Сегодня нет практически ни одного предмета, окружающего нас и не содержащего хоть малую долю полимерных веществ. Пластмасса, полиэтилен, полипропилен — современные, дешевые, относительно надежные и безопасные материалы, заполонившие собой мир. Но так было не всегда. Когда же началась эра полиэтилена, и каково было его развитие, мы и попытаемся выяснить в этом материале.

Первые попытки превратить газообразный этилен в высокомолекулярный состав были предприняты в 1884 году. Опыт был поставлен русским ученым Г. Г. Густавсоном, который применил метод полимеризации под воздействием бромистого алюминия. Однако полного эффекта он не достиг. В результате его опытов получались низкомолекулярные продукты, представляющие собой густую жидкость. Впервые полиэтилен был получен в 1936 году английским исследователем Е. Фосеттом и советским ученым А. И. Динцесом.

В 1939 году в Англии полиэтилен использовался при изготовлении кабеля с полиэтиленовой изоляцией. С 1940 года новый материал стали применять и для изоляции радиочастотных кабелей.

В первое время полиэтилен производили при очень высоком давлении 1500-3000 атмосфер и температуре 200° С. В настоящее время новые, более совершенные технологии позволяют изготавливать полиэтилен при достаточно низком давлении, не превышающем несколько десятков атмосфер. Снизилась и температура, необходимая для производства до 100° С.

Полиэтилен – синтетический термопластичный неполярный полимер, принадлежащий к классу полиолефинов. Продукт полимеризации этилена. Твердое вещество белого цвета. Выпускается в форме полиэтилена низкого давления (полиэтилена высокой плотности), получаемого суспензионным методом полимеризации этилена при низком давлении на комплексных металлоорганических катализаторах в суспензии или газофазным методом полимеризации этилена в газовой фазе на комплексных металлоорганических катализаторах на носителе, и полиэтилена высокого давления (полиэтилен низкой плотности), получаемого при высоком давлении полимеризацией этилена в трубчатых реакторах или реакторах с перемешивающим устройством с применением инициаторов радикального типа. Кроме того, существует несколько подклассов полиэтилена, отличающиеся от традиционных более высокими эксплуатационными характеристиками. В частности, сверхвысокомолекулярный полиэтилен, линейный полиэтилен низкой плотности, полиэтилен, получаемый на металлоценовых катализаторах, бимодальный полиэтилен.
Как правило, полиэтилен выпускают в виде стабилизированных гранул диаметром 2-5 миллиметров в окрашенном и неокрашенном виде. Но возможен и промышленный выпуск полиэтилена в виде порошка.

Обычное обозначение полиэтилена на российском рынке – ПЭ, но могут встречаться и другие обозначения: PE (полиэтилен), ПЭНП или ПЭВД или LDPE или PEBD или PELD (полиэтилен низкой плотности, полиэтилен высокого давления), ПЭВП или ПЭНД или HDPE или PEHD (полиэтилен высокой плотности, полиэтилен низкого давления), ПЭСП или MDPE или PEMD (полиэтилен средней плотности), ULDPE (полиэтилен сверхнизкой плотности), VLDPE (полиэтилен очень низкой плотности), ЛПЭНП или LLDPE или PELLD (линейный полиэтилен низкой плотности), LMDPE (линейный полиэтилен средней плотности), HMWPE или PEHMW или VHMWPE (высокомолекулярный полиэтилен). HMWHDPE (высокомолекулярный полиэтилен высокой плотности), PEUHMW или UHMWPE (сверхвысокомолекулярный полиэтилен), UHMWHDPE (ультравысокомолекулярный полиэтилен высокой плотности), PEX или XLPE (сшитый полиэтилен), PEC или CPE (хлорированный полиэтилен), EPE (вспенивающийся полиэтилен), mLLDPE или MPE (металлоценовый линейный полиэтилен низкой плотности).

Условное обозначение отечественного суспензионного полиэтилена низкого давления, состоит из названия материала «ПОЛИЭТИЛЕН», восьми цифр, характеризующих конкретную марку, и обозначения стандарта, в соответствии с которым полиэтилен изготовлен.
Первая цифра 2 указывает на то, что процесс полимеризации этилена протекает на комплексных металлоорганических катализаторах при низком давлении. Две следующие цифры обозначают порядковый номер базовой марки. Четвертая цифра указывает на степень гомогенизации полиэтилена. Полиэтилен низкого давления подвергается усреднению холодным смешением, которое обозначается цифрой 0. Пятая цифра условно определяет группу плотности полиэтилена:
6 – 0,931-0,939 г/см3;
7 – 0,940-0,947 г/см3;
8 – 0,948-0,959 г/см3;
9 – 0,960-0,970 г/см3.
При определении группы плотности берут среднее значение плотности данной марки. Следующие цифры, написанные через тире, указывают десятикратное среднее значение показателя текучести расплава данной марки.
Пример обозначения базовой марки суспензионного полиэтилена низкого давления порядкового номера марки 10, усредненного холодным смешением, плотностью 0,948-0,959 г/см3 и средним показателем текучести расплава 7,5 г/10 мин:
Полиэтилен 21008-075 ГОСТ 16338-85.
Обозначение композиции полиэтилена низкого давления, не содержащей добавки красителя, состоит из наименования материала «полиэтилен», трех первых цифр обозначения базовой марки, номера рецептуры добавки, написанного через тире, и обозначения стандарта, в соответствии с которым полиэтилен изготовлен.
Пример обозначения композиции суспензионного полиэтилена низкого давления базовой марки 21008-075 с добавками в соответствии с рецептурой 04:
Полиэтилен 210-04 ГОСТ 16338-85.
Пример обозначения композиции газофазного полиэтилена низкого давления марки 271 с добавками в соответствии с рецептурой 70:
Полиэтилен 271-70 ГОСТ 16338-85.
Обозначение композиции полиэтилена низкого давления с добавкой красителя состоит из наименования материала «полиэтилен», трех первых цифр базовой марки, написанного через тире номера рецептуры добавки (при ее наличии), написанного через запятую наименования цвета, трехзначного числа, обозначающего рецептуру окраски, и обозначения стандарта, в соответствии с которым полиэтилен изготовлен.
Пример обозначения базовой марки полиэтилена низкого давления 21008-075 и композиции 210-04 на ее основе, окрашенных в красный цвет по рецептуре 101:
Полиэтилен 210, красный рец. 101 ГОСТ 16338-85,
Полиэтилен 210-04, красный рец. 101 ГОСТ 16338-85.

