В истории науки некоторые открытия происходили случайно, а востребованные сегодня материалы часто являлись побочным продуктом какого-либо опыта. Совершенно случайно были открыты анилиновые красители для ткани, давшие впоследствии экономический и технический прорыв в легкой промышленности. Похожая история произошла и с полиэтиленом.

Открытие материала

Первый случай получения полиэтилена произошел в 1898 году. В ходе разогревания диамезотана химик немецкого происхождения Ганс фон Пехман обнаружил не дне пробирки странный осадок. Материал был достаточно плотным и напоминал воск, коллеги ученого назвали его полиметиллином. Дальше случайности у этой группы ученых дело не пошло, результат был почти забыт, интереса ни у кого не возникло. Но все же идея повисла в воздухе, требуя прагматичного подхода. Так и случилось, через тридцать с лишком лет полиэтилен был вновь открыт как случайный продукт неудачного эксперимента.

Англичане подхватывают и выигрывают

Современный материал полиэтилен появился на свет в лаборатории английской компании Imperial Chemical Industries. Э. Фоссет и Р. Джибсон проводили эксперименты с участием газов высокого и низкого давления и заметили, что один из узлов техники, в которой проводились опыты, покрылся неизвестным восковидным веществом. Заинтересовавшись побочным эффектом, они совершили несколько попыток получить вещество, но безуспешно.

Синтезировать полимер удалось М. Перрину, сотруднику той же компании, через два года. Именно он создал технологию, послужившую основой для промышленного производства полиэтилена. В дальнейшем свойства и качества материала изменялись лишь с помощью применения различных катализаторов. Массовое производство полиэтилена началось в 1938 году, а запатентован он был в 1936 году.

Сырье

Полиэтилен - это твердый полимер белого цвета. Относится к классу органических соединений. Из чего делают полиэтилен? Сырьем для его получения является газ этилен. Газ полимеризуют при высоком и низком давлении, на выходе получают гранулы сырья для дальнейшего использования. Для некоторых технологических процессов полиэтилен производится в виде порошка.

Основные виды

На сегодняшний день полимер выпускается двух основных марок ПВД и ПНП. Материал, изготовленный при среднем давлении относительного новое изобретение, но в перспективе количество выпускаемого продукта будет неизменно расти в связи с улучшающимися характеристиками и широким полем для применения.

Для коммерческого использования производят следующие виды материала (классы):

Низкой плотности или другое название - высокого давления (ПЭВД, ПВД).
Высокой плотности, или низкого давления (ПЭНП, ПНП).
Линейный полиэтилен, или полиэтилен среднего давления.

Также существуют другие виды полиэтилена, каждый из которых имеет свои свойства и сферу применения. В гранулированный полимер в процессе производства добавляются различные красители, позволяющие получить черный полиэтилен, красный или любого другого цвета.

ПВД

Производством полиэтилена занимается химическая промышленность. Газ этилен - основной элемент (из чего делают полиэтилен), но не единственный, требующийся для получения материала.

Температура нагревания составляет до 120 °С.
Режим давления до 4 МПа.
Стимулятор процесса - катализатор (Циглера-Натта, смесь хлорида титана с мелаллоорганическим соединением).

Процесс сопровождается выпадением полиэтилена в виде хлопьев, которые потом проходят процесс отделения от раствора с последующей грануляцией.

Этот вид полиэтилена характеризуется более высокой плотностью, устойчивостью к нагреванию и разрыву. Сферой применения являются различные виды упаковочных пленок, в том числе для фасовки горячих материалов/продуктов. Из гранулированного сырья этого типа полимера изготавливают детали для крупногабаритных машин методом литья, изоляционные материалы, трубы повышенной прочности, товары народного потребления и пр.

Полиэтилен низкого давления

Производство ПНП имеет три способа. Большинство предприятий использует метод «суспензионной полимеризации». Процесс получения ПНП происходит с участием суспензии и постоянном перемешивании исходного сырья, для запуска процесса требуется катализатор.

Вторым по распространенности способом производства является полимеризация в растворе под воздействием температуры и участии катализатора. Метод не слишком эффективен, поскольку в процессе полимеризации катализатор вступает в реакцию, и конечный полимер теряет часть своих качеств.

Последним из способов производства ПНП является газофазная полимеризация, она почти ушла в прошлое, но иногда встречается на отдельных предприятиях. Процесс происходит с помощью смешивания газовых фаз сырья под воздействием диффузии. Конечный полимер получается с неоднородной структурой и плотностью, что сказывается на качестве готового продукта.

Производство происходит при следующем режиме:

Температура поддерживается на уровне от 120°C до 150°C.
Давление не должно превышать 2 МПа.
Катализаторы процесса полимеризации (Циглера-Натта, смесь хлорида титана с мелаллоорганическим соединением).

Материал такого способа изготовления характеризуется жесткостью, высокой плотностью, малой эластичностью. Поэтому сферой его применения является промышленность. Технический полиэтилен применяется для изготовления крупногабаритных емкостей с повышенными характеристикам прочности. Востребован в строительной сфере, химической промышленности, для производства ТНП он почти не применяется.

Свойства

Полиэтилен устойчив к воздействию воды, ко многим видам растворителей, кислотам не вступает в реакцию с солями. При горении выделяется запах парафина, наблюдается свечение голубого оттенка, огонь слабый. Разложение происходит при воздействии азотной кислоты, хлора и фтора в газообразном или жидком состоянии. При старении, которое происходит на воздухе, в материале образуются поперечные связи между цепями молекул, что делает материал хрупким, крошащимся.

Потребительские качества

Полиэтилен - уникальный материал, привычный в быту и производстве. Вряд ли рядовой потребитель, сможет определить с каким количеством предметов из него он сталкивается ежедневно. В мировом выпуске полимеров полиэтилен занимает львиную долю рынка - 31% от общего валового продукта.

В зависимости от того, из чего сделан полиэтилен и технологии производства, определяются его качества. Этот материал соединяет порой противоположные показатели: гибкость и прочность, пластичность и твердость, сильное растяжение и устойчивость к разрыву, устойчивость к агрессивным средам и биологическим агентам. В быту мы используем пакеты различной плотности, одноразовую посуду, полиэтиленовые крышки, детали бытовых приборов и многое другое.

Области применения

Применение изделий из полиэтилена не имеет ограничений, любая отрасль промышленности или человеческой деятельности сопровождается этим материалом:

Наибольшее распространение полимер получил в изготовлении упаковочных материалов. На эту часть применения приходится около 35% всего производимого сырья. Такое использование оправдано грязеооталкивающими свойствами, отсутствием среды для возникновения грибкового поражения и жизнедеятельности микроорганизмов. Одна из удачных находок - рукав полиэтиленовый, имеющий широкое применение. Варьируя по собственному усмотрению длину, пользователь ограничен лишь шириной упаковки.
Помня, из чего сделан полиэтилен, становится понятным, почему он получил распространение как один из лучших изоляционных материалов. Одним из его востребованных в этой сфере качеств стало отсутствие электропроводимости. Также незаменимы его свойства водоотталкивания, что нашло применение в производстве гидроизоляционных материалов.
Устойчивость к разрушительной силе воды, как растворителя, позволяет изготавливать трубы из полиэтилена для бытовых и промышленных потребителей.
В строительной отрасли используются шумоизолирующие качества полиэтилена, его низкая теплопроводность. Эти свойства пригодились при изготовлении на его основе материалов для утепления жилых и промышленных объектов. Полиэтилен технический используется для изоляции тепловых трасс, в машиностроении и пр.
Не менее устойчив материал к агрессивным средам химической промышленности, трубы из полиэтилена применяются в лабораториях и химических производствах.
В медицине полиэтилен полезен в виде перевязочных материалов, протезов конечностей, используют его в стоматологии и т.д.

Способы переработки

В зависимости от того каким способом было переработано гранулированное сырье, будет зависеть какой марки полиэтилен будет получен. Распространенные способы:

Экструзия (выдавливание). Применяется для упаковочных и других видов пленок, листового материала для строительства и отделки, изготовления кабелей, производится рукав полиэтиленовый и прочие изделия.
Литье, способом. В основном используется для изготовления упаковочных материалов, боксов и т.д.
Экструзионно-выдувной, ротационный. С помощью этого способа получают объемные емкости, крупногабаритную тару, сосуды.
Армирование. По определенной технологии в формируемую массу полиэтилена закладываются усиливающие элементы (металл), что позволяет получить строительный материал повышенной прочности, но с меньшей стоимостью.

Из чего делают полиэтилен, кроме основных составляющих веществ? Обязательным является катализатор процесса и добавки, меняющие свойства, качества готового материала.

Вторичная переработка

Стойкость полиэтилена - это его плюс в качестве потребительского товара и его минус, как одного из главных загрязняющих окружающую среду факторов. На сегодняшний день важным становится переработка отходов - рециклинг. Все марки полиэтилена могут быть утилизированы и повторно превращены в гранулированное сырье, из которого можно делать множество востребованных товаров народного и промышленного потребления.

Полиэтиленовые крышки, пакеты, бутылки будут разлагаться на свалке не одну сотню лет, а накопленные отходы отравляют природные жизненно важные ресурсы. Мировая практика демонстрирует рост количества перерабатывающих полиэтилен предприятий. Собирая фактически мусор, в таких компаниях проводят его санацию, дробят. Таким образом, происходит экономия ресурсов, охрана окружающей среды и производство востребованной продукции.

Полиэтилен - полимер , синтезируемый путем полимеризации этилена в различных условиях и при разных катализаторах. В зависимости от температуры, давления и присутствия разных катализаторов возможно получение материалов с принципиально различными свойствами.

Сырье для изготовления полиэтилена

Мономер - этилен. Представляет собой простейший олефин (или алкен), при комнатной температуре это бесцветный горючий газ, который легче воздуха.
Вещества, необходимые для прохождения реакции. Для полиэтилена высокого давления (ПВД) может применяться кислород или пероксид в качестве инициатора реакции полимеризации. Для полиэтилена низкого давления (ПНД) используют катализаторы Циглера - Натты.
Другие мономеры, которые могут участвовать в реакции при изготовлении сополимеров этилена с улучшенными свойствами. Например, бутен или гексен.
Присадки и вспомогательные вещества, которые модифицируют итоговые товарные свойства материала. К примеру, некоторые присадки увеличивают долговечность материала, некоторые - ускоряют процесс кристаллизации и т.п.

На практике встречается три вида полиэтилена: низкого, среднего и высокого давления. Принципиальная разница существует между материалом низкого и высокого давления, полиэтилен среднего давления можно считать разновидностью ПНД. Потому рассматривать стоит два кардинально различных процесса полимеризации:

Полиэтилен высокого давления (или низкой плотности) получают при температуре не менее 200 °C, при давлении от 150 до 300 МПа, в присутствии инициатора кислорода. В промышленных условиях применяют автоклавы и трубчатые реакторы. Полимеризация проходит в расплаве. Получаемое жидкое сырье гранулируют, на выходе получают небольшие белые гранулы.
Полиэтилен низкого давления (или высокой плотности) изготавливается при температуре 100 — 150 °C при давлении до 4 МПа. Обязательное условие прохождения реакции - присутствие катализатора Циглера – Натты, в промышленных условиях чаще всего применяется смесь хлорида титана и триэтилалюминий или другие алкилпроизводные вещества. Чаще всего полимеризация проходит в растворе гексана. После прохождения полимеризации вещество проходит грануляцию в вакуумных условиях, приобретая товарную форму.

Технология производства линейного полиэтилена средней плотности и низкой плотности

Отдельно следует сказать о производстве линейного полиэтилена . Он отличается от обычного полимера тем, что имеет особую структуру: большое количество коротких молекулярных цепочек, дающих материалу особые свойства. Продукт сочетает эластичность, легкость и увеличенную прочность.

Процесс производства предполагает присутствие других мономеров для реакции сополимеризации, чаще всего - бутена или гексена, в редких случаях - октена. Наиболее эффективный способ производства - полимеризация в жидкой фазе, в реакторе с температурой около 100 °C. Для повышения плотности линейного полиэтилена применяют металлоценовые катализаторы.

Ключевой особенностью молекулярной структуры полиэтилена высокого давления, как отмечают специалисты компании Алита, является разветвленность полимерных связей, что приводит к формированию аморфной кристаллической структуры и снижению плотности.

Свойства полиэтилена высокой плотности (HDPE):

молекулярная масса: (50-1000)*10^3
степень кристалличности: 70-90%
показатель текучести расплава (г/10 мин при 230 градусах): 0,1-15
температура стеклования: -120 градусов
температура плавления: 130-140 градусов
плотность: 0,94-0,96 г/см3
усадка (при производстве готовых изделий): 1,5-2,0%.

Химические свойства

Для полиэтилена обоих видов характерны низкая паро- и газопроницаемость и высокая химическая стойкость, зависящая от плотности и молекулярной массы полимера.

Полиэтилен не вступает в химические реакции со щелочами, в том числе концентрированными, и с растворами солей. Он устойчив к карбоновым кислотам, концентрированной соляной кислоте, плавиковой кислоте и ряду других кислот, к щелокам и растворителям, спиртам и бензину, маслам и овощным сокам.

К разрушению полиэтилена приводит воздействие 50-процентной азотной кислоты, хлора и фтора. Более тяжелый галоген - бром диффундирует сквозь полиэтилен, также как и йод. В органических растворителях полиэтилен не растворяется, однако может набухать.

Физические свойства

Полиэтилен эластичен и ударостоек, не ломается при изгибе. Является диэлектриком и обладает низкой поглотительной способностью. Не имеет запаха, физиологически нейтрален.

Полиэтилен высокого давления - мягкий материал, полиэтилен низкого давления - более жесткий, вплоть до твердого.

Эксплуатационные качества

Полиэтилен сохраняет свою полимерную структуру при нагревании в вакууме или инертном газе, однако на воздухе деструктуризация полимера начинается уже при температуре 80 градусов.

Для полиэтилена характерен эффект фотостарения под влиянием ультрафиолета (в частности, под действием прямых солнечных лучей). Поэтому при изготовлении полиэтиленовых изделий, которые могут подвергаться длительному воздействию солнечного света, применяются фотостабилизаторы - от обычной сажи до высокоэффективных производных бензофенона.

В обычном состоянии полиэтилен экологически безвреден, поскольку не выделяет в окружающую среду никаких опасных и вредных веществ.

Основные виды полиэтилена и сополимеров этилена, которые в настоящее время производятся мировой нефтехимической промышленностью:

Полиэтилен

Полиэтилен высокой плотности (полиэтилен низкого давления) - HDPE.
Полиэтилен низкой плотности (полиэтилен высокого давления) - LDPE.
Линейный полиэтилен низкой плотности - LLDPE.
Металлоценовый линейный полиэтилен низкой плотности - mLLDPE, MPE.
Полиэтилен средней плотности - MDPE.
Высокомолекулярный полиэтилен - HMWPE VHMWPE.
Сверхвысокомолекулярный полиэтилен - UHMWPE.
Вспенивающийся полиэтилен - EPE.
Хлорированный полиэтилен - PEC.

Сополимеры этилена

Сополимер этилена и акриловой кислоты - EAA.
Сополимер этилена и бутилакрилата - EBA, E/BA, EBAC.
Сополимер этилена и этилакрилата - EEA.
Сополимер этилена и метилакрилата - EMA.
Сополимер этилена и метакриловой кислоты, Сополимер этилена и метилметилакрилата - EMAA.
Сополимер этилена и метил-метакриловой кислоты - EMMA.
Сополимер этилена и винилацетата - EVA, E/VA, E/VAC, EVAC.
Сополимер этилена и винилового спирта - EVOH, EVAL, E/VAL.
Полиолефиновые пластомеры - POP, POE.
Тройные сополимеры этилена - Ethylene terpolymer.

Сферы использования полиэтилена

Несмотря на то, что прогресс не стоит на месте и ежегодно появляются новые полимерные материалы с выдающимися свойствами, полиэтилен по-прежнему остается самым широко распространенным полимером в мире.

Для изготовления конечной продукции из гранул полиэтилена могут использоваться любые доступные методы переработки пластмасс. И большинство из этих методов не требует узкоспециального оборудования. Этим полиэтилен выгодно отличается, например, от поливинилхлорида (ПВХ).

Метод экструзии позволяет производить полиэтиленовые пленки самого различного назначения, листовой полиэтилен, трубы и кабели. Экструзионно-выдувным способом изготавливаются емкости и сосуды (в частности, пластиковые бутылки). Для производства объемных и полых изделий, в том числе упаковочных материалов, различной тары, материалов бытового назначения, игрушек, применяются литье под давлением, ротационный метод, термо-вакуумное формование.

Сшитый полиэтилен, хлорсульфированный и вспененный полиэтилен находят широкое применение в строительстве. Полиэтилен с металлическим армированием, как отмечают специалисты компании Алита, может применяться в качестве конструкционного строительного материала.

Полиэтилен можно сваривать любыми способами - контактной сваркой, трением, присадочным прутком, горячим газом. Это значительно расширяет возможности его применения в самых разных отраслях промышленности и строительства. Диэлектрические свойства полиэтилена особенно ценны для кабельной промышленности, а также при изготовлении электрических приборов и электронных устройств.

Но, вне всякого сомнения, важнейшая сфера применения полиэтилена - это упаковка. Разные виды этого материала пригодны как для промышленной и оптовой, так и для розничной упаковки товаров и грузов. Полиэтилен применяется для упаковки и расфасовки промышленных и пищевых товаров. С одной стороны - он дешев, а с другой - отлично защищает упакованную продукцию от любых внешних воздействий в пути и во время хранения, а в розничной торговле - позволяет эффектно показать товар лицом благодаря прозрачности и доступности декоративных эффектов.

Существует множество пигментов, предназначенных для окрашивания полиэтилена и упаковка, а также другие изделия из цветного полиэтилена пользуются широкой популярностью.

В наши дни, как отмечают специалисты компании Алита, для полиэтилена открываются все новые области использования. Создание сверхвысокомолекулярного полиэтилена открыло полимерам дорогу в те сферы, где раньше могли применяться только металлы или керамика.

Полиэтилен сверхмолекулярной структуры обладает уникальными свойствами. Он исключительно прочен и может эксплуатироваться при температурах от -260 до +120 градусов. При этом у него крайне низкий коэффициент трения и чрезвычайно высокая износостойкость. Поэтому сверхвысокомолекулярный полиэтилен - идеальный