в плотную полимерную структуру благодаря присутствию катализаторов и стабилизаторов, часть из которых затем становится составной частью полиэтилена. Таким строением и составом объясняются его свойства и возможности, подарившие ему столь высокую популярность.
Свойства
Отличие ПНД от ПВД и ЛПНП
Полиэтилен низкого давления является наиболее жестким полимером среди других пластмасс, получаемых из того же мономера. А для пластика увеличение плотности обычно означает изменение двух самых главных свойств – повышение прочности и химической стойкости. Отсюда следуют отличия его от не менее распространенных полимеров – ПВД и ЛПНП:
ПНД и ПВД. В сравнении с ПВД этот полиэтилен имеет:
ПНД и ЛПНП. Линейный полиэтилен ЛПНП по химическим характеристикам находится между ПНД и ПВД. Он практически не уступает ПЭНД в жесткости и химической инертности, но при этом обладает большей пластичностью и устойчивостью к растрескиваниям и проколу.
ЗНАЙТЕ! При ударе о твердые поверхности изделия из ПНД издают звонкий звук, с помощью которого их можно быстро отличить «на глазок» от предметов, изготовленных из пластмасс других видов. Это отличие может применяться наравне с таким признаком, как более твердая и матовая поверхность (поверхности изделий из ПВД более гладкие и блестящие).
Классификация
Полиэтилен высокой плотности может быть разных видов в зависимости от изменения технологии изготовления. При этом он может содержать в своей массе всевозможные примеси, являющиеся как продуктами проводимой реакции, так и остатками сопутствующих веществ:
ВНИМАНИЕ! Из-за наличия в составе ПЭВП посторонних элементов и веществ (особенно катализаторов) он чаще всего используется в промышленных целях, где прочность является более важным фактором, чем экологичность и нетоксичность.
Применение
Широкое применение ПНД в промышленности и в быту объясняется не только его высокими характеристиками, но также сравнительной дешевизной производства. Легкость придания любой формы в условиях нагревания выше температуры плавления дает возможность изготовления из него различной продукции, поэтому гранулы этого полиэтилена становятся сырьем для изготовления следующих необходимых материалов:
Методом экструзии из ПЭНД производятся:
Из него выдувают емкости для бытовой химии, канистры, бочки и т.п.
Под давлением отливают:
Формируют методом ротора:
Кроме этого, при вспенивании ПЭВП получают качественно новый продукт – пенополиэтилен, который применяется в теплоизоляционных строительных работах.
ИНТЕРЕСНО! Из полиэтилена низкого давления получают наиболее тонкие пленки, напоминающие папиросную бумагу, толщина которых достигает всего 7 мкм. Они выступают альтернативой жиростойким бумагам типа пергаментных, в отличие от которых обладают отличной водостойкостью, а также паро- и аромабарьерными свойствами.
Полиэтилен низкого давления
(высокой плотности)
Полиэтилен низкого давления (ПНД)
Преимущества ПНД
К преимуществам ПНД относятся:
— высокая износостойкость;
— неподтверженность коррозии;
— инертность к большому количеству химикатов;
— повышенная гибкость;
— устойчивость к температурным перепадам;
— высокие показатели ударной прочности;
— высокие диэлектрические свойства.
Технологии производства ПНД
Существует 3 метода изготовления ПВП. Первый это суспензионная полимеризация гранул, предварительно подготовленных, и прохождение процесса в спецрастворе суспензии. Для стабильности состава применяют химические стабилизаторы, например, оксиды легких металлов, кислоты неагрессивного типа. Состав при полимеризации требуется постоянно перемешивать для обеспечения максимально устойчивого соединения компонентов. Данный способ позволяет получить предельно однородный по структуре материал, без слабых зон или дефектов. Недостатком технологии является то, что остатки стабилизатора попадают в состав конечного продукта.
Второй способ, растворная полимеризация, происходит при температурном диапазоне 60-130С с катализатором. Получаемый материал однороден, гибок, структура восстанавливается поле небольшого деформирования, устойчив к износу. Из недостатков стоит отметить трудности при подборе катализатора, т.к. многие хим.элементы при температурном воздействии начинают участвовать в хим.реакции, что недопустимо из-за влияния на итоговый результат.
Третий способ это газофазная полимеризация, которая сейчас используется лишь на небольшом количестве производств. Она почти не применяется из-за не очень высокого качества итогового продукта. Полимеризации осуществляется в газовой среде. При этом методе молекулы беспрепятственно перемещаются и сталкиваются, поэтому конечный продукт не очень однороден, и отдельные участки могут обладать меньшей устойчивостью к износу.
