stringtranslate.com

полиэтилен

Повторяющееся звено в полиэтилене в наиболее стабильной [6] шахматной конформации.

Полиэтилен или полиэтилен (сокращенно PE ; название IUPAC полиэтилен или поли(метилен) ) является наиболее часто производимым пластиком . [7] Это полимер , в основном используемый для упаковки ( пластиковые пакеты , пластиковые пленки , геомембраны и контейнеры, включая бутылки и т. д.). По состоянию на 2017 год ежегодно производится более 100 миллионов тонн полиэтиленовых смол , что составляет 34% от общего рынка пластмасс. [8] [9]

Известно множество видов полиэтилена, большинство из которых имеют химическую формулу (C 2 H 4 ) n . ПЭ обычно представляет собой смесь подобных полимеров этилена с различными значениями n . Он может быть низкой или высокой плотности, а также множество их вариаций. Его свойства можно дополнительно модифицировать путем сшивания или сополимеризации. Все формы нетоксичны и химически устойчивы. В результате этих факторов полиэтилен используется в огромных масштабах. Его широкое использование также проблематично, поскольку он устойчив к биоразложению. Как и углеводород , полиэтилен белый или бесцветный и горючий.

История

Полиэтилен был впервые синтезирован немецким химиком Гансом фон Пехманом , который получил его случайно в 1898 году при исследовании диазометана . [10] [a] [11] [b] Когда его коллеги Ойген Бамбергер и Фридрих Чирнер охарактеризовали созданное им белое воскообразное вещество, они признали, что оно содержит длинные цепи −CH 2 −, и назвали его полиметиленом . [12]

Коробочка для таблеток , подаренная технику ICI в 1936 году, сделанная из первого фунта полиэтилена.

Первый промышленно практичный синтез полиэтилена (диазометан — это крайне нестабильное вещество, которого обычно избегают при промышленном синтезе) был снова случайно открыт в 1933 году Эриком Фосеттом и Реджинальдом Гибсоном на заводе Imperial Chemical Industries (ICI) в Нортвиче , Англия . [13] При приложении чрезвычайно высокого давления (несколько сотен атмосфер ) к смеси этилена и бензальдегида они снова получили белый восковой материал. Поскольку реакция была инициирована незначительным загрязнением кислорода в их аппарате, поначалу было трудно воспроизвести эксперимент. Лишь в 1935 году другой химик ICI, Майкл Перрин , развил эту аварию в воспроизводимый синтез полиэтилена под высоким давлением, который стал основой для промышленного производства полиэтилена низкой плотности ( ПЭНП ), начиная с 1939 года. свойства с низкими потерями в радиоволнах очень высокой частоты, коммерческое распространение в Великобритании было приостановлено с началом Второй мировой войны, введена секретность, и новый процесс использовался для производства изоляции для коаксиальных кабелей УВЧ и СВЧ радиолокационных установок . Во время Второй мировой войны были проведены дальнейшие исследования процесса ICI, и в 1944 году компании DuPont в Сабин-Ривер, штат Техас, и Union Carbide Corporation в Южном Чарльстоне, Западная Вирджиния, начали крупномасштабное коммерческое производство по лицензии ICI. [14] [15]

Знаменательный прорыв в коммерческом производстве полиэтилена начался с разработки катализаторов , способствующих полимеризации при умеренных температурах и давлениях. Первым из них был катализатор на основе триоксида хрома , открытый в 1951 году Робертом Бэнксом и Дж. Полом Хоганом в компании Phillips Petroleum . [16] В 1953 году немецкий химик Карл Циглер разработал каталитическую систему на основе галогенидов титана и алюминийорганических соединений, которая работала даже в более мягких условиях, чем катализатор Филлипса. Однако катализатор Филлипса дешевле и с ним проще работать, и оба метода широко используются в промышленности. К концу 1950-х годов катализаторы типа Филлипса и Циглера использовались для производства полиэтилена высокой плотности (ПЭВП). В 1970-х годах система Циглера была усовершенствована за счет включения хлорида магния . О каталитических системах на основе растворимых катализаторов, металлоценов , сообщили в 1976 году Вальтер Каминский и Хансйорг Синн. Семейства катализаторов на основе Циглера и металлоцена оказались очень гибкими при сополимеризации этилена с другими олефинами и стали основой для широкого спектра полиэтиленовых смол , доступных сегодня, включая полиэтилен очень низкой плотности и линейный полиэтилен низкой плотности . Такие смолы в виде волокон из СВМПЭ (по состоянию на 2005 год) начали заменять арамиды во многих высокопрочных применениях.

Характеристики

Свойства полиэтилена сильно зависят от типа. Молекулярная масса, сшивка и присутствие сомономеров сильно влияют на его свойства. Именно ради этого соотношения структура-свойство были вложены интенсивные усилия в различные виды ПЭ. [7] [17] ПЭВД мягче и прозрачнее, чем ПЭВД. Для полиэтилена средней и высокой плотности температура 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, как сообщается, теоретический верхний предел плавления полиэтилена составляет от 144 до 146 ° C (от 291 до 295 ° F). Горение обычно происходит при температуре выше 349 ° C (660 ° F).

Большинство марок LDPE , MDPE и HDPE обладают превосходной химической стойкостью, что означает, что они не подвергаются воздействию сильных кислот или сильных оснований и устойчивы к мягким окислителям и восстановителям. Кристаллические образцы не растворяются при комнатной температуре. Полиэтилен (кроме сшитого полиэтилена) обычно можно растворить при повышенных температурах в ароматических углеводородах, таких как толуол или ксилол , или в хлорированных растворителях, таких как трихлорэтан или трихлорбензол . [7]

Полиэтилен почти не впитывает воду ; газо- и паропроницаемость (только полярные газы) ниже, чем у большинства пластиков. С другой стороны, кислород , углекислый газ и ароматизаторы могут легко пройти через него.