Базовые марки суспензионного полиэтилена низкого давления: 20108-001; 20208-002; 20308-005; 20408-007; 20508-007; 20608-012; 20708-016; 20808-024; 20908-040; 21008-075.

Базовые марки газофазного полиэтилена низкого давления: 271-70; 271-82; 271-83; 273-71; 273-73; 273-79; 273-80; 273-81; 276-73; 276-75; 276-83; 276-84; 276-85; 276-95; 277-73; 277-75; 277-83; 277-84; 277-85; 277-95.

Условное обозначение отечественного полиэтилена высокого давления состоит из названия «полиэтилен», восьми цифр, сорта и обозначения стандарта, в соответствии с которым полиэтилен изготовлен.
Первая цифра – 1 указывает на то, что процесс полимеризации этилена протекает при высоком давлении в трубчатых реакторах или реакторах с перемешивающим устройством с применением инициаторов радикального типа.
Две следующие цифры обозначают порядковый номер базовой марки. Четвертая цифра указывает на степень гомогенизации полиэтилена:
0 — без гомогенизации в расплаве;
1 — гомогенизированный в расплаве.
Пятая цифра условно определяет группу плотности полиэтилена, г/см3.
1 – 0,900-0,909
2 – 0,910-0,916
3 – 0,917-0,921
4 – 0,922-0,926
5 – 0,927-0,930
6 – 0,931-0,939
При определении группы плотности берут её номинальное значение для данной марки.
Следующие цифры, написанные через тире, указывают десятикратное значение показателя текучести расплава.
Пример обозначения полиэтилена высокого давления порядкового номера марки 15, без гомогенизации в расплаве, плотностью 0,917-0,921 г/см3 и номинальным значением показателя текучести расплава 7 г/10 мин 1-го сорта:
Полиэтилен 11503-070, сорт 1, ГОСТ 16337-77
Обозначение композиций полиэтилена высокого давления состоит из наименования материала «полиэтилен», трех первых цифр обозначения базовой марки, номера рецептуры добавки, написанного через тире, цвета и рецептуры окрашивания, сорта и обозначения стандарта, в соответствии с которым изготовлен полиэтилен.
Пример обозначения композиции полиэтилена высокого давления базовой марки 10204-003 с добавками в соответствии с рецептурой 03, 1-го сорта:
Полиэтилен 102-03, сорт 1, ГОСТ 16337-77
В случае окрашенных композиций полиэтилена высокого давления к обозначению добавляется цвет и трехзначное число, обозначающее рецептуру окраски.
Пример обозначения композиции полиэтилена высокого давления базовой марки 10204-003, окрашенной в розовый цвет по рецептуре 104, 1-го сорта:
Полиэтилен 102, розовый 104, сорт 1, ГОСТ 16337-77
В обозначении полиэтилена высокого давления, предназначенного для изготовления пленок различного назначения, изделий, контактирующих с пищевыми продуктами, питьевой водой, косметическими и лекарственными препаратами, игрушек, а также полиэтилена, подлежащего длительному хранению, дополнительно указывают соответствующее назначение.

Базовые марки полиэтилена высокого давления, полученного в реакторах с перемешивающим устройством: 10204-003; 10604-007; 10703-020; 10803-020; 11304-040; 11503-070; 12003-200; 12103-200.

Базовые марки полиэтилена высокого давления, полученного в реакторах трубчатого типа: 15003-002; 15303-003; 15503-004; 16305-005; 17603-006; 17504-006; 16005-008; 17703-010; 16603-011; 17803-015; 15803-020; 16204-020; 16405-020; 18003-030; 18103-035; 16904-040; 18203-055; 16803-070; 18303-120; 17403-200; 18404-200.

В кабельной промышленности используются композиции на основе полиэтилена высокого давления (низкой плотности) и низкого давления (высокой плотности) со стабилизаторами и другими добавками, предназначенные для наложения изоляции, оболочек и защитных покровов проводов и кабелей методом экструзии.
Марки композиций полиэтилена для кабельной промышленности устанавливаются на основе базовых марок полиэтилена высокого давления 10204-003, 15303-003, 10703-020, 18003-030, 17803-015 и рецептур добавок 01, 02, 04, 09, 10, 93-97, 99, 100, марки 10703-020 и рецептур 61 и полиэтилена низкого давления (суспензионный метод) 20408-007, 20608-012, 20708-016, 20808-024 и рецептур добавок 07, 11, 12, 19, 57 полиэтилена низкого давления (газофазный метод) на основе марки 271-порошок и рецептур добавок 70, 82, 83, марки 273-порошок и рецептур добавок 71, 81.
Обозначение марок композиций полиэтилена для кабельной промышленности состоит из наименования материала «полиэтилен», трех первых цифр обозначения базовой марки полиэтилена, номера рецептуры добавок, написанного через тире, и буквы «К», обозначающей применение композиций полиэтилена в кабельной промышленности, и обозначения стандарта, в соответствии с которым изготовлен полиэтилен для кабельной промышленности.
Пример условного обозначения композиции для кабельной промышленности на основе полиэтилена высокого давления базовой марки 10204-003 с добавками в соответствии с рецептурой 09:
Полиэтилен 102-09К ГОСТ 16336-77
Пример условного обозначения композиции для кабельной промышленности на основе полиэтилена низкого давления базовой марки 20408-007 с добавками в соответствии с рецептурой 07:
Полиэтилен 204-07К ГОСТ 16336-77

При заказе полиэтилена после обозначения марки указывают сорт. Для полиэтилена, предназначенного для изготовления электротехнических изделий и изделий, контактирующих с пищевыми продуктами, питьевой водой, косметическими и лекарственными препаратами, игрушек, контактирующих и не контактирующих с полостью рта, а также для полиэтилена, подлежащего длительному хранению, дополнительно указывают соответствующее назначение.