При полимеризации выделяется достаточно много побочных продуктов, являющихся производственными отходами. Большая часть отходов вредна для экологии, поэтому необходимо их правильно хранить и утилизировать. К этому не стоит относиться пренебрежительно, т.к. все процедуры по хранению и утилизации регулируются законодательными нормами и последствия нарушения будут очень серьезными.
Как происходит в целом синтез гранул ПНД :
В реактор помещается раствор этилена в насыщенном углеводороде гексане. Состав разогревают сначала до 160 С, а потом до 2500 С. Давление при этом составляет до 5,3 МПа. В течение 10-15 минут состав контактирует с катализатором, после чего полимер требуется отделить от раствора (в испарителе) и примесей (в сепараторе).
Последний этап формирование гранул, затем происходит пропаривание водяным паром, после чего остывшие гранулы высыпаются в специальную тару.
В результате получается готовый к последующему перерабатыванию продукт. Для получения необходимых характеристик дополнительно могут добавляться присадки.
Химические свойства ПНД
Материал обладает устойчивостью к щелочам, маслам, продуктам, содержащим спирт. Неустойчив к воздействию с азотной кислоты, серной кислоты, галогенов.
Горючесть класс В: В1 трудно возгораемые и В2 нормально возгораемые. Самопроизвольное возникновение горения происходит приблизительно при 350 С.
Фактически, в химсоставе материала только водород и углерод, поэтому по сути единственные выделяемые в процессе горения вещества это углекислый и угарный газ, вода и немного сажи. Пропорции газа зависят от температурных показателей, вентилируемости и доступа кислорода в процессе горения. Прекратить горение можно водой.
Таблица 1. Физико-химические свойства ПНД
| ГОСТ | 16338-85 |
| Плотность, г/см3 | 0,94-0,96 |
| Цвет | от прозрачного до белого в зависимости от толщины |
| Запах | отсутствует |
| Температура для размягчения в воздушной среде по Вика, вС | 120-125 |
| Плотность насыпания гранул, в г/см3 | 0,5-0,6 |
| Проводимость тока | не проводит |
| Разрушающее напряжение при изгибе, в МПа | 19,0-35,0 |
| Предельная прочность при срезе, в МПа | 19,0-35,0 |
| Удельное электрическое поверхностное сопротивление, в Ом | 1014 |
| Влагопоглощение за 30 суток, в % | 0,03-0,04 |
| Тангенс угла диэлектрических потерь при частоте 1010 Гц | 0,0002-0,0005 |
| Диэлектрическая проницаемость при частоте 1010 Гц | 2,32-2,36 |
Отличия ПНД от ПВД
При изготовлении данных материалов необходимо разное давление, поэтому и макромолекулы, и свойства конечной продукции в итоге различаются.
ПВД представляет собой полиэтилен низкой плотности, обладающий высокой прочностью главным образом за счет своей гибкости и эластичности.
ПНД представляет собой полиэтилен высокой плотности, имеющий повышенные показатели прочности по отношению к химическому и радиационному фону, но невысокие показатели пластичности.
Сравнение материалов говорит о том, что ПНД более прочен (устойчивость к хим. препаратам, высоким температурам, большая жесткость и твердость), чем ПВД.
Кроме того, эксперты отмечают, что ПНД более экологически безопасен для человека, чем ПВД.
Таблица 2. ПЭВД и ПНД: основные показатели
| Показатель | ПВД | ПНД |
| Общее количество групп СН3 на 1000 атомов углерода: | 21,6 | 1,5 |
| Количество концевых групп СН3 на 1000 атомов углерода: | 4,5 | 1,5 |
| Этильные ответвления | 14,4 | 1 |
| Общее число двойных связей на 1000 атомов углерода | 0,4-0,6 | 1,1-1,5 |
| Уровень кристалличности, в% | 50-65 | 80-90 |
| Плотность, в г/см | 0,9-0,93 | 0,94-0,96 |
Области применения ПНД
ПВП получил очень большое распространение при изготовлении товаров массового потребления. Достаточно часто в качестве таких продуктов выступают тарелки одноразовые, упаковки, различные емкости для хранения продуктов питания, а так же игрушки, крышки для бутылочек или флаконов и пр.
В производственной сфере ПНД применяется при изготовлении труб, приходящих на смену трубопроводам из металла, благодаря большей долговечности, им не требуется защитное покрытие, и весят они меньше. Трубы ПНД используют для прокладки подземных водопроводов и газопроводов. Свариваются такие трубы посредством нагревания электричеством. Когда материал становится тягучим, концы элементов прижимают друг к другу и держат до полного остывания, после чего лишние детали обрезают.