Полиэтилен горит медленно синим пламенем с желтым кончиком и выделяет запах парафина (похожий на пламя свечи ). Материал продолжает гореть после удаления источника пламени и образует капли. [18]

На полиэтилене нельзя наносить печать или склеивать клеем без предварительной обработки. Высокопрочные соединения легко получить с помощью сварки пластмасс .

Электрический

Полиэтилен является хорошим электроизолятором . Он обеспечивает хорошую электрическую устойчивость к образованию деревьев; однако он легко становится электростатически заряжаемым (который можно уменьшить добавлением графита , технического углерода или антистатиков ). В чистом виде диэлектрическая проницаемость находится в диапазоне от 2,2 до 2,4 в зависимости от плотности [19] , а тангенс потерь очень мал, что делает его хорошим диэлектриком для создания конденсаторов .

Оптический

В зависимости от термической истории и толщины пленки полиэтилен может варьироваться от почти прозрачного ( прозрачного ), молочно-непрозрачного ( полупрозрачного ) и непрозрачного . Наибольшую прозрачность имеет ПЭВД, чуть меньшая - ЛПЭНП, а наименьшая прозрачность - ПЭВП. Прозрачность снижается из-за кристаллитов , если они больше длины волны видимого света. [20]

Производственный процесс

Мономер

Этилен (этен)

Ингредиентом или мономером является этилен ( название этен по ИЮПАК ), газообразный углеводород с формулой C 2 H 4 , который можно рассматривать как пару метиленовых групп (- CH
2−) связаны друг с другом. Типичные требования к чистоте полиэтилена составляют <5 частей на миллион по содержанию воды, кислорода и других алкенов . Допустимые загрязнители включают N 2 , этан (обычный предшественник этилена) и метан. Этилен обычно производят из нефтехимических источников, но также получают путем дегидратации этанола. [7]

Полимеризация

Полимеризация этилена в полиэтилен описывается следующим химическим уравнением :

п CH
2=СН
2(газ) → [−CH
2−СН
2− ]
н(твердый) Δ H / n  = −25,71 ± 0,59 ккал/моль (−107,6 ± 2,5 кДж/моль) [21] 

Этилен — стабильная молекула, которая полимеризуется только при контакте с катализаторами. Превращение является сильно экзотермическим . Координационная полимеризация является наиболее распространенной технологией, означающей, что используются хлориды или оксиды металлов. Наиболее распространенные катализаторы состоят из хлорида титана (III) , так называемые катализаторы Циглера-Натта . Другим распространенным катализатором является катализатор Филлипса , приготовленный путем нанесения оксида хрома (VI) на кремнезем. [7] Полиэтилен можно производить путем радикальной полимеризации , но этот путь имеет лишь ограниченное применение и обычно требует аппарата высокого давления.

Присоединение

Обычно используемые методы соединения полиэтиленовых деталей включают: [22]

Чувствительные к давлению клеи (PSA) возможны, если химический состав поверхности или заряд модифицированы плазменной активацией , обработкой пламенем или обработкой коронным разрядом .

Классификация

Полиэтилен классифицируется по плотности и разветвленности . Его механические свойства существенно зависят от таких переменных, как степень и тип разветвления, кристаллическая структура и молекулярная масса . Существует несколько видов полиэтилена:

По объемам реализации наиболее важными марками полиэтилена являются HDPE, LLDPE и LDPE.

Сверхвысокомолекулярный (СВМПЭ)

Замена тазобедренного сустава из нержавеющей стали и сверхвысокомолекулярного полиэтилена

СВМПЭ представляет собой полиэтилен с молекулярной массой , исчисляемой миллионами, обычно от 3,5 до 7,5 миллионов а.е.м. [23] Высокая молекулярная масса делает его очень прочным материалом, но приводит к менее эффективной упаковке цепей в кристаллическую структуру , о чем свидетельствуют плотности, меньшие, чем у полиэтилена высокой плотности (например, 0,930–0,935 г/см 3 ). . СВМПЭ можно производить с помощью любой каталитической технологии, хотя наиболее распространены катализаторы Циглера. Благодаря своей выдающейся прочности, устойчивости к порезам, износу и превосходной химической стойкости СВМПЭ используется в самых разных областях. К ним относятся детали машин для обработки банок и бутылок , движущиеся части ткацких станков, подшипники, шестерни, искусственные суставы, защита кромок на катках, замена стальных тросов на кораблях и разделочные доски мясников. Он обычно используется для изготовления суставных частей имплантатов, используемых при замене тазобедренного и коленного суставов . Как волокно оно конкурирует с арамидом в бронежилетах .

Высокая плотность (HDPE)

Труба из полиэтилена высокой плотности на месте во время установки в глубинке Западной Австралии. Белый внешний слой Acu-Therm подвергается совместной экструзии для снижения теплового нагрева.

HDPE определяется плотностью больше или равной 0,941 г/см 3 . ПЭВП имеет низкую степень разветвления. В основном линейные молекулы хорошо упаковываются друг с другом, поэтому межмолекулярные силы сильнее, чем в сильно разветвленных полимерах. ПЭВП можно производить с использованием катализаторов хром /кремнезем, катализаторов Циглера-Натта или металлоценовых катализаторов; выбирая катализаторы и условия реакции, можно контролировать небольшое количество возникающих разветвлений. Эти катализаторы предпочитают образование свободных радикалов на концах растущих молекул полиэтилена. Они заставляют новые мономеры этилена присоединяться к концам молекул, а не вдоль середины, вызывая рост линейной цепи.