Полиэтилен является продуктом полимеризации этилена, химическая формула которого С2Н4. В процессе полимеризации происходит разрыв двойной связи этилена и образуется полимерная цепь, элементарное звено которой состоит из двух атомов углерода и четырех атомов водорода.
В процессе полимеризации может происходить разветвление полимерной цепи, когда к растущей главной цепи сбоку присоединяется короткая полимерная группа.
Разветвленность полимерной цепи препятствует плотной упаковке макромолекул и приводит к образованию рыхлой аморфно-кристаллической структуры материала и, как следствие, к уменьшению плотности полимера и понижению температуры размягчения. Различная степень разветвленности полимерной цепи полиэтиленов высокого и низкого давления и определяет различие свойств этих материалов.
Так у полиэтилена высокого давления разветвленность цепи 15-25 ответвлений на 1000 атомов углерода цепи, а у полиэтилена низкого давления – 3-6 на 1000 атомов углерода цепи. Соответственно, плотность, температуры плавления и размягчения, степень кристалличности у ПЭВД, который еще называют «полиэтиленом с разветвленной цепью», меньше, чем у ПЭНД, способ полимеризации которого обусловливает малую разветвленность.

Полиэтилен – пластический материал с хорошими диэлектрическими свойствами. Ударостойкий, не ломающийся, с небольшой поглотительной способностью. Физиологически нейтральный, без запаха. Обладает низкой паро и газопроницаемостью. Полиэтилен не реагирует со щелочами любой концентрации, с растворами любых солей, карбоновыми, концентрированной соляной и плавиковой кислотами. Устойчив к алкоголю, бензину, воде, овощным сокам, маслу. Разрушается 50%-ной азотной кислотой, а также жидкими и газообразными хлором и фтором. Не растворим в органических растворителях и ограниченно набухает в них. Полиэтилен стоек при нагревании в вакууме и атмосфере инертного газа. Но на воздухе деструктируется при нагревании уже при 80 °С. Устойчив к низким температурам до –70 °С. Под действием солнечной радиации, особенно ультрафиолетовых лучей, подвергается фотодеструкции (в качестве светостабилизаторов используется сажа, производные бензофенонов). Практически безвреден, из него не выделяются в окружающую среду опасные для здоровья человека вещества.
Полиэтилен легко перерабатывается всеми основными способами переработки пластмасс. Легко подвергается модификации. Посредством хлорирования, сульфирования, бромирования, фторирования ему можно придать каучукоподобные свойства, улучшить теплостойкость, химическую стойкость. Сополимеризацией с другими олефинами, полярными мономерами повысить стойкость к растрескиванию, эластичность, прозрачность, адгезионные характеристики. Смешением с другими полимерами или сополимерами улучшить ударную вязкость и другие физические свойства.
Химические, физические и эксплуатационные свойства полиэтилена зависят от плотности и молекулярной массы полимера, а потому различны для различных видов полиэтилена. Так, например, ПЭВД(полиэтилен с разветвленной цепью) мягче, чем ПЭНД, следовательно пленки из полиэтилена низкого давления более жесткие и плотные, чем из полиэтилена высокого давления. Их прочность при растяжении и сжатии выше, сопротивление раздиру и удару ниже, а проницаемость в 5-6 раз ниже, чем у пленок из ПЭВД.
Сверхвысокомолекулярный полиэтилен с молекулярной массой более 1 000 000 имеет повышенные прочностные качества. Температурный интервал его эксплуатации от -260 до +120 °С. Он обладает низким коэффициентом трения, высокой износостойкостью, стойкостью к растрескиванию, химической стойкостью в наиболее агрессивных средах.

Свойства ПЭНД в соответствии с ГОСТ 16338-85:
1. Плотность – 0,931-0,970 г/см3.
2. Температура плавления – 125-132 °С.
3. Температура размягчения по Вика в воздушной среде – 120-125 °С.
4. Насыпная плотность гранул – 0,5-0,6 г/см3.
5. Насыпная плотность порошка – 0,20-0,25 г/см3.
6. Разрушающее напряжение при изгибе –19,0-35,0 МПа
7. Предел прочности при срезе – 19,0-35,0 МПа.
8. Твердость по вдавливанию шарика под заданной нагрузкой – 48,0-54,0 МПа.
9. Удельное поверхностное электрическое сопротивление – 1014 Ом.
10. Удельное объемное электрическое сопротивление – 1016-1017 Ом•см.
11. Водопоглощение за 30 суток – 0,03-0,04 %.
12. Тангенс угла диэлектрических потерь при частоте 1010 Гц – 0,0002-0,0005.
13. Диэлектрическая проницаемость при частоте 1010 Гц – 2,32-2,36.
14. Удельная теплоемкость при 20-25 °С – 1680-1880 Дж/кг•°С.
15. Теплопроводность – (41,8-44)•10-2 В/(м•°С).
16. Линейный коэффициент термического расширения – (1,7-2,0)•10-41/°С.

Свойства ПЭВД в соответствии с ГОСТ 16337-77:
1. Плотность – 0,900-0,939 г/см3.
2. Температура плавления – 103-110 °С.
3. Насыпная плотность – 0,5-0,6 г/см3.
4. Твердость по вдавливанию шарика под заданной нагрузкой – (1,66-2,25)•105 Па; 1,7-2,3 кгс/см2.
5. Усадка при литье – 1,0-3,5 %.
6. Водопоглощение за 30 суток – 0,020 %.
7. Разрушающее напряжение при изгибе – (117,6-196,07)•105 Па; 120-200 кгс/см2.
8. Предел прочности – (137,2-166,6)•105 Па; 140-170 кгс/см2.
9. Удельное объемное электрическое сопротивление – 1016-1017 Ом•см.
10. Удельное поверхностное электрическое сопротивление – 1015 Ом.
11. Температура хрупкости для полиэтилена с показателем текучести расплава в г/10 мин
0,2-0,3 – не выше минус 120 °С,
0,6-1,0 – не выше минус 110 °С,
1,5-2,2 – не выше минус 100 °С,
3,5 – не выше минус 80 °С,
5,5 – не выше минус 70 °С,
7-8 – не выше минус 60 °С,
12 – не выше минус 55 °С,
20 – не выше минус 45 °С.
12. Модуль упругости (секущий) для полиэтилена плотностью в г/см2
0,917-0,921 – (882,3-1274,5)•105 Па; 900-1300 кгс/см2,
0,922-0,926 – (1372-1764,7)•105 Па; 1400-1800 кгс/см2,
0,928 – 2107,8 •105 Па; 2150 кгс/см2.
13. Тангенс угла диэлектрических потерь при частоте 10100 Гц – 0,0002-0,0005.
14. Диэлектрическая проницаемость при частоте 1010 Гц – 2,25-2,31.