Таблица 3. Сферы применения ПЭНД
| Трубы | Газовое снабжение, водоснабжение холодное, дренажные и канализационные коммуникации |
| Кабельная изоляция | Материалы для изоляции кабелей высокого напряжения |
| Листы, мембраны | Листы: различные элементы для областей машиностроения, гидроизоляция Мембраны: элементы для обустройства гидроизоляции |
| Крышки | 2-составные и односоставные крышки для ПЭТ бутылок, крышки для косметических продуктов, бытовой химии |
| Пленки | Пакеты фасовочные, пакет майка, воздушно-пузырьковая пленка |
| Тара | Канистры, баки, цистерны |
| Товары массового потребления | Кухонные изделия, предметы для дома, инвентарь для сада и огорода |
| Автокомплектующие | Около 400 различных изделий для автотранспорта |
| Прочее | Мебель, тарные ведра, детские игрушки, фитинги |
Марки полиэтилена и сополимеров этилена, выпускаемые сейчас:
Требования ГОСТ
Рабочие параметры ПНД были установлены ГОСТом 16338-85, и до сих пор он действует без изменений. Стандарт отвечает также и международным требованиям, так что российская продукция может экспортироваться во все страны мира. Продукция, отвечающая предъявленным требованиям, относится к высшей и первой категориям качества. Технические характеристики ПНД должны быть: показатель плотность не менее 0,93 г/см3, показатель стойкости к разрушению на порез не менее 19 МПа, показатель плотности гранул мономера в структурном строении не менее 0,5 г/см3, температура плавления 125-130С, показатель стойкости к разрушению на изгиб не менее 19 МПа.
Заключение
ПНД применяется во всех случаях, когда условия использования изделий требуют от материала таких свойств, как жесткость, прочность и повышенная устойчивость к нагрузкам различной направленности. Также себестоимость ПНД достаточно невысокая. ПНД трубы не ржавеют, что продлевает срок их годности до 50 лет и больше. Вторым важным плюсом этих труб является их небольшой вес, что делает гораздо проще и дешевле их транспортировку, монтаж и демонтаж. Все перечисленные факторы обуславливают большую популярность материала как на российском, так и на зарубежном рынке.
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.
Что такое ПНД
ПНД на рынке материалов
На нашем рынке ПНД присутствует не так давно. Фактически о нём заговорили только в тот момент, когда возрос интерес к ПНД трубам. Но важно знать, что на Западе материал знают уже очень давно. Изобрели его в Германии в 1953 году. И за это время материал уже отлично изучили. Производители позаботились о том, чтобы сразу же при производстве добавлять к материалу примеси, улучшающие его свойства.
Например, первое время считалось, что материал имеет чрезмерно высокий коэффициент расширения в ответ на изменение температуры. Но благодаря добавкам, материал стабилизировался. При этом важно понимать, что высокий коэффициент расширения компенсируется достойной эластичностью. Поэтому этот недостаток несколько притянут за уши.
Для каких изделий идеален ПНД
ПНД как материал идеален для производства следующих изделий:
Чем выигрышен ПНД
Исследования показывают, что ПНД стоит ценить за целый ряд качеств:
Как производят ПНД
ПНД представляет собой продукт, который можно получить несколькими способами:
При этом и в первом, и во втором случае важно присутствие комплексных металлоорганических катализаторов:
На практике, особенно если задействована технология сополимеризации, при этом лучше всего себя показывают иммобилизованные катализаторы. Они отлично сохраняют селективность внедрения в полимерную цепь гексена-1.
Для очищения получаемого ПНД от остатков катализаторов используют центрифугу или систему, которая состоит из гидроциклонов и специальных промывателей.
Для улучшения эксплуатационных характеристик полимера в него добавляют нитрофосфат натрия (выполняет роль стабилизатора). Также в полимер могут добавлять этиленгликоль и воск. На прочность, стойкость материала последние абсолютно не влияют, а вот эстетическую привлекательность обеспечивают. Если ПНД используется для производства труб.
В качестве активаторов катализаторов перспективным считается использование соединений метилалюмоксанов или изобутилалюмоксанов. При этом важно, чтобы они были синтезированы на поверхности гидратированных алюмосиликатов.
Чем ПНД отличается от ПВД
ПНД как материал очень близок к ПВД (полиэтилену высокого давления), но так как при производстве задействуют разное давление, то и м акромолекулы полиэтилена получаются разными, а вместе с ними разнятся и свойства материала.
Также специалисты отмечают, что ПНД наиболее безопасен для человека, чем ПВД.
Мы свяжемся с вами в ближайшее время и ответим на все интересующие вопросы.