HDPE имеет высокую прочность на разрыв. Он используется в таких продуктах и ​​упаковках, как молочные кувшины, бутылки для моющих средств, масляные ванны, контейнеры для мусора и водопроводные трубы .

Сшитый (PEX или XLPE)

PEX представляет собой полиэтилен средней и высокой плотности, содержащий поперечные связи, введенные в структуру полимера, превращающие термопластик в термореактивный . Улучшаются высокотемпературные свойства полимера, снижается его текучесть, повышается химическая стойкость. PEX используется в некоторых водопроводных системах с питьевой водой, поскольку трубки, изготовленные из этого материала, можно расширить, чтобы они надевались на металлический ниппель, и он медленно возвращается к своей первоначальной форме, образуя постоянное водонепроницаемое соединение.

Среднеплотный (MDPE)

MDPE определяется диапазоном плотности 0,926–0,940 г/см 3 . MDPE может быть произведен с использованием катализаторов хром/кремнезем, катализаторов Циглера-Натта или металлоценовых катализаторов. MDPE обладает хорошей устойчивостью к ударам и падениям. Он также менее чувствителен к надрезам, чем ПЭВП; Устойчивость к растрескиванию под напряжением лучше, чем у HDPE. MDPE обычно используется в газовых трубах и фитингах, мешках, термоусадочной пленке, упаковочной пленке, пакетах и ​​завинчивающихся крышках.

Линейный низкой плотности (LLDPE)

ЛПЭНП определяется диапазоном плотности 0,915–0,925 г/см 3 . ЛПЭНП представляет собой практически линейный полимер со значительным количеством коротких разветвлений, обычно получаемый путем сополимеризации этилена с короткоцепочечными альфа-олефинами (например, 1-бутеном , 1-гексеном и 1-октеном ). LLDPE имеет более высокую прочность на разрыв, чем LDPE, и демонстрирует более высокую устойчивость к ударам и проколам, чем LDPE. Пленки меньшей толщины можно выдувать, по сравнению с ПЭНП, с большей устойчивостью к растрескиванию под воздействием окружающей среды , но их не так легко обрабатывать. LLDPE используется в упаковке, особенно в пленке для пакетов и листов. Можно использовать меньшую толщину по сравнению с ПЭВД. Он используется для покрытия кабелей, игрушек, крышек, ведер, контейнеров и труб. Хотя доступны и другие области применения, ЛПЭНП используется преимущественно в пленках из-за его прочности, гибкости и относительной прозрачности. Примеры продукции варьируются от сельскохозяйственных пленок, пленки Saran и пузырчатой ​​пленки до многослойных и композитных пленок.

Низкая плотность (ПЭВД)

ПЭНП определяется диапазоном плотности 0,910–0,940 г/см 3 . ПЭНП имеет высокую степень разветвления коротких и длинных цепей, что означает, что цепи также не упаковываются в кристаллическую структуру . Следовательно, он имеет менее сильные межмолекулярные силы, поскольку мгновенное дипольное индуцированное дипольное притяжение меньше. Это приводит к снижению прочности на разрыв и увеличению пластичности . ПЭНП создается путем радикальной полимеризации . Высокая степень разветвления с длинными цепями придает расплавленному ПЭНП уникальные и желательные свойства текучести. ПЭВД используется как для жестких контейнеров, так и для производства пластиковой пленки, такой как пластиковые пакеты и пленочная пленка.

Процесс радикальной полимеризации, используемый для производства ПЭНП, не включает катализатор, который «контролирует» радикальные центры растущих цепей ПЭ. (При синтезе ПЭВП радикальные центры находятся на концах цепей ПЭ, поскольку катализатор стабилизирует их образование на концах.) Вторичные радикалы (в середине цепи) более стабильны, чем первичные радикалы (в конце цепи). цепи), а третичные радикалы (в точке ветвления) еще более стабильны. Каждый раз, когда добавляется мономер этилена, он создает первичный радикал, но часто они перегруппировываются с образованием более стабильных вторичных или третичных радикалов. Добавление мономеров этилена ко вторичным или третичным участкам создает разветвление.

Очень низкой плотности (VLDPE)

ЛПЭНП определяется диапазоном плотности 0,880–0,915 г/см 3 . ЛПЭНП представляет собой по существу линейный полимер с высоким содержанием короткоцепочечных разветвлений, обычно получаемый путем сополимеризации этилена с короткоцепочечными альфа-олефинами (например, 1-бутеном, 1-гексеном и 1-октеном). ЛПЭНП чаще всего производят с использованием металлоценовых катализаторов из-за большего включения сомономера в этих катализаторах. Полиэтилены низкой плотности используются для изготовления шлангов и трубок, пакетов для льда и замороженных продуктов, упаковки пищевых продуктов и стрейч-пленки, а также в качестве модификаторов ударной вязкости при смешивании с другими полимерами.

Большая часть исследовательской деятельности была сосредоточена на природе и распространении длинноцепных разветвлений в полиэтилене. В ПЭВП относительно небольшое количество этих разветвлений, возможно, одно из 100 или 1000 ветвей на углерод основной цепи, может существенно влиять на реологические свойства полимера.