Сравнительный анализ характеристик ПЭНД и ПЭВД показывает, что ПЭНД, вследствие более высокой плотности, имеет более высокие прочностные показатели: теплостойкость, жесткость и твердость, обладает большей стойкостью к растворителям, чем ПЭВД, но менее морозоустойчив. Несколько хуже, чем у ПЭВД (из-за остатков катализаторов), высокочастотные электрические характеристики, однако это не ограничивает применения ПЭНД в качестве электроизоляционного материала. Кроме того, наличие остатков катализаторов не позволяет использовать ПЭНД в контакте с пищевыми продуктами (требуется отмывка от катализаторов). Благодаря более плотной упаковке макромолекул проницаемость ПЭНД ниже, чем у ПЭВД примерно в 5-6 раз. По химической стойкости ПЭНД также превосходит ПЭВД (особенно по стойкости к маслам и жирам). Но пленки из ПЭВД более проницаемы для газов, а потому непригодны для упаковки продуктов, чувствительных к окислению.

В промышленности полиэтилен получают полимеризацией этилена при высоком (ПЭВД, ПЭНП) и низком давлениях (ПЭНД, ПЭВП).

Полиэтилен высокого давления (низкой плотности) получается полимеризацией этилена при высоком давлении в трубчатых реакторах или реакторах с перемешивающим устройством с применением инициаторов радикального типа.
Полиэтилен высокого давления выпускают без добавок – базовые марки, или в виде композиций на их основе со стабилизаторами и другим и добавками в окрашенном и неокрашенном виде.

Полиэтилен низкого давления (высокой плотности), получают суспензионным методом полимеризации этилена при низком давлении на комплексных металлоорганических катализаторах в суспензии или газофазным методом полимеризации этилена в газовой фазе на комплексных металлоорганических катализаторах на носителе или полимеризацией этилена в растворе в присутствии титан-магниевого катализатора или CrO3 на силикагеле.
Полиэтилен, получаемый суспензионным методом (суспензионный полиэтилен), выпускают без добавок (базовые марки) и в виде композиций на их основе со стабилизаторами, красителями и другими добавками.
Полиэтилен, получаемый газофазным методом (газофазный полиэтилен), выпускают в виде композиций со стабилизаторами.

Процесс полимеризации при высоком давлении протекает по радикальному механизму, инициаторами являются кислород, пероксиды, например, лаурила или бензоила, или их смесей.
При производстве ПЭВД в трубчатом реакторе этилен, смешанный с инициатором, сжатый компрессором до 25 МПа и нагретый до 70 °С, поступает сначала в первую зону реактора, где подогревается до 180°С, а затем во вторую, где полимеризуется при 190-300 °С и давлении 130-250 МПа. Среднее время пребывания этилена в реакторе 70-100 с, степень превращения 18-20% в зависимости от количествава и типа инициатора. Из полиэтилена удаляют непрореагировавший этилен, расплав охлаждают до 180-190 °С и гранулируют. Гранулы, охлажденные водой до 60-70 °С, подсушивают теплым воздухом и упаковывают в мешки.
Принципиальная схема производства ПЭВД в автоклаве с перемешивающим устройством отличается от производства в трубчатом реакторе тем, что инициатор в парафиновом масле подается специальным насосом высокого давления непосредственно в реактор. Процесс проводят при 250 °С и давлении 150 МПа. Среднее время пребывания этилена в реакторе – 30 с. Степень превращения – около 20%.
Товарный полиэтилен высокого давления выпускают окрашенным и неокрашенным, в гранулах диаметром 2-5 мм.

Процесс полимеризации при низком давлении протекает по координационно-ионному механизму.
Получения ПЭНД в суспензии включает следующие стадии: приготовление суспензии катализатора и раствора активатора в виде комбинации триэтилалюминия и производных титана; полимеризацию этилена при температуре 70-95 °С и давлении 1,5-3,3 МПа; удаление растворителя, сушку и гранулирование полиэтилена. Степень превращения этилена – 98%. Концентрация полиэтилена в суспензии – 45%. Единичная мощность реакторов с усовершенствованной системой теплосъема – до 60-75 тыс. т/год.
Технологическая схема получения ПЭНД в растворе осуществляется, как правило, в гексане при 160-250 °С и давлении 3,4-5,3 МПа в присутствии титан-магниевого катализатора или CrO3 на силикагеле. Время контакта с катализатором 10-15 мин. Полиэтилен из раствора выделяют удалением растворителя последовательно в испарителе, сепараторе и вакуумной камере гранулятора. Гранулы полиэтилена пропаривают водяным паром при температуре, превышающей температуру плавления полиэтилена, чтобы в воду перешли низкомолекулярные фракции полиэтилена и нейтрализовались остатки катализатора. Преимущества полимеризации в растворе перед полимеризацией в суспензии в том, что исключаются стадии отжима и сушки полимера, появляется возможность утилизации теплоты полимеризации для испарения растворителя, облегчается регулирование молекулярной массы полиэтилена.
Газофазную полимеризацию этилена проводят при 90-100 °С и давлении 2 МПа с хромсодержащими соединениями на силикагеле в качестве катализатора. В нижней части реактор имеет перфорированную решетку для равномерного распределения подаваемого этилена с целью создания кипящего слоя, в верхней – расширенную зону, предназначенную для снижения скорости газа и улавливания частиц образовавшегося полиэтилена.
Товарный полиэтилен низкого давления выпускают окрашенным и неокрашенным, обычно в гранулах диаметром 2-5 мм, реже – в виде порошка.

