Средний рост потребления ПЭ в Украине за последние 3 года составил 31% от всех видов полимеров. Действующее производство полиэтилена в Украине сосредоточено на ЗАО «Лукор» (г. Калуш Ивано-Франковской обл.).
Ежегодно этим предприятием производится 70 тыс. тонн полиэтилена. Это показывает, что такой товар как полиэтилен является актуальным и потребляемым и сегодня. Основная часть изготовленного полиэтилена (50-60%) используется в производстве пленок и листов. Оставшаяся часть идет на изделия, полученные способом литья под давлением, покрытия, изоляционные материалы для кабельной промышленности, экструзионные изделия, изделия, полученные выдуванием и трубы. Но это лишь поверхностный обзор применения полиэтилена, который в данной работе будет рассмотрен подробнее.
Целью данной курсовой работы является:
- рассмотрение и анализирование научно-технической литературы, обретение навыков работы с ней;
- изучение основных материально-технических процессов технологии производства полиэтилена низкой плотности;
- рассмотрение сырьевой базы из которой он изготавливается, в том числе и всевозможные добавки, водимые в полиэтилен;
- исследование ассортимента полиэтилена, использование продукции, изготовленной из него и анализ положения полиэтилена на современном украинском рынке;
- рассмотрение основных методов оценки качества полиэтилена.
1. Ассортимент
Полиэтилен высокого давления (ПЭВД) представляет собой твердое эластичное вещество матового или перламутрового белого цвета, на ощупь напоминающий парафин; он не имеет запаха, не ядовит, горюч (продолжает гореть по вынесению из пламени).
Полиэтилен, изготавливаемый при высоком давлении имеет разветвленную структуру и низкую плотность Полиэтилен относится к группе термопластичных полимеров. На рис. 1 изображена гранула полиэтилена. [1]
Рис. 1 Гранула ПЭВД
Полиэтилен используется при наложении полиэтиленовой изоляции и оболочки на электрические кабели. Возможно выпрессовывание полиэтилена в смеси с порошкообразными веществами для получения пористого полиэтилена.
Благодаря химической инертности, легкости и прочности, в бутылях, флаконах из полиэтилена можно хранить сильнодействующие химические вещества (серную кислоту, плавиковую кислоту и т.п.), а также пищевые продукты (молоко, жиры, соки), парфюмерные изделия, лекарства.
Кондитерские изделия
... "КДВ Яшкино", производящие более 10% совокупного объёма российского производства данной продукции. Основными экспортёрами кондитерских изделий являются: Украина, Польша, Германия, Австрия, Словакия, Чехия, Италия, Греция, Бельгия, Швейцария, Нидерланды, ...
Трубопроводы из полиэтилена значительно легче и дешевле. Трубы изготавливают диаметром от 0,012-0,15 м и до 1-1,5 м. Длина труб может достигаться 120 м. Гибкость и эластичность труб позволяет наматывать их на барабаны, что очень удобно при их транспортировании и прокладке. Трубы из полиэтилена совершенно не подвержены коррозии, не лопаются при замерзании в них воды. В химической промышленности используются при транспортировании коррозионных жидкостей. Фитинги, задвижки, вентили, подкладки и другая соединительная арматура также изготавливаются из полиэтилена.
Полиэтиленом покрывают дерево, бумагу, картон. Он наносится из горячих расплавов полиэтилена на бумагу и придает ей глянец, блеск печати, хорошую гибкость при низкой температуре. Из полиэтилена вырабатываются волокна, из которых могут изготавливаться морские канаты, фильтрующие сетки, полотна, обивочные ткани для автомобилей. В текстильной промышленности полиэтилен используется для пропитки тканей с целью создания водоотталкивающего материала, улучшения сопротивления разрыву, повышения прочности швов.
Из полиэтилена изготавливают медицинские инструменты, он применяется в пластической хирургии и протезной технике.
Основное литье под давлением не только отдельных деталей машины, но и корпусов к приборам и других фигурных изделий.
Значительная часть производимого полиэтилена (около 50%) перерабатывается в пленки толщиной 0,01-0,1 мм, используемые в качестве упаковочного материала, для хранения веществ легкоувлажняющихся или, наоборот, высыхающих, например удобрений, хлопка, силикагеля, пищевых продуктов (мяса, рыбы, хлеба, соли, муки, кофе, овощей, фруктов и т.д.), а также различных изделий, аппаратов, инструментов с целью защиты их от коррозии.
Благодаря отличным электроизоляционным свойствам, полиэтилен стал незаменимым материалом для изоляции телевизионных, телефонных и телеграфных кабелей.
Добавление низкомолекулярного полиэтилена к чернилам, лакам и краскам придает им повышенную стойкость к истиранию. В резиновой промышленности полиэтилен широко применяется в качестве смазок, отлично совмещающихся с каучуками разных типов.
Полиэтилен, как товарный продукт, выпускается в чистом виде и с добавками (различного рода термо- и светостабилизаторы, добавками против слипаемости пленки и др.).
Они вводятся в полиэтилен в процессе переработки в небольших количествах (десятые доли процента).
Добавки улучшают качества готового полиэтилена.
Так, в кабельной промышленности применяется полиэтилен, содержащий 0,5 и 2% сажи. Полиэтилен, используемый для изготовления труб питьевого и хозяйственного водоснабжения, содержит 2% сажи (технического углерода), а для дренажных труб до 35% сажи. Полиэтилен при наполнении его тальком, мелом, каолином и другими веществами (до 30-40% по массе) используются в качестве конструктивных материалов для производства канализационных и дренажных труб, некоррозионной и огнестойкой арматуры, а также для изделий культурно-бытового назначения, игрушек, посуды и т.п. [2]
В зависимости от свойств и назначения полиэтилен выпускается различных марок, указанных в таблице 1.
Таблица 1. Марки полиэтилена, области их применения и способ переработки
|
Область применения |
Способ переработки |
Марки |
|
|
Изоляция проводов и кабелей, оболочки кабелей Технические изделия Трубы и арматура к ним: трубы напорные трубы безнапорные фитинги Пленки и пленочные изделия: специального назначения общего назначения (технические изделия, пленки для сельского хозяйства и др.) для изготовления мешков под удобрения и других целей в сельском хозяйстве для упаковки пищевых продуктов Формовочные изделия: с хорошими эластическими свойствами с глянцевой поверхностью общего назначения открытого типа, контактирующие с пищевыми продуктами общего назначения сосуды и бутыли для дезинфицирующих средств с большим сопротивлением Заливочные компоненты (для заполнения деталей электрооборудования) Покрытие бумаги, ткани и др. Покрытие для упаковки пищевых продуктов |
Экструзия Прессование Экструзия Литье Экструзия Литье Выдувание Заливка Экструзия |
10203-003 10103-002 10702-020 10403-003 10003-002 10003-002 10303-003 10103-002 10403-003 10203-003 10203-003 15303-003 10603-007 17603-006 10702-020 15602-008 10603-007 10903-020 17902-017 15902-020 16902-020 15802-020 10802-020 11303-040 11502-070 11602-070 10203-006 17702-010 17602-006 10603-007 10802-020 15802-020 10903-020 17702-020 12002-200 18202-055 11903-080 12203-200 12103-200 12303-200 10702-020 11303-040 11102-020 11502-070 18002-030 10702-020 11303-040 11102-020 11702-010 18109-035 17902-017 11303-040 10203-003 11502-070 10603-007 12402-700 16802-070 12502-200 18302-120 18202-055 11502-070 16802-070 11802-070 18302-120 11502-070 16802-070 |
|
Обозначение базовых марок состоит из названия материала «полиэтилена» и восьми цифр. Первая цифра «1» указывает на то, что процесс полимеризации этилена протекает при высоком давлении в трубчатых реакторах и реакторах с перемешивающим устройством в присутствии катализатора. Две следующие цифры обозначают порядковый номер базовой марки. Пятая цифра условно определяет группу плотности марки полиэтилена. Следующие три цифры, написанные через дефис, указывают десятикратное значение показателя текучести расплава.
После марки полиэтилена указывается сорт. [9]
2. Исходное сырье для получения полиэтилена
2.1 Основное сырье
Этилен. Этилен — химическое соединение, описываемое формулой С2H4, бесцветный газ со слабым запахом. Является простейшим алкеном (олефином).
Содержит двойную связь и поэтому относится к ненасыщенным соединениям, обладает высокой реакционной способностью. В природе этилен практически не встречается. В незначительных количествах образуется в тканях растений и животных как промежуточный продукт обмена веществ. Играет чрезвычайно важную роль в промышленности, самое производимое органическое соединение в мире.
В настоящее время основным источником получения этилена является пиролиз газообразных и жидких предельных углеводородов: этана, пропана и бензинов прямой перегонки нефти.
Свойства этилена:
Химическая формула Н2С=СН2
Молекулярная масса 28,05
Состояние — газообразное
Температура плавления 103,8 К (-169,2°С)
Температура кипения 169,3 К (-103,7°С)
Плотность при нормальных условиях 1,26 кг/м 3
Плотность жидкого этилена при 163,2 К (-109,8°С) — 610 кг/м 3
Температура воспламеняемости 728 К (455°С)
Чистота этилена. Для полимеризации этилен должен быть тщательно очищен от примесей. Примеси к этилену делятся на две основные группы — инертные и активные. Инертная примесь, присутствующая в заметном количестве, например 5-10%, снижает концентрацию этилена на значительную величину, если учесть малую сжимаемость этилена.
Активные примеси к этилену, например соединения винильного типа, обычно сополимеризуются с этиленом, изменяют свойства образующегося полимера и влияют на скорость полимеризации.
В зависимости от содержания примесей техническими условиями предусматривается выпуск трех марок сжиженного этилена: А, Б и В. Этилен марки А и Б используется для производства полиэтилена и окиси этилена. Этилен марки В — для производства других органических продуктов. Этилен сжиженный должен соответствовать требованиям и нормам. [1]
Катализаторы (инициаторы).
В качестве катализаторов полимеризации этилена используют главным образом молекулярный кислород и органические перекиси. Из перекисей в промышленности наибольшее применение нашли перекись ди-трет-бутила, трет-бутилпербензоата и др. Эффект действия инициатора зависит от степени и скорости его разложения при данной температуре и от способности образовавшихся радикалов вступать в реакции с мономером.
Другим фактором, характеризующим инициатор, является содержание активного кислорода, т.е. теоретический процент активного кислорода в чистой перекиси.
В сухом виде перекиси взрывоопасны, растворы их в органических растворителях более стабильны и менее взрывоопасны. Хранение инициаторов должно проводиться в определенных температурных условиях.
Ниже описаны основные свойства наиболее распространенных перекисных инициаторов.
Перекись ди-трет-бутила (С8Н18О2)
Температура применения 513-553 К (240-280°С)
Молекулярная масса 146,2
Жидкость, плотность 793 кг/м 3
Температура кипения при 0,1 МПа — 463 К (190°С)
Содержание активного кислорода 10,8%
Перекись нерастворима в воде, растворима в большинствеорганических растворителей
Температура хранения 298 К (20°С).
Трет-бутилпербензоат (С11Н14О3)
Температура применения 453-513 К (180-240°С)
Молекулярная масса 194
Жидкость, плотность при 293 К (20°С) — 1040 кг/м 3
Температура кипения при 0,1 МПа — 397 К (124°С)
Содержание активного кислорода 8,25%
Температура хранения 293 К (20°С).
[2]
2.2 Вспомогательное сырье
Наполнители — преимущественно твердые неорганические или органические вещества, природного (минерального и растительного) и синтетического происхождения, которые вводятся в пластическую массу для придания ей соответствующих свойств.
Добавляют наполнители для улучшения свойств полиэтилена (физико-механических, теплофизических, электрофизических, оптических, эстетических, технологических и др.).
А дешевые наполнители снижают себестоимость полиэтилена, например при утилизации полимеров и пластмасс, которые используют как наполнители.
Основные виды наполнителей, а также придаваемые ими свойства, представлены в таблице 2. [8]
Таблица 2. Примеры наполнителей со специальными свойствами
|
Композиты |
Примеры наполнителей |
|
|
Абразивные Антифрикционные Биоразлагаемые Высокогорючие Электроизоляционные Электропроводимые Эстетические Звуко- и теплоизоляционные Конструкционные Магнитные Негорючие Самозатухающие Теплостойкие Теплоаккумулирующие Фрикционные Химически стойкие |
BN, SiC, алмаз, кварц, корунд MoS2, NbSe2, TiSe2, WS2, WSe2, графит Крахмал, хитозан Al, Mg, нитраты, перманганаты, порох Al2O3, асбест, кварц, слюда, стекло, тальк Металлы (Al, Bi, Cd, Cu, Fe, Ni, Sn и др.) и их сплавы, графит Деревянная тирса, мраморная крошка Газы Стекловата, полиамидное волокно Металлические и керамические ферритные порошки Базальт Al(OH)3, Ca(OH)2, Mg(OH)2, бораты натрия и цинка Асбест, графит, углеродные волокна Воск, стеариновая кислота, парафин, стеклосферы BaSO4, асбест Асбест, графит, политетрафторэтилен, тальк, технический уголь. |
|
Пластификаторы — малолетучие, большей частью жидкие вещества, придающие смеси повышенную пластичность, в результате чего облегчается формование изделий, предотвращается появление хрупкости материала при низких температурах, увеличивается его гибкость и эластичность. При увеличении содержания пластификатора прочность полимера на растяжение и сжатие уменьшается, но зато резко увеличивается прочность на удар и способность к удлинению. Наиболее распространенными пластификаторами являются бутилкаучук, дибутилфталат, трикрезилфосфат, камфора, стеарат алюминия, олеиновая кислота, глицерин и др. [2]
Красители применяютсядля придания изделию желаемой окраски.
Отвердители (например уротропин, известь, магнезию) вводят в состав пластической массы для ускорения перехода полимера в твердое неплавкое состояние, в котором они не плавятся и не растворяются. При этом у полимера образуется трехмерная структура.
Стабилизаторы, способствуют замедлению процесса старения и, как следствие — длительному сохранению полиэтилена своих первоначальных свойств. Стабилизаторы не влияют на первоначальные свойства полиэтилена.
Порообразователи — для получения пенно- и порополиэтиленов.
Связующие вещества связывают в монолитный материал другие компоненты смеси и обуславливают основные свойства полимера. В качестве связующих веществ чаще применяются синтетические смолы.
Смазывающие вещества позволяют улучшить физико-механические свойства полиэтилена, а именно повысить однородность расплава, увеличить его текучесть и относительное удлинение при разрыве. В пластическую массу в качестве смазывающих веществ добавляют стеариновую кислоту, окиси цинка, стеарат бария и др. [5]
3. Производство полиэтилена
3.1 Теоретические основы процесса полимеризации этилена
Полимеризация этилена при высоком давлении протекает по радикальноцепному механизму, который состоит из стадий инициирования, роста цепей и обрыва цепей.
Инициирование процесса состоит в образовании активных радика
С2Н4О2 > 2R*
Началом реакции является присоединение этилена к образовавшемуся радикалу, в результате чего образуется новый радикал:
- СН3 + СН2=СН2 > СН3 -СН2-СН2*
К радикалу, образовавшемуся по реакции присоединяются последовательно молекулы этилена (реакция роста):
- СН3 -СН2-СН2* + СН2=СН2 > СН3 -СН2-СН2-СН2-СН2*
Рост цепи заканчивается обрывом цепи. Обычно это происходит, когда из двух растущих радикалов образуется одна неактивная макромолекула:
- СН3-CH2* + СН3-CH2* > СН3-СН2-СН2-CH3
Или, когда из двух растущих радикалов образуются две неактивные макромолекулы, одна из которых на конце имеет двойную связь:
- СН3-(СН2-СН2)n-CH2* + СН3-(СН2-СН2)m-CH2* >
СН3-(СН2-СН2)n-1-CH=CH2 + СН3-(СН2-СН2)m-CH2*
Эти реакции уменьшают скорость процесса полимеризации.
При полимеризации этилена по изложенному выше механизму следует ожидать образование линейного насыщенного полимера.
Однако в действительности, в зависимости от реакционных условий, получают более или менее разветвленные макромолекулы, содержащие небольшое количество двойных связей (что также обусловлено протеканием реакции передачи цепи).
Различают два варианта реакции передачи цепи на полимер: внутримолекулярный и межмолекулярный.
При внутримолекулярной передаче цепи из растущего полимерного радикала один атом водорода переносится от вторичного углерода в конец цепи:
Вторичный радикал, образованный в результате внутримолекулярного переноса, дает началу роста новой боковой цепи. Конечный участок цепи, образованный в результате переноса, представляет собой разветвление в виде бокового бутильного ответвления. Таким образом, образуются короткие боковые цепи. Разветвление в виде длинных цепей происходит в результате межмолекулярного переноса водорода:
- R1-CH2-CH2* + R2-CH2-CH2-CH3 > R1-CH2-CH2* + R2-CH*-CH2-CH3 [1]
3.2 Аппаратурное оформление производства полиэтилена при высоком давлении
Полимеризация этилена при высоком давлении осуществляется в реакторах трубчатого или автоклавного типа.
Полимеризация может происходить блочным способом («в массе»), когда этилен высокой степени очистки, сжатый до давления 100-300 МПа, вводится в реактор одновременно с инициаторами процесса, или в растворе, когда реакция проводится в среде растворителя.
Полимеризация в блоке относительно трудно поддается регулированию из-за высокой экзотермичности процесса.
Во время полимеризации нужно точно регулировать температурный режим реакции а также вязкость реакционной массы, с целью улучшения массопередачи.
Отвод тепла через стенку реактора, охлаждение реакционный смеси свежим газом путем частичного дополнительного ввода в реактор, снижение температуры поступающую на полимеризацию этилена — все эти меры не обеспечивают достаточного теплоотвода для того, чтобы этилен заполимеризовался на 100%. Чтобы не допустить большого тепловыделения, при котором произойдет тепловое разложение этилена, производится искусственное торможение реакции на стадии, соответствующей 15-20% -ной степени превращения (в лучшем случае 30% -ной).
Непрореагировавший этилен отделяют и возвращают в рецикл. Таким образом, принципы, на которых основана полимеризация этилена при высоком давлении, достаточно просты, но процесс специфичен и требует сложного оборудования, контрольно-измерительных приборов и автоматики. [2]
3.3 Основная технологическая схема промышленной установки
Технологическая схема производства полиэтилена с использованием сжиженного этилена представлена на рис. 2
Рассматриваемая ниже технологическая схема производства полиэтилена осуществляются в одну стадию, когда все материальные потоки движутся непрерывно по одной нитке, включая и непрерывную переработку полимера в товарный полиэтилен.
Свежий этилен высокой степени чистоты, пройдя расходометр 1 и газоанализатор 2, сжимается поршневым компрессором 3, при этом плотность его достигает плотности легких жидких углеводородов (400-500 кг/м3), и направляется через концевой холодильник 4 в прибор конденсации этилена 5, откуда вместе с газом рецикла поступает в хранилище 6 сжиженного свежего и возвратного этилена.
Сжиженный этилен из хранилища забирается и направляется на пропиленовую холодильную установку для «переохлаждения». Переохлажденный этилен подается к многоступенчатому центробежному насосу 7, в котором он сжимается до промежуточного давления — давления всасывания насосов высокого давления. Перед поступлением в систему высокого давления этилен пропускается через ряд фильтров, в которых удаляются примеси. Во всасывающий трубопровод насосом высокого
давления вводят добавки, катализаторы и воздух (при кислородном инициировании).
Этилен, содержащий добавки и катализатор, поступает в общий коллектор, питающий четыре одинаковых насоса высокого давления 8, работающие параллельно. Сжатие этилена производится до предельного давления 150-270 МПа. Этилен после сжатия в насосах высокого давления подается в реактор 9 в одну или несколько точек (200°С).
На выходе из насосов и на выходе в реактор давление замеряется специальными тензиметрами. Они показывают и регистрируют давление. Для автоматического сброса этилена в атмосферу в случае повышения давления выше заданного устанавливается аварийно-выпускной клапан.
Реактор состоит из ряда длинных горизонтально расположенных труб высокого давления, снабженных водяными рубашками. Эти трубы имеют очень высокое отношение длины к диаметру. При превышении заданной температуры в реакторе автоматически приводится в действие система клапанов для ускорения отвода тепла, что практически исключает возможность теплового разложения этилена.
Отделение полученного полиэтилена от непрореагировавшего этилена производится в большом вертикальном сборнике полимера с паровой рубашкой 10. Уровень полимера в аппарате контролируется и регулируется специальным уровнемером с радиоактивным элементом.
Расплавленный полиэтилен из сборника поступает в экструдер 11 и пропускается через гранулятор, наполненный водой. Образующаяся суспензия гранул и воды направляется на сито 12 и затем на центробежную сушилку 13. Высушенный полимер самотеком поступает в один из двух сборников-бункеров.
Из сборника продукта горячий газ, пройдя котел-утилизатор 14, охлаждается в водяном холодильнике 15. Отделение от низкомолекулярных полимеров производится в сепараторах 16. Очищенный в ловушках, наполненных стеклянной ватой 17, газ поступает в колонку, в которой от него отделяется масло и добавки. После сжижения этилен 5 направляется в хранилище 6. Регенерированные добавки из колонны подаются на смешение с этиленом в насос высокого давления 8. [4]
Существуют различные методы повышения эффективности производства полиэтилена. Оно должно осуществляться путем внедрения агрегатов большой единичной мощности и интенсификации производства на основе научно-технического прогресса. Увеличение производительности реакторов за счет интенсификации и повышения эффективности их работы не требует больших капитальных затрат и осуществляется путем совершенствования конструкции реакционных устройств и оптимизации технологического прогресса полимеризации.
Эффективное повышение производительности единицы реакционного объема возможно путем увеличения превращения этилена за проход, на которое в основном влияют следующие факторы:
1) снижение температуры газа, поступающего на полимеризацию;
2) повышение температуры в реакционной зоне;
3) повышения давления (для создания гомогенной реакционной среды и увеличения концентрации этилена);
4) лучший отвод тепла реакции, как за счет лучшей теплопередачи через стенку, так и за счет лучшей теплопередачи через стенку, так и за счет более совершенного распределения свежего газа по длине реактора;
5) Использование более эффективных инициаторов полимеризации;
6) Лучшее перемешивание реакционной массы;
7) Повышение чистоты исходного этилена;
8) Совершенствование конструкций реакционных устройств и технологических схем. [2]
Интересно также утилизация и переработка отработанного полиэтилена, например тары. Полиэтиленовая тара используется во многих отраслях промышленности: косметической, химической, пищевой и др. Для вторичного использования полиэтилена, тару, из-под разных продуктов, необходимо измельчить, высушить, переплавить в условиях вакуума и гранулировать. Однако такой полиэтилен обладает меньшим показателем относительного растяжения, т.е. он менее прочен, а его состав менее однороден. Эти недостатки устраняются добавлением в него смазывающих веществ. [7]
4. Контроль качества полиэтилена
4.1 Показатели качества полиэтилена
производство полиэтилен ассортимент рынок
Контроль качества полиэтилена проводят как при самом производстве материала (в реакторе, на выходе из реактора, в экструдоре-грануляторе), так и в лаборатории уже готового продукта. Оценивают качество полиэтилена по таким показателям:
- Плотность;
- Молекулярная масса;
- Показатель текучести расплава;
- Вязкость;
- Разброс показателей текучести расплава в пределах партии;
- Количество включений;
- Технологическая проба на внешний вид пленки;
- Стойкость к растрескиванию;
- Предел текучести при растяжении;
- Прочность при разрыве;
- Относительное удлинение при разрыве;
- Массовая доля экстрагируемых веществ;
- Запах и привкус водных вытяжек;
- Стойкость к термоокислительному старению;
- Стойкость к фотоокислительному старению (методом облучения, по массовой доле сажи, по равномерности распределения сажи);
- Массовая доля летучих веществ.
Основными, из перечисленных показателей, по которым проводится обязательный контроль качества, являются молекулярная масса полиэтилена, его плотность, вязкость, показатель текучести расплава. В таблице 3 представлены нормы показателей качества для нескольких базовых марок.
Таблица 3 Показатели качества базовых марок полиэтилена
|
Наименование показателя |
Норма для марки |
||||
|
10204-003 |
10604-007 |
10703-020 |
16904-040 |
||
|
1. Плотность, г/см |
0,9230±0,001 |
0,9235±0,0015 |
0,9185±0,0015 |
0,9240±0,0015 |
|
|
2. Показатель текучести расплава (номинальное значение) с допуском, %, г/10 мин |
0,3±15 |
0,7±20 |
2,0±10 |
4,0±25 |
|
|
3. Разброс показателей текучести расплава в пределах партии, %, не более: Высшего сорта 1-го сорта 2-го сорта |
±5 ±8 ±10 |
±5 ±10 ±10 |
±5 ±8 ±12 |
±6 ±12 ±15 |
|
|
4. Количество включений, шт., не более: Высшего сорта 1-го сорта 2-го сорта |
2 5 10 |
2 5 12 |
2 5 15 |
2 8 30 |
|
|
5. Технологическая проба на внешний вид пленки: Высшего сорта 1-го сорта 2-го сорта |
С С С |
В В С |
— |
В В С |
|
|
6. Стойкость к растрескиванию, ч, не менее |
500 |
5 |
2,5 |
— |
|
|
7. Предел текучести при растяжении, Па (кгс/см), не менее |
113 (115) |
108 (110) |
93 (95) |
108 (110) |
|
|
8. Прочность при разрыве, Па (кгс/см), не менее |
147 (150) |
142 (145) |
122 (125) |
103 (105) |
|
|
9. Относительное удлинение при разрыве, %, не менее |
600 |
550 |
550 |
500 |
|
|
10. Массовая доля экстрагируемых веществ, %, не более: высшего сорта 1-го и 2-го сорта |
1,4 1,7 |
1,4 1,7 |
0,9 1.1 |
0,4 0,4 |
|
|
11. Запах и привкус водных вытяжек, балл, не выше |
1 |
1 |
1 |
1 |
|
|
12 Стойкость к термоокислительному старению, ч, не менее |
8 |
4 |
6 |
8 |
|
|
13. Стойкость к фотоокислитель- ному старению: методом облучения ч, не менее: по массовой доле сажи, % по равномерности распределения сажи |
— |
— |
— |
500 2,0± 0,2- |
|
|
14. Массовая доля летучих веществ, %, не более: Высшего сорта 1-го и 2-го сорта |
— |
— |
— |
0,07 0,1 |
|
4.2 Методы определения качества
Определение молекулярной массы:
Полиэтилен имеет линейное строение и может растворяться в подходящих растворителях.
Молекулярная масса линейных полимеров лежит в интервале 103—107, причем образующиеся в процессе полимеризации макромолекулы полиэтилена имеют разные молекулярные массы, поэтому растворы полиэтилена представляют собой полидисперсные системы, а определяемая экспериментально молекулярная масса является только средней статистической величиной. [5]
Молекулярная масса сшитых фракций полиэтилена может быть очень большой. Она определяется степенью сшивания, т.е. средней «молекулярной массой» между узлами сшивания. Степень сшивания можно оценить по степени набухания полимера в растворителях.
Молекулярную массу полимеров можно определить различными методами, причем каждый метод применим для измерения молекулярных масс, лежащих в соответствующих интервалах.
Все эти методы, за исключением метода «концевых групп», основаны на изменении каких-либо свойств разбавленных растворов полимеров пропорционально числу молекул растворенного вещества; для определения молекулярной массы такими методами требуется сложная аппаратура. Поэтому на заводах до настоящего времени обычно применяют наиболее простой и быстрый вискозиметрический метод и молекулярную массу вычисляют из найденного значения вязкости раствора.
Метод определения концевых групп. Если на концах макромолекулы имеются функциональные группы, которые можно определить химическим методом, то на основании данных химического анализа можно вычислять среднечисловую молекулярную массу полимера. Так как в образце полимера с высокой молекулярной массой относительное число концевых групп очень мало, то точность их определения невелика. Этим методом определяют молекулярную массу до 3·104.
Эбуллиоскопия и криоскопия. В этих методах молекулярная масса рассчитывается по повышению температуры кипения или понижению температуры замерзания растворов полимера. Поскольку изменения температуры здесь очень малы, то и точность этих методов также невелика.
При применении эбуллиоскопического метода применяют растворитель с невысокой температурой кипения во избежание деструкции полимера. Выбор растворителя для криоскопического метода еще более затруднен, так. как макромолекулы полимера могут выпадать из растворителя до достижения температуры замерзания растворителя или вместе с растворителем. Интервал определения молекулярной массы 2·104-3·104.
Метод осмотического давления. При использовании этого метода значительные сложности возникают при изготовлении полупроницаемых мембран, способных пропустить молекулы растворителя и задержать макромолекулы с молекулярной массой до 30 000 (применение осмотического метода для полимеров с более низкой массой не надежно).
Интервал определения молекулярной массы 104-106.
Метод светорассеяния. Световой луч, проходя через прозрачную среду, частично рассеивается. Метод основан на том, что чистый растворитель и раствор полимера имеют разные степени светорассеяния. Полученная молекулярная масса является среднемассовой молекулярной массой. Интервал определения молекулярной массы 104-107.
Метод осаждения (или седиментации) в ультрацентрифуге. При отстаивании суспензии постепенное осаждение частиц и по скорости осаждения можно вычислить массу частиц суспензированного вещества, если использовать очень сильное центробежное поле, в ультрацентрифуге. Частота вращения ротора центрифуги должна быть не менее 1000 об/с. По скорости, осаждения можно вычислить не только молекулярную массу полимера, но и распределение по молекулярным массам. Интервал определения молекулярных масс 104-107.
Метод вискозиметрии. Наиболее простым и удобным методом определения молекулярной массы является вискозиметрический метод. Молекулярная масса вычисляется по эмпирическому уравнению, связывающему вязкость раствора, вязкость растворителя и концентрацию полимера. Вычисленная по вязкостной характеристике молекулярная масса называется средневязкостной молекулярной массой и выражается обычно значением ее логарифма. [2]
Определение показателя текучести расплава: аппарат для определения ПТР (ГОСТ 11645—73) представляет собой шприцующий пластомер, внутренний диаметр сопла которого равен 2,09 мм, со штоком и грузом на нем, равным 2,16 кг, термопарой для замера температуры расплава, которая при определении индекса поддерживается постоянной 463 К ± 0,5 (190 ± 0,5°С).
Масса материала в граммах, выдавленная в течение 10 мин при этих условиях, называется показателем текучести расплава. Низкий индекс расплава соответствует высокому внутреннему трению, присущему материалу с высокой молекулярной массой. Таким образом, определяемый данным методом показатель текучести расплава позволяет, с известным приближением вследствие недостаточной точности измерения, классифицировать сорта полиэтилена по размеру молекул полимера. [10]
Определение кажущейся плотности (объемной массы):
Метод обмера и взвешивания. Метод заключается в определении плотности вещества по отношению массы образца к его объему, определенному непосредственным взвешиванием и обмером. Можно измерять объем другими методами, например по вытесненному объему жидкости для образцов неправильной или трудно измеряемой формы. Метод применяется для определения плотности (объемной массы) изделий и полуфабрикатов (стержни, бруски, трубы) и обеспечивает точность измерения до 0,5% при точности измерения объема 0,3% и массы 0,2%.
Метод гидростатического взвешивания. Метод заключается в сравнении масс одинаковых объемов испытуемого вещества и жидкости известной плотности (например, дистиллированной воды).
Метод предназначен для определения плотности (объемной массы) формованных изделий (стержни, бруски, трубки); он обеспечивает точность измерения до 0,1%.
Пикнометрический метод. Метод состоит в сравнении масс одинаковых объемов испытуемого вещества и жидкости известной плотности. Метод применяется для определения плотности формованных изделий, пресс-порошковых гранул, хлопьев; он обеспечивает точность измерения до 0,05%.
Флотационный метод заключается в сравнении плотности образца с плотностью известной жидкости в момент перехода образца во взвешенное состояние. Метод применяется для определения плотности пластмасс (преимущественно полиолефинов) в виде гранул и любых формованных изделий, В качестве рабочей жидкости используют, смесь этиловый спирт — вода. Метод пригоден для определения плотности полимеров от 910 кг/м 3 (0,9100 г/см3 ) с точностью до 0,0002 г/см3 .
Метод градиентной колонки основан на сравнении глубины погружения испытуемого образца и жидкости известной плотности в цилиндре или в трубке с раствором, у которого плотность изменяется по высоте («градиентная колонка»).
Метод применяется для определения плотности изделий в виде пленок, гранул, волокон, а также любых формованных изделий. Точность этого метода зависит от перепада плотности жидкости по высоте градиентной колонки. При «чувствительности» колонки 0,0001 к/см 3 на миллиметр точность метода достигает 0,05%. [2]
Выводы
В настоящее время полиэтилен, как низкой, так и высокой плотности широко распространен на рынке, основная часть которых приходится на тару и упаковку различных видов продукции. Поэтому необходимо уделять достаточно много внимания качеству и свойствам этого материала.
В ходе проделанной работы я узнала, что полиэтилен, изготавливаемый при высоком давлении имеет низкую плотность и относится к группе термопластичных полимеров. Он обладает химической инертностью, легкостью и прочностью, способностью растягиваться. Такие качества определили сферу его применения, где полиэтилен используется в виде пленок, упаковочного материала, антикоррозионных покрытий, электроизоляционным материалов для кабелей, им пропитывают ткань и бумагу.
Сырьем для полиэтилена служит этилен и катализаторы. Но в чистом виде он выпускается редко. Многообразие его марок объясняется введением в полиэтилен добавок, таких как наполнители, пластификаторы, связывающие вещества, отвердители, красители, стабилизаторы, смазывающие вещества. Добавки придают полиэтилену определенные специфические свойства и улучшают его качество.
Также я узнала, что полимеризация полиэтилена идет при повышенных температуре и давлении и, чтобы не допустить теплового разложения этилена либо торможения реакции, нужен постоянный контроль. Поэтому в производстве используется большое количество контрольно-измерительных приборов и автоматика.
Основными показателями, по которым характеризуется полиэтилен являются его молекулярная масса, плотность и текучесть расплава. По этим показателям определяют качество полиэтилена в лабораториях, а также на самом производстве: в реакторе, непосредственно на выходе из реактора, готовых гранул полиэтилена.
Технология полиэтилена требует точного соблюдения регламента производства, учета влияния технологических параметров на свойства готового продукта, строго организационного процесса. Только при таком подходе можно получить качественный материал.
Необычайно актуальной темой на сегодняшний момент стала утилизация отработанного полиэтилена, так как он сам не разлагается и загрязняет окружающую среду. Ученые уже разработали несколько методов вторичного применения полиэтилена, что возможно благодаря его термопластичным свойствам. Однако затруднение составляет необходимость наличия мощного оборудования и рассортировка отходов.
Список литературы
[Электронный ресурс]//URL: https://inzhpro.ru/kursovaya/proizvodstva-polietilena/
1. Шифрина В., Статский Н. Полиэтилен высокого давления. Справочное руководство — Гостхимиздат, 1975 г. — с. 45-50.
2. Голосов А.П., Динцес А.И. Технология производства полиэтилена и полипропилена. Учебное пособие. — М.: Химия, 1978 г. — 340 с.
3. Каварновский С.Н., Козлов В.Н. Технологические схемы процессов основного органического синтеза. Методы производства исходных продуктов высокомолекулярных соединений. К.: Горький, 1968 г. — с. 122-124.
4. Т.М. Томилина, Л.М. Заболотникова, В.В. Вакуш, И.А. Мочальник, Н.П. Гришина. Основы технологии важнейших отраслей промышленности: в 2 ч. Ч. 2: Учеб. Пособие для вузов; Под ред. И.В. Ченцова, В.В. Вашука. — Мн.: Выш. шк., 1989 г. — с. 79
5. Ю. Ковальов. Обзор украинского рынка полиэтилена. Журнал «Полимеры-деньги». Под ред. В. Кузовенко. — 2006 г. №8 — с. 19-22.
6. О.П. Мантуло, И.М. Новиков. Вжита полімерна тара з ПЕТ, шляхи переробки. Журнал «Хімічна промисловість України» Под ред. Ю.М. Сидоренко — 2006 №1 — с. 51-53.
7. І.О. Мікульонок. Термопластичні композитні матеріали та їх наповнювачі, класифікація та загальні відомості. Журнал «Хімічна промисловість України» Под ред. Ю.М. Сидоренко — 2005 №5 — с. 30-39.
8. ГОСТ 16337-77 Полиэтилен высокого давления. Технические условия. Введ. 01.01.1979 — М.: ИПК Издательство стандартов — 1979 г. — с. 70
9. ГОСТ 11645-73 Пластмассы. Методы определения показателя текучести расплава термопластов. Введ. 01.01.1975 — М.: Издательство стандартов. 1975 г. — с. 12