Сополимеры

Помимо сополимеризации с альфа-олефинами, этилен может сополимеризоваться с широким спектром других мономеров и ионного состава, создающего ионизированные свободные радикалы. Общие примеры включают винилацетат (полученный продукт представляет собой сополимер этилена и винилацетата , или ЭВА, широко используемый в пенопластах для подошв спортивной обуви) и различные акрилаты . Акриловый сополимер применяется в упаковке и спортивных товарах, а также в качестве суперпластификатора в производстве цемента.

Виды полиэтиленов

Конкретные свойства материала «полиэтилен» зависят от его молекулярной структуры. Молекулярная масса и кристалличность являются наиболее важными факторами; кристалличность, в свою очередь, зависит от молекулярной массы и степени разветвления. Чем менее разветвлены полимерные цепи и чем меньше молекулярная масса, тем выше кристалличность полиэтилена. Кристалличность варьируется от 35% (PE-LD/PE-LLD) до 80% (PE-HD). Полиэтилен имеет плотность 1,0 г/см 3 в кристаллических областях и 0,86 г/см 3 в аморфных областях. Между плотностью и кристалличностью существует почти линейная зависимость. [17]

Степень разветвленности полиэтиленов разных типов схематически можно представить следующим образом: [17]

На рисунке показаны основные цепи полиэтилена, короткоцепные и боковые ответвления. Полимерные цепи представлены линейно.

Цепные ветки

Свойства полиэтилена сильно зависят от типа и количества разветвлений цепи. Ветвления цепи, в свою очередь, зависят от используемого процесса: либо процесса высокого давления (только PE-LD), либо процесса низкого давления (все остальные марки полиэтилена). Полиэтилен низкой плотности производится методом радикальной полимеризации под высоким давлением, в результате чего образуются многочисленные короткоцепные, а также длинноцепные разветвления. Короткоцепные разветвления образуются в результате реакций внутримолекулярного переноса цепи . Это всегда бутильные или этильные разветвления, поскольку реакция протекает по следующему механизму:

Механизм появления боковых цепей при синтезе полиэтилена (ПЭ-ЛД).

Экологические проблемы

Пакет, пригодный для вторичной переработки, изготовлен из полиэтилена, идентификационный код смолы.
Скажите нет полиэтилену. Знак. Нако, Химачал-Прадеш , Индия.

Более того, широкое использование полиэтилена создает потенциальные трудности для управления отходами , поскольку он не поддается биологическому разложению.

В Японии избавление от пластика экологически безопасным способом было главной обсуждаемой проблемой до тех пор, пока ядерная катастрофа на Фукусиме в 2011 году не стала более серьезной проблемой. Он был указан как рынок решений стоимостью 90 миллиардов долларов США. С 2008 года Япония резко увеличила переработку пластика, но все еще имеет большое количество пластиковой упаковки, которая выбрасывается. [24]

В 2010 году японский исследователь Акинори Ито представил прототип машины, которая создает масло из полиэтилена с помощью небольшого автономного процесса паровой дистилляции. [25]

Биоразлагаемость

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

В мае 2008 года Дэниел Берд, 16-летний канадец, выиграл Общеканадскую научную ярмарку в Оттаве после того, как обнаружил, что Pseudomonas fluorescens с помощью Sphingomonas может разлагать более 40% веса пластиковых пакетов в течение шести недель. . Позже он догадался, что оно исчезнет еще через шесть недель. [26]

Термофильная бактерия Brevibacillus borstelensis (штамм 707) была выделена из образца почвы и обнаружила, что она использует полиэтилен низкой плотности в качестве единственного источника углерода при совместной инкубации при 50 ° C. Биодеградация увеличивается со временем воздействия ультрафиолетового излучения. [27]

Ацинетобактер sp. 351 может разлагать олигомеры полиэтилена с более низкой молекулярной массой. При термо- и фотоокислении ПЭ выделяются продукты, в том числе алканы, алкены, кетоны, альдегиды, спирты, карбоновые кислоты, кетокислоты, дикарбоновые кислоты, лактоны и сложные эфиры. [28]

В 2014 году китайский исследователь по имени Цзюнь Ян обнаружил, что личинки индийской мучной моли могут усваивать полиэтилен, наблюдая за тем, что в пластиковых пакетах в его доме есть небольшие дырочки. Сделав вывод, что голодные личинки каким-то образом переварили пластик, он и его команда проанализировали их кишечные бактерии и обнаружили несколько, которые могли использовать пластик в качестве единственного источника углерода. Бактерии из кишок личинок моли Plodia interpunctella не только смогли метаболизировать полиэтилен, но и значительно разложили его, снизив его прочность на разрыв на 50%, массу на 10% и молекулярную массу полимерных цепей на 13%. [29] [30]

В 2017 году исследователи сообщили, что гусеница Galleria mellonella поедает пластиковый мусор , например полиэтилен. [31] [32]

Изменение климата

Под воздействием окружающей солнечной радиации пластик выделяет два парниковых газа : метан и этилен . Тип пластика, который выделяет газы с наибольшей скоростью, — это полиэтилен низкой плотности (ПЭНП). Из-за своей низкой плотности он со временем легче разрушается, что приводит к увеличению площади поверхности. Производство этих газовых примесей из первичного полиэтилена низкой плотности со временем увеличивается. При инкубации на воздухе ПЭВД выделяет газы со скоростью примерно в 2 и в 76 раз большей по сравнению с инкубацией в воде для метана и этилена соответственно. Однако, судя по темпам, измеренным в исследовании, производство метана пластиками в настоящее время является незначительной составляющей глобального бюджета метана. [33]

Химически модифицированный полиэтилен

Полиэтилен может быть модифицирован либо при полимеризации полярными или неполярными сомономерами , либо после полимеризации посредством реакций, аналогичных полимерам. Обычными реакциями, аналогичными полимерам, являются сшивка полиэтилена , хлорирование и сульфохлорирование .

Неполярные сополимеры этилена

α-олефины

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

Металлоценовый полиэтилен (PE-MC)

Металлоценовый полиэтилен (ПЭ-М) получают с помощью металлоценовых катализаторов , обычно включающих сополимеры (например, этилен/гексен). Металлоценовый полиэтилен имеет относительно узкое молекулярно-массовое распределение , исключительно высокую прочность, отличные оптические свойства и однородное содержание сомономеров. Из-за узкого молекулярно-массового распределения он ведет себя менее псевдопластично (особенно при больших скоростях сдвига). Металлоценовый полиэтилен имеет низкую долю низкомолекулярных (экстрагируемых) компонентов и низкую температуру сварки и сварки. Таким образом, он особенно подходит для пищевой промышленности. [17] : 238  [34] : 19 

Полиэтилен с мультимодальным молекулярно-массовым распределением

Полиэтилен с мультимодальным молекулярно-массовым распределением состоит из нескольких полимерных фракций, которые гомогенно перемешаны. Такие типы полиэтилена обладают чрезвычайно высокой жесткостью, ударной вязкостью, прочностью, устойчивостью к растрескиванию под напряжением и повышенной устойчивостью к распространению трещин. Они состоят из равных пропорций высокомолекулярных и низкомолекулярных фракций полимера. Единицы с более низкой молекулярной массой легче кристаллизуются и быстрее релаксируют. Фракции с более высокой молекулярной массой образуют связывающие молекулы между кристаллитами, тем самым увеличивая ударную вязкость и устойчивость к растрескиванию под напряжением. Полиэтилен с мультимодальным молекулярно-массовым распределением можно получать либо в двухстадийных реакторах, с помощью катализаторов с двумя активными центрами на носителе, либо путем смешения в экструдерах. [17] : 238 

Циклические олефиновые сополимеры (ЦОС)

Циклические олефиновые сополимеры получают путем сополимеризации этилена и циклоолефинов (обычно норборнена ), полученных с использованием металлоценовых катализаторов. Полученные полимеры являются аморфными полимерами, особенно прозрачными и термостойкими. [17] : 239  [34] : 27 

Полярные сополимеры этилена

Основными соединениями, используемыми в качестве полярных сомономеров, являются виниловый спирт ( этенол , ненасыщенный спирт), акриловая кислота ( пропеновая кислота , ненасыщенная кислота) и сложные эфиры , содержащие одно из двух соединений.

Сополимеры этилена с ненасыщенными спиртами

Сополимер этилена и винилового спирта (EVOH) (формально) представляет собой сополимер полиэтилена и винилового спирта (этенола), который получают путем (частичного) гидролиза сополимера этилена и винилацетата (поскольку виниловый спирт сам по себе нестабилен). Однако обычно EVOH имеет более высокое содержание сомономера, чем обычно используемый VAC. [35] : 239 

EVOH используется в многослойных пленках для упаковки в качестве барьерного слоя (барьерного пластика). Поскольку EVOH гигроскопичен (притягивает воду), он поглощает воду из окружающей среды, в результате чего теряет свой барьерный эффект. Поэтому его необходимо использовать в качестве внутреннего слоя, окруженного другими пластиками (например, ПЭВД, ПП, ПА или ПЭТ). EVOH также используется в качестве покрытия против коррозии на уличных фонарях, светофорных столбах и шумозащитных стенах. [35] : 239 

Сополимеры этилена и акриловой кислоты (EAA)

Сополимеры этилена и ненасыщенных карбоновых кислот (например, акриловой кислоты) характеризуются хорошей адгезией к различным материалам, устойчивостью к растрескиванию под напряжением и высокой гибкостью. [36] Однако они более чувствительны к нагреву и окислению, чем гомополимеры этилена. В качестве усилителей адгезии используются сополимеры этилена и акриловой кислоты. [17]

Если в полимере присутствуют соли ненасыщенной карбоновой кислоты, образуются термообратимые ионные сетки, их называют иономерами . Иономеры – это высокопрозрачные термопласты, характеризующиеся высокой адгезией к металлам, высокой стойкостью к истиранию и высоким водопоглощением. [17]

Сополимеры этилена с ненасыщенными эфирами

Если ненасыщенные сложные эфиры сополимеризуются с этиленом, либо спиртовая часть может находиться в основной цепи полимера (как в случае сополимера этилена и винилацетата), либо кислотная часть (например, в сополимере этилена и этилакрилата). Сополимеры этилена и винилацетата получают аналогично ПЭНП путем полимеризации под высоким давлением. Доля сомономера оказывает решающее влияние на поведение полимера.

Плотность снижается до доли сомономера 10% из-за нарушения кристаллообразования. При более высоких пропорциях он приближается к поливинилацетату ( 1,17 г/см 3 ). [35] : 235  Из-за уменьшения кристалличности сополимеры этиленвинилацетата с увеличением содержания сомономера становятся мягче. Полярные боковые группы существенно изменяют химические свойства (по сравнению с полиэтиленом): [17] : 224  атмосферостойкость, клейкость и свариваемость повышаются с увеличением содержания сомономера, тогда как химическая стойкость снижается. Изменяются также механические свойства: стойкость к растрескиванию под напряжением и вязкость при холодном повышении, тогда как предел текучести и жаростойкость снижаются. С очень высокой долей сомономеров (около 50%) получают каучукоподобные термопласты ( термопластичные эластомеры ). [35] : 235 

Сополимеры этилена и этилакрилата ведут себя аналогично сополимерам этилена и винилацетата. [17] : 240 

сшивание

Основное различие проводится между пероксидной сшивкой (PE-Xa), силановой сшивкой (PE-Xb), электронно-лучевой сшивкой (PE-Xc) и азо-сшивкой (PE-Xd). [37]

Показаны пероксид, силан и сшивка облучением.

Показаны пероксид, силан и сшивка облучением. В каждом методе радикал генерируется в полиэтиленовой цепи (вверху в центре) либо радиацией (h·ν), либо пероксидами (ROOR). Затем две радикальные цепи могут сшиваться либо напрямую (внизу слева), либо опосредованно силановыми соединениями (внизу справа).

Хлорирование и сульфохлорирование

Хлорированный полиэтилен (ПЭ-С) – недорогой материал с содержанием хлора от 34 до 44%. Он используется в смесях с ПВХ, поскольку мягкий, эластичный хлорполиэтилен внедрен в матрицу ПВХ, тем самым увеличивая ударопрочность . Это также увеличивает устойчивость к атмосферным воздействиям. Кроме того, его используют для размягчения пленки ПВХ без риска миграции пластификаторов. Хлорированный полиэтилен можно сшить пероксидным способом с образованием эластомера, который используется в кабельной и резиновой промышленности. [35] Когда хлорированный полиэтилен добавляется к другим полиолефинам, это снижает воспламеняемость. [17] : 245 

Хлорсульфированный полиэтилен (CSM) используется в качестве исходного материала для производства озоностойкого синтетического каучука . [40]

Полиэтилен на биооснове

Braskem и Toyota Tsusho Corporation начали совместную маркетинговую деятельность по производству полиэтилена из сахарного тростника . Braskem построит новый завод на своем существующем промышленном предприятии в Триунфо, Риу-Гранди-ду-Сул, Бразилия, с годовой производственной мощностью 200 000 коротких тонн (180 000 000 кг) и будет производить полиэтилен высокой и низкой плотности из биоэтанола , полученного из сахарного тростника. . [41]

Полиэтилен также можно производить из другого сырья, включая зерно пшеницы и сахарную свеклу . В этих разработках используются возобновляемые ресурсы, а не ископаемое топливо, хотя проблема источника пластика в настоящее время незначительна после пластиковых отходов и, в частности, отходов полиэтилена, 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 полиэтилена систематически происходит от научного названия мономера. [42] [43] Алкеновый мономер превращается в длинный, иногда очень длинный, алкан в процессе полимеризации. [43] В определенных обстоятельствах полезно использовать структурную номенклатуру; в таких случаях ИЮПАК рекомендует поли(метилен) (поли(метандиил) не является предпочтительной альтернативой). [42] Разница в названиях между двумя системами обусловлена ​​раскрытием двойной связи мономера при полимеризации. [44] Название сокращается до PE . Аналогичным образом полипропилен и полистирол сокращаются до ПП и ПС соответственно. В Великобритании и Индии полимер обычно называют полиэтиленом от торгового названия ICI , хотя это не признано с научной точки зрения.

Сноски

  1. ^ Erwähnt sei noch, dass aus einer ätherischen Diazomethanlösung sich beim Stehen manchmalminimale Quantitäten eines weissen, flockigen, aus Chloroform krystallisirenden Körpers abscheiden; ... [ Следует упомянуть, что из эфирного раствора диазометана при стоянии иногда выпадают небольшие количества белого, хлопьевидного вещества, которое можно кристаллизовать хлороформом; ... ]. [10] : 2643 
  2. ^ Die Abscheidung weisser Flocken aus Diazomethanlösungen erwähnt auch v. Pechmann (diese Berichte 31 , 2643); [10] это не так. Ich Hatte übrigens Hrn. v. Pechmann schon einige Zeit vor Erscheinen seiner Publication mitgetheilt, dass aus Diazomethan ein Fester, weisser Körper entstehe, der sich bei der Analys als (CH 2 ) x erwiesen habe, worauf mir Hr. v. Pechmann schrieb, dass er den weissen Körper ebensfalls beobachtet, aber nicht untersucht habe. Zuerst erwähnt ist derselbe in der Dissertation meines Schülers. (Hindermann, Zürich (1897), S. 120) [11] : сноска 3 на стр. 956  [ Von Pechmann (эти отчеты , 31 , 2643) [10] также упоминал об осаждении белых хлопьев из растворов диазометана; однако из-за нехватки материала он его не исследовал. Между прочим, за некоторое время до появления его публикации я сообщил г-ну фон Пехману, что из диазометана образовалось твердое белое вещество, которое при анализе оказалось (CH 2 ) x , после чего г-н фон Пехман написал мне, что он также наблюдал белое вещество, но не исследовал его. Впервые об этом упоминается в диссертации моего студента. (Хиндерманн, Цюрих (1897), стр. 120) .

Рекомендации

  1. ^ Сборник терминологии и номенклатуры полимеров - Рекомендации ИЮПАК 2008 г. (PDF) . Проверено 28 августа 2018 г.
  2. ^ Аб Батра, Камаль (2014). Роль добавок в пленках линейного полиэтилена низкой плотности (LLDPE). п. 9 . Проверено 16 сентября 2014 г.
  3. ^ «поли(этилен)» . Химический институт .
  4. ^ Ваплер, MC; Люпольд, Дж.; Драгону, И.; фон Эльверфельдт, Д.; Зайцев М.; Вальрабе, У. (2014). «Магнитные свойства материалов для МР-техники, микро-МР и не только». ДжМР . 242 : 233–242. arXiv : 1403.4760 . Бибкод : 2014JMagR.242..233W. дои : 10.1016/j.jmr.2014.02.005. PMID  24705364. S2CID  11545416.
  5. ^ ab Пол Л. Сплитстоун и Уолтер Х. Джонсон (20 мая 1974 г.). «Энтальпии сгорания и образования линейного полиэтилена» (PDF) . Журнал исследований Национального бюро стандартов .
  6. ^ Хемакумара, ГПТС; Мадхусанкха, Т.Г. Шамал (2023). «Проблемы сокращения использования полиэтилена и пластика в Шри-Ланке: пример подразделения секретариата Аттанагаллы». Социально ответственный пластик . Развитие корпоративного управления и ответственности. 19 : 59–73. дои : 10.1108/S2043-052320230000019004. ISBN 978-1-80455-987-1.
  7. ^ abcde Уайтли, Кеннет С.; Хеггс, Т. Джеффри; Кох, Хартмут; Мавер, Ральф Л. и Иммель, Вольфганг (2005) «Полиолефины» в Энциклопедии промышленной химии Ульмана . Wiley-VCH, Вайнхайм. дои : 10.1002/14356007.a21_487.
  8. ^ Гейер, Роланд; Джамбек, Дженна Р.; Закон, Кара Лаванда (1 июля 2017 г.). «Производство, использование и судьба всех когда-либо изготовленных пластмасс». Достижения науки . 3 (7): e1700782. Бибкод : 2017SciA....3E0782G. doi : 10.1126/sciadv.1700782. ПМК 5517107 . ПМИД  28776036. 
  9. ^ «Пластики: факты» (PDF) . Пластик Европа . Архивировано из оригинала (PDF) 4 февраля 2018 года . Проверено 29 августа 2018 г.
  10. ^ abcd фон Пехманн, Х. (1898). «Уэбер-диазометан и нитрозоациламин». Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft zu Berlin . 31 : 2640–2646.
  11. ^ аб Бамбергер, Юг. ; Чирнер, Фред. (1900). «Ueber die Einwirkung von Diazomethan auf β-Arylгидроксиламин» [О влиянии диазометана на β-арилгидроксиламин]. Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft zu Berlin . 33 : 955–959. дои : 10.1002/cber.190003301166.
  12. ^ Бамбергер, Ойген ; Чирнер, Фридрих (1900). «Ueber die Einwirkung von Diazomethan auf β-Arylгидроксиламин» [О влиянии диазометана на β-арилгидроксиламин]. Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft zu Berlin . 33 : 955–959. дои : 10.1002/cber.190003301166. [страница 956]: Eine theilweise – übrigens immer nur минимальное – Umwandlung des Diazomethans in Stickstoff und Polymethylen vollzieht sich auch bei ganz andersartigen Reactionen; ... [ Частичное - кстати, всегда лишь минимальное - превращение диазометана в азот и полиметилен происходит и при совсем других реакциях; ... ]
  13. ^ "История Виннингтона в процессе создания" . Это Чешир . 23 августа 2006 г. Архивировано из оригинала 21 января 2010 г. Проверено 20 февраля 2014 г.
  14. ^ «Поли - звездный пластик» . Популярная механика . Том. 91, нет. 1. Журналы Херста. Июль 1949 г., стр. 125–129 . Проверено 20 февраля 2014 г. - через Google Книги.
  15. ^ История Union Carbide Corporation (PDF) . п. 69.
  16. ^ Хофф, Рэй; Мазерс, Роберт Т. (2010). «Глава 10. Обзор хромового катализатора Phillips для полимеризации этилена». Ин Хофф, Рэй; Мазерс, Роберт Т. (ред.). Справочник по катализаторам полимеризации переходных металлов . Джон Уайли и сыновья. дои : 10.1002/9780470504437.ch10. ISBN 978-0-470-13798-7.
  17. ^ abcdefghijk Кайзер, Вольфганг (2011). Kunststoffchemie für Ingenieure von der Synthese bis zur Anwendung (3-е изд.). Мюнхен: Хансер. ISBN 978-3-446-43047-1.
  18. ^ «Как идентифицировать пластиковые материалы с помощью теста на ожог» . Бодекер Пластикс . Проверено 8 мая 2012 г.
  19. ^ «Электрические свойства пластмасс» (PDF) . www.professionalplastics.com . Профессиональный пластик. Архивировано (PDF) из оригинала 20 сентября 2022 года . Проверено 11 октября 2022 г.
  20. ^ Чунг, К.И. (2010) Экструзия полимеров: теория и практика . 2-е изд.. Хансер: Мюнхен.
  21. ^ Виктор Островский и др. Тепловая полимеризация этилена (аннотация) в Doklady Chemistry 184(1):103–104. Январь 1969 года.
  22. ^ ab Библиотека дизайна пластмасс (1997). Справочник по соединению пластмасс: Практическое руководство . Норидж, Нью-Йорк: Библиотека дизайна пластмасс. п. 326. ISBN 1-884207-17-0 . 
  23. ^ Курц, Стивен М. (2015). Справочник по биоматериалам из СВМПЭ. Полиэтилен сверхвысокой молекулярной массы в полной замене суставов и медицинских устройствах (3-е изд.). Эльзевир. п. 3. дои : 10.1016/C2013-0-16083-7. ISBN 9780323354356.
  24. ↑ Придо, Эрик (3 ноября 2007 г.). «Рост сжигания пластика вызывает гнев» . Джапан Таймс . Архивировано из оригинала 22 ноября 2012 года . Проверено 8 мая 2012 г.
  25. ↑ Нгуен, Туан (17 февраля 2011 г.). «Новое изобретение превращает полиэтиленовые пакеты в масло». smartplanet.com . Проверено 20 февраля 2014 г.
  26. ^ «CanadaWorld - студент WCI изолирует микроб, который обедает на пластиковых пакетах» . Рекорд.ком. Архивировано из оригинала 18 июля 2011 года . Проверено 20 февраля 2014 г.
  27. ^ Хадад, Д.; Гереш, С.; Сиван, А. (2005). «Биодеградация полиэтилена термофильной бактерией Brevibacillus borstelensis». Журнал прикладной микробиологии . 98 (5): 1093–1100. дои : 10.1111/j.1365-2672.2005.02553.x . PMID  15836478. S2CID  2977246.
  28. ^ Токива, Ютака; Калабия, Буэнавентурада П.; Угву, Чарльз У.; Айба, Сейичи (сентябрь 2009 г.). «Биоразлагаемость пластмасс». Международный журнал молекулярных наук . 10 (9): 3722–3742. дои : 10.3390/ijms10093722 . ПМК 2769161 . ПМИД  19865515. 
  29. ↑ Бальстер, Лори (27 января 2015 г.). «Обнаружение бактерий, поедающих пластик, может ускорить сокращение отходов». Fondriest.com.
  30. ^ Ян, Джун; Ян, Ю; У, Вэй-Мин; Чжао, Цзяо; Цзян, Лэй (2014). «Свидетельства биоразложения полиэтилена бактериальными штаммами из кишок свиристелей, питающихся пластиком». Экологические науки и технологии . 48 (23): 13776–84. Бибкод : 2014EnST...4813776Y. дои : 10.1021/es504038a. ПМИД  25384056.
  31. ^ "Forscherin entdeckt zufällig Plastik-fressende Raupe" . Дер Шпигель (на немецком языке). 24 апреля 2017 года . Проверено 24 апреля 2017 г.
  32. ^ Бриггс, Хелен. «Гусеница, питающаяся пластиком, может пережевывать отходы, говорят ученые». Новости BBC . Проверено 24 апреля 2017 г.
  33. ^ Ройер, Сара-Жанна; Феррон, Сара; Уилсон, Сэмюэл Т.; Карл, Дэвид М. (2018). «Производство метана и этилена из пластика в окружающей среде». ПЛОС ОДИН . 13 (8): e0200574. Бибкод : 2018PLoSO..1300574R. дои : 10.1371/journal.pone.0200574 . ПМК 6070199 . ПМИД  30067755. 
  34. ^ аб Паску, Корнелия Василе: Михаэла (2005). Практическое руководство по полиэтилену ([Онлайн-Аусг.]. Под ред.). Шобери: ISBN Rapra Technology Ltd. 978-1859574935.
  35. ^ abcdefg Элснер, Питер; Эйерер, Питер; Хирт, Томас (2012). Domininghaus - Kunststoffe (8-е изд.). Берлин Гейдельберг: Springer-Verlag. п. 224. ИСБН 978-3-642-16173-5.
  36. ^ Эльснер, Питер; Эйрер, Питер; Хирт, Томас (2012). Kunststoffe Eigenschaften und Anwendungen (8-е изд.). Берлин, Гейдельберг: Springer Berlin Heidelberg. ISBN 978-3-642-16173-5.
  37. ^ abcde Баур, Эрвин; Оссвальд, Тим А. (октябрь 2013 г.). Saechtling Kunststoff Taschenbuch . Хансер, Карл. п. 443. ИСБН 978-3-446-43729-6.Форшау на kunststoffe.de
  38. ^ abc Уайтли, Кеннет С. (2011). «Полиэтилен». Энциклопедия промышленной химии Ульмана . дои : 10.1002/14356007.a21_487.pub2. ISBN 978-3527306732.
  39. ^ Кольценбург, Себастьян; Маскос, Майкл; Нуйкен, Оскар (2014). Полимер: Synthese, Eigenschaften und Anwendungen (1-е изд.). Спрингер Спектр. п. 406. ИСБН 978-3-642-34773-3.
  40. ^ Хлорсульфоньерный полиэтилен (CSM). ChemgaPedia.de
  41. ^ «Braskem и Toyota Tsusho начинают совместную маркетинговую деятельность по производству зеленого полиэтилена из сахарного тростника» (пресс-релиз). yourindustrynews.com. 26 сентября 2008 г. Архивировано из оригинала 21 мая 2013 г. Проверено 20 февраля 2014 г.
  42. ^ ab Руководство по номенклатуре органических соединений ИЮПАК (рекомендации 1993 г.) ИЮПАК, Комиссия по номенклатуре органической химии. Научные публикации Блэквелла. 1993. ISBN 978-0632037025. Проверено 20 февраля 2014 г.
  43. ^ Аб Каховец, Дж.; Фокс, РБ; Хатада, К. (2002). «Номенклатура обычных одноцепочечных органических полимеров (Рекомендации ИЮПАК 2002 г.)». Чистая и прикладная химия . 74 (10): 1921. doi : 10.1351/pac200274101921 .
  44. ^ «Предварительные рекомендации ИЮПАК по номенклатуре органической химии». Международный союз теоретической и прикладной химии. 27 октября 2004 г. Проверено 20 февраля 2014 г.

Библиография

Внешние ссылки

Найдите полиэтилен в Викисловаре, бесплатном словаре.
Викискладе есть медиафайлы по теме полиэтилена .