Применение различных катализаторов позволяет поручать разновидности полиэтилена с улучшенными эксплуатационными качествами.
Так, полимеризацией в растворителе в присутствии оксидов Со, Мо, V при 130-170 °С и давлении 3,5-4 МПа получают полиэтилен среднего давления (ПЭСД), разветвленность цепи которого менее 3 ответвлений на 1000 атомов углерода, что повышает его прочностные качества и термостойкость по сравнению с ПЭНД.
Металлоценовые катализаторы делают возможной управляемую полимеризацию по длине цепи, что позволяет получать полиэтилен с заданными потребительскими характеристиками.
Если процесс полимеризации происходит при низком давлении в присутствии металлоорганических соединений, то получается полиэтилен с высокой молекулярной массой и строголинейной структурой, который в отличие от обычного ПЭНД обладает повышенными прочностными показателями, низким коэффициентом трения и высокой износостойкостью, стойкостью к растрескиванию, химической стойкостью в наиболее агрессивных средах.
Химической модификацией ПЭВД получен линейный полиэтилен низкой плотности – ЛПЭНП, который представляет собой легкий эластичный кристаллизующийся материал с теплостойкостью по Вика до 118 °С. Более стоек к растрескиванию, имеет большую ударную прочность и теплостойкость, чем ПЭВД.
При наполнении ПЭВД крахмалом может быть получен материал, представляющий интерес в качестве биоразрушаемого материала.

Основные производители полиэтилена низкого давления для российского рынка:
Ставролен – в частности, Ставролен РЕ4FE69, Ставролен РЕ4EC04S, Ставролен РЕ3IM61, Ставролен РЕ0ВМ45, Ставролен РЕ3ОТ49, Ставролен РЕ4ВМ42, Ставролен, РЕ4ВМ50В, Ставролен РЕ4ВМ41, Ставролен РЕЕС05, Ставролен РЕ4РР25В;
Казаньоргсинтез – в частности, ПНД 277-73, ПНД 276-73, ПНД 293-285Д, ПНД 273-83, ПНД ПЭ80Б-275, ПНД ПЭ80Б-285Д, ПНД 273-79;
Шуртанский ГХК – в частности, B-Y456, B-Y460, I-0760, I-1561.

Основные производители полиэтилена высокого давления для российского рынка:
Казаньоргсинтез – в частности, ПВД 15813-020, ПВД 15313-003, ПВД 10803-020;
Томскнефтехим – в частности, ПВД 15803-020, ПВД 15313-003;
Уфаоргсинтез – в частности, ПВД 15803-020.

Основные производители полиэтилена кабельных марок для российского рынка:
Казаньоргсинтез – в частности, ПВД 153-02К, ПВД 153-10К, 271-274К;
Шуртанский ГХК – в частности, WC-Y436.

Полиэтилен трубных марок P-Y337 MDPE, P-Y342 HDPE, P-Y456 HDPE производит Шуртанский ГХК. Это же предприятие выпускает пленочный полиэтилен F-Y346, F-0220S, F-0120S, F0120, F0220.

Применение полиэтилена
Получение: В промышленности полиэтилен получают полимеризацией этилена при высоком (ПЭВД, ПЭНП) и низком давлениях (ПЭНД, ПЭВП).

Полиэтилен высокого давления (низкой плотности) получается полимеризацией этилена при высоком давлении в трубчатых реакторах или реакторах с перемешивающим устройством с применением инициаторов радикального типа.
Полиэтилен высокого давления выпускают без добавок – базовые марки, или в виде композиций на их основе со стабилизаторами и другим и добавками в окрашенном и неокрашенном виде.

Полиэтилен низкого давления (высокой плотности), получают суспензионным методом полимеризации этилена при низком давлении на комплексных металлоорганических катализаторах в суспензии или газофазным методом полимеризации этилена в газовой фазе на комплексных металлоорганических катализаторах на носителе или полимеризацией этилена в растворе в присутствии титан-магниевого катализатора или CrO3 на силикагеле.
Полиэтилен, получаемый суспензионным методом (суспензионный полиэтилен), выпускают без добавок (базовые марки) и в виде композиций на их основе со стабилизаторами, красителями и другими добавками.
Полиэтилен, получаемый газофазным методом (газофазный полиэтилен), выпускают в виде композиций со стабилизаторами.

Процесс полимеризации при высоком давлении протекает по радикальному механизму, инициаторами являются кислород, пероксиды, например, лаурила или бензоила, или их смесей.
При производстве ПЭВД в трубчатом реакторе этилен, смешанный с инициатором, сжатый компрессором до 25 МПа и нагретый до 70 °С, поступает сначала в первую зону реактора, где подогревается до 180°С, а затем во вторую, где полимеризуется при 190-300 °С и давлении 130-250 МПа. Среднее время пребывания этилена в реакторе 70-100 с, степень превращения 18-20% в зависимости от количествава и типа инициатора. Из полиэтилена удаляют непрореагировавший этилен, расплав охлаждают до 180-190 °С и гранулируют. Гранулы, охлажденные водой до 60-70 °С, подсушивают теплым воздухом и упаковывают в мешки.
Принципиальная схема производства ПЭВД в автоклаве с перемешивающим устройством отличается от производства в трубчатом реакторе тем, что инициатор в парафиновом масле подается специальным насосом высокого давления непосредственно в реактор. Процесс проводят при 250 °С и давлении 150 МПа. Среднее время пребывания этилена в реакторе – 30 с. Степень превращения – около 20%.
Товарный полиэтилен высокого давления выпускают окрашенным и неокрашенным, в гранулах диаметром 2-5 мм.

Процесс полимеризации при низком давлении протекает по координационно-ионному механизму.
Получения ПЭНД в суспензии включает следующие стадии: приготовление суспензии катализатора и раствора активатора в виде комбинации триэтилалюминия и производных титана; полимеризацию этилена при температуре 70-95 °С и давлении 1,5-3,3 МПа; удаление растворителя, сушку и гранулирование полиэтилена. Степень превращения этилена – 98%. Концентрация полиэтилена в суспензии – 45%. Единичная мощность реакторов с усовершенствованной системой теплосъема – до 60-75 тыс. т/год.
Технологическая схема получения ПЭНД в растворе осуществляется, как правило, в гексане при 160-250 °С и давлении 3,4-5,3 МПа в присутствии титан-магниевого катализатора или CrO3 на силикагеле. Время контакта с катализатором 10-15 мин. Полиэтилен из раствора выделяют удалением растворителя последовательно в испарителе, сепараторе и вакуумной камере гранулятора. Гранулы полиэтилена пропаривают водяным паром при температуре, превышающей температуру плавления полиэтилена, чтобы в воду перешли низкомолекулярные фракции полиэтилена и нейтрализовались остатки катализатора. Преимущества полимеризации в растворе перед полимеризацией в суспензии в том, что исключаются стадии отжима и сушки полимера, появляется возможность утилизации теплоты полимеризации для испарения растворителя, облегчается регулирование молекулярной массы полиэтилена.
Газофазную полимеризацию этилена проводят при 90-100 °С и давлении 2 МПа с хромсодержащими соединениями на силикагеле в качестве катализатора. В нижней части реактор имеет перфорированную решетку для равномерного распределения подаваемого этилена с целью создания кипящего слоя, в верхней – расширенную зону, предназначенную для снижения скорости газа и улавливания частиц образовавшегося полиэтилена.
Товарный полиэтилен низкого давления выпускают окрашенным и неокрашенным, обычно в гранулах диаметром 2-5 мм, реже – в виде порошка.

Применение различных катализаторов позволяет поручать разновидности полиэтилена с улучшенными эксплуатационными качествами.
Так, полимеризацией в растворителе в присутствии оксидов Со, Мо, V при 130-170 °С и давлении 3,5-4 МПа получают полиэтилен среднего давления (ПЭСД), разветвленность цепи которого менее 3 ответвлений на 1000 атомов углерода, что повышает его прочностные качества и термостойкость по сравнению с ПЭНД.
Металлоценовые катализаторы делают возможной управляемую полимеризацию по длине цепи, что позволяет получать полиэтилен с заданными потребительскими характеристиками.
Если процесс полимеризации происходит при низком давлении в присутствии металлоорганических соединений, то получается полиэтилен с высокой молекулярной массой и строголинейной структурой, который в отличие от обычного ПЭНД обладает повышенными прочностными показателями, низким коэффициентом трения и высокой износостойкостью, стойкостью к растрескиванию, химической стойкостью в наиболее агрессивных средах.
Химической модификацией ПЭВД получен линейный полиэтилен низкой плотности – ЛПЭНП, который представляет собой легкий эластичный кристаллизующийся материал с теплостойкостью по Вика до 118 °С. Более стоек к растрескиванию, имеет большую ударную прочность и теплостойкость, чем ПЭВД.
При наполнении ПЭВД крахмалом может быть получен материал, представляющий интерес в качестве биоразрушаемого материала.

Основные производители полиэтилена низкого давления для российского рынка:
Ставролен – в частности, Ставролен РЕ4FE69, Ставролен РЕ4EC04S, Ставролен РЕ3IM61, Ставролен РЕ0ВМ45, Ставролен РЕ3ОТ49, Ставролен РЕ4ВМ42, Ставролен, РЕ4ВМ50В, Ставролен РЕ4ВМ41, Ставролен РЕЕС05, Ставролен РЕ4РР25В;
Казаньоргсинтез – в частности, ПНД 277-73, ПНД 276-73, ПНД 293-285Д, ПНД 273-83, ПНД ПЭ80Б-275, ПНД ПЭ80Б-285Д, ПНД 273-79;
Шуртанский ГХК – в частности, B-Y456, B-Y460, I-0760, I-1561.

Основные производители полиэтилена высокого давления для российского рынка:
Казаньоргсинтез – в частности, ПВД 15813-020, ПВД 15313-003, ПВД 10803-020;
Томскнефтехим – в частности, ПВД 15803-020, ПВД 15313-003;
Уфаоргсинтез – в частности, ПВД 15803-020.

Основные производители полиэтилена кабельных марок для российского рынка:
Казаньоргсинтез – в частности, ПВД 153-02К, ПВД 153-10К, 271-274К;
Шуртанский ГХК – в частности, WC-Y436.

Полиэтилен трубных марок P-Y337 MDPE, P-Y342 HDPE, P-Y456 HDPE производит Шуртанский ГХК. Это же предприятие выпускает пленочный полиэтилен F-Y346, F-0220S, F-0120S, F0120, F0220.

Полиэтилен — прозрачный термопластичный материал, обладающий высокой химической стойкостью, плохо проводящий тепло и электричество. Его применяют для изоляции электрических проводов, изготовления прозрачных пленок и бытовых предметов, а также для производства труб различного диаметра.
С начала 1960-х годов полиэтилен (ПЭ) зарекомендовал себя как материал, чьи качественные показатели наилучшим образом отвечают потребностям производства изделий для распределительных трубопроводов. Применение непосредственно ПНД (полиэтилена низкого давления) в производстве труб для водоснабжения и газоснабжения привело к коренным изменениям индустрии строительства трубопроводов по всему миру. В подавляющем количестве стран более 90% вновь вводимых в строй трубопроводных распределительных систем для воды и газа изготовлены из ПНД, и это закономерный результат тех хорошо известных и многочисленных преимуществ, которые предоставляет ПЭ-материал по сравнению с традиционными жесткими материалами.
ПЭ-материалы, используемые для трубопроводных систем в начале 60-х годов, были известны как ПЭ высокой плотности (низкого давления) и в то время считались самыми лучшими полимерными материалами, производимыми для этих целей. Сегодня их относят к ПЭ первого поколения. Значительным событием явилось появление в конце 60-х годов полиэтилена средней плотности, который заметно отличался по своим свойствам от ПЭ высокой плотности и явился первым материалом из ПЭ второго поколения.
Создание ПЭ средней плотности позволило качественно улучшить материалы, относящиеся к ПЭ первого поколения, и с середины 70-х годов внедрить в производство ПЭ высокой плотности второго поколения. Эти материалы отличались более высоким классом минимальной длительной прочности в сочетании с более высоким сопротивлением как медленному, так и быстрому распространению трещин. Если учесть, что ПЭ первого и второго поколения были унимодальными (один пик на кривой молекулярно-массового распределения), то разработка в 80-х и 90-х годах бимодальных ПЭ (два пика на кривой молекулярно-массового распределения) еще больше расширила потенциальные возможности этих материалов, приведя к созданию ПЭ третьего и четвертого поколений.
В зависимости от параметров полимеризации и применяемых катализаторов получают полиэтилен разных типов, существенно отличающихся по своим свойствам.
Впервые промышленная технология производства полиэтилена была разработана в Англии в 1933г. В настоящее время этот вид полимерного материала применяется в мире наиболее широко. В зависимости от технологии производства, различают полиэтилен высокого, среднего и низкого давления (обратите внимание и не путайтесь: полиэтилен низкого давления и полиэтилен высокой плотности – это одно и то же, это два разных определения одного и того же типа полиэтилена; точно так же, как полиэтилен высокого давления — это то же самое, что и полиэтилен низкой плотности).

Упаковка из вспененного полиэтилена — погружение в невесомость.

Воздух и полиэтилен — что может быть проще? Однако если соединить эти два вещества, то мы получим уникальный продукт — пенополиэтилен. Данный материал при рождении получил все самое лучшее от своих : эластичность, упругость, влагонепроницаемость, экологичность, он не подвержен резким перепадам температуры, имеет низкую абразивность. Эти шесть свойств и определяют область его применения.
Существует три типа вспененного полиэтилена: радиационно сшитый (химически сшитый), а для упаковочного рынка в основном применяется физически сшитый (газонаполненный). Для радиационно сшитого пенополиэтилена характерна более высокая кратность вспенивания и широкий диапазон плотностей, для физически сшитого — более низкая кратность, но более широкая номенклатура толщины. Физически сшитый пенополиэтилен изготавливается из гранулята полиэтилена высокого давления с одновременным его вспениванием газом бутаном, который в процессе отлежки выходит через поры в полиэтилене и замещается атмосферным воздухом.
По физико-механическим характеристикам его плотность 30+10 кг/м3, прочность при разрыве (продольное/поперечное направление) 0,20/0,10 Мпа, теплопроводность 0,38 Вт/мС, водопоглощение (% от объема) не более 0,6. Изделия из вспененного полиэтилена предназначены для использования в диапазоне температур от -40о до +70о С и относительной влажности воздуха до 100%.

Область применения упаковки из вспененного полиэтилена.

В первую очередь, пенополиэтилен — это защитная транспортная упаковка. Здесь он применяется и как оберточный, и как прокладочный материал, конкурируя с обычной пленкой, гофрокартоном и воздушно-пузырьковой пленкой. Вспененный полиэтилен легко гасит многократные ударные нагрузки, не разрушаясь при этом. Одно из примечательных свойств пенополиэтилена — его способность за счет мелкопузырьковой структуры, мягкости и эластичности вбирать различный технический мусор, остающийся на поверхности материала при погрузке, исключая его дальнейший контакт с поверхностью. Широкий спектр толщин от 0,5 до 20 мм позволяет выбирать оптимальную толщину упаковки, исходя из индивидуальных особенностей товара, а также условий хранения и транспортировки.

Разновидности вспененной полиэтиленовой упаковки:

Основу упаковочного рынка вспененного полиэтилена составляют рулонные материалы: упаковка аудио/видеоаппаратуры, различный прокладочный материал для печатных плат, мебели и т. д. Из листов большой толщины посредством вырубки изготавливаются разнообразные вкладыши в упаковку. Рулонные материалы производятся с толщиной полотна от 0,5 мм и выше, причем возможна градация толщин в 0,5 мм. Существуют варианты в виде профилей: различные угловые и п-образные профили для защиты углов и торцов. В Корее, Израиле и России выпускается пенополиэтилен в виде мягкой эластичной сети с толщиной волокна от 2 до 5 мм. Наибольшее распространение пенополиэтиленовая сетка получила в качестве упаковки штучной продукции, размер и количество которой в упаковке может меняться: виноводочные изделия, различные сувенирные, а также хрупкие и нестандартные, изделия.

Рынки вспененных полиэфиров.

В настоящее время на долю вспененных полиолефинов (полиэтилен и полипропилен) приходится около 2,1% западноевропейского и американского рынков вспененных полимеров. Рынок вспененного полиэтилена сравнительно невелик, однако играет важную роль в экономике. За последние пять лет среднегодовой прирост рынка вспененных полиолефинов в Западной Европе и Америке составил примерно 3,7%. Это связано с увеличившимся спросом в области упаковки и изоляции. Наиболее динамично развивающимися являются азиатские рынки, где и находится наибольшее количество патентов в данной области. Одним из крупнейших производителей вспененных полимеров является компания Alveo, входящая в японский концерн Sekisui Chemical Сo., Ltd. На отечественном упаковочном рынке вспененный полиэтилен появился совсем недавно — в декабре 2001 г. на выставке , где он был представлен компамнией , а на выставке было уже представлено два отечественных производителя, к присоединилась Екатеринбургская фирма «Урал пластик».
Радужные перспективы
Материалы из вспененных полимеров имеют хорошие перспективы на российском упаковочном рынке, что, в первую очередь, связано с широкой областью применения, низкой стоимостью, экологичностью, утилизацией и развитием отраслей потребителей, таких, как мебельная, стекольная и др., а также возрастающим вниманием к сохранности внешнего вида продукции.

Системы полиэтиленовых трубопроводов с каждым годом увеличивают свое значение в организации систем отопления, водоснабжения, канализации и холодоснабжения. Почему? Во-первых, все больше и больше проектных и монтажных организаций отдают предпочтение этим системам из-за их высокой надежности и большому сроку службы без ремонта и обслуживания. Во-вторых, увеличение объемов и скорости строительства требуют внедрение систем быстрого, простого и технологичного монтажа. В-третьих, появление новых материалов и новых технологий в строительстве потребовало, в свою очередь, внедрение новых материалов и технологий в инженерных сетях. В этой статье речь пойдет о сшитом полиэтилене, как материале, отвечающем всем требованиям современной строительной индустрии, что подтверждается высокими темпами увеличения объемов использования сшитого полиэтилена в мире.
Полиэтилен образуется путем полимеризации этилена — газообразного нефтепродукта, состоящего из атомов углерода и водорода, в результате получается частично кристаллизованный материал, т.е. в нем имеются зоны, в которых молекулы выпрямлены и поэтому обладают высокой плотностью, и зоны с беспорядочной структурой. В таком виде полиэтилен сохраняет прочность до температур 110-130?С.
Острая необходимость использования полиэтилена при более высоких температурах и давлении (для систем отопления и горячего водоснабжения), привела к разработке способов получения полиэтилена с большим молекулярным весом. Это было достигнуто с помощью образования дополнительных поперечных связей полимера под высоким давлением. Этот процесс получил название СШИВКА, а полиэтилен, полученный таким способом — СШИТЫЙ ПОЛИЭТИЛЕН (или РЕХ). Под сшивкой полиэтилена понимается процесс связки звеньев молекул в широкоячеистую трехмерную сетку за счет образования поперечных связей.
При сшивке в молекулярных цепочках, содержащих атомы углерода и водорода, под воздействием определенных факторов у звеньев молекул полиэтилена отрываются отдельные атомы водорода. Образовавшаяся свободная связь используется для соединения отдельных цепочек между собой.
В зависимости от используемого воздействия различают физическую и химическую сшивки полиэтилена.
При физической сшивке труба из полиэтилена облучается жесткими рентгеновскими лучами. Данный процесс очень производителен, его скорость составляет 80 м/мин. Однако сшивка материала неравномерна по толщине трубы. У наружной поверхности наблюдается самый большой процент сшивки молекул. У внутренней — самый низкий. Соответственно, и свойства в объеме полиэтилена различны. Средний процент сшивки составляет 78%. Полиэтилен получаемый в результате физической сшивки обозначать РEХ-C. При химической сшивке атомы водорода в молекулах полиэтилена замещаются под воздействием химических веществ. Одним из таких веществ является силан. Поэтому такую химическую сшивку называют силановой. Труба из полиэтилена на выходе из экструдера проходит через силановую ванну, процесс сшивки идет от двух поверхностей — наружной и внутренней вглубь стенки трубы. В этом случае у обеих поверхностей наблюдается высокий процент сшивки, а в середине толщины трубы самый маленький.
Средний процент сшивки составляет приблизительно 75%. Такой материал принято обозначать РEХ-B.
Второй способ химической сшивки — сшивка азотными радикалами. Полиэтилен, сшитый этим способом, обозначается РEХ-D. Этот способ сейчас практически не применяется из-за низкой технологичности.
Третий способ химической сшивки — сшивка пероксидами. Особенности этого способа в том, что полиэтилен и инициатор сшивки — пероксид — предварительно равномерно перемешиваются. Сшивка производится под высоким давлением в расплавленном состоянии.
При таком способе достигается высокий процент сшивки равный в среднем 85%. При этом свойства материала одинаковы в каждой точке материала независимо от толщины. Данный полиэтилен принято обозначать РEХ-A.
Трубы из РEХ-B и РEХ-C применяются для отопления и водоснабжения, но из-за неоднородности структуры материала имеют ряд ограничений, связанных с пластичностью и долговечной прочностью этого материала.
Трубы из РEХ-A обладают оптимальными прочностными и теплофизическими свойствами, которые сохраняются в диапазоне температур от -100?С до +100?С. Высокий процент сшивки обеспечивает уникальное сочетание свойств:
• высокая усталостная прочность даже при повышенной температуре (до 110?С);
• стабильность формы и трещиноустойчивость;
• высокая ударопрочность и ударная вязкость при температурах ниже -50?С;
• оптимальное соотношение гибкости и прочности.
PEX-A обладает уникальным свойством, называемым памятью формы. Оно заключается в том, что при механической деформации, связи между молекулами не нарушаются. После приложения нагрузки материал стремится восстановить первоначальную форму.
Трубы из полиэтилена PEX-A производит фирма REHAU, предлагая потребителю практически полный спектр материалов, инструмента и оборудования, необходимых для производства санитарно-технических работ на любом объекте. Комплексная система трубопроводов и фасонных частей для систем отопления, водоснабжения и канализации может использоваться как при монтаже новых сетей, так и при ремонте и реконструкции старых. Для транспортировки питьевой воды (холодной и горячей) в жилых, общественных и производственных зданиях используется система RAUHIS, включающая в себя трубопроводы из толстостенных труб и латунные фасонные части. Эта система предназначена для эксплуатации при следующих параметрах:
• рабочем давлении 20 атм при температуре 20?С (для холодной воды);
• рабочем давлении 10 атм при температуре 70?С (для горячей воды).
Фасонные и соединительные части системы разводки внутренней водопроводной сети изготовлены из латуни MS63 (стойкой к вымыванию цинка), которая была специально разработана для транспортировки питьевой воды.
Отопительные трубы REHAU серии RAUPINK имеют очень широкую область применения. Их можно использовать как для индивидуального, так и для промышленного и гражданского строительства, для поэтажной радиаторной разводки и для систем напольного отопления с температурой теплоносителя до 90?С и давлением до 10 бар. Эти трубы покрыты бесшовным кислородозащитным слоем из этиленвинилалкоголя.
Ассортимент полиэтиленовых труб PEX-A, производимых REHAU по диаметрам весьма широк — от 20 мм до 110 мм. Вся система оснащена полным набором фасонных частей, включая переходники на резьбу и под пайку, которые позволяют решать любые поставленные монтажные задачи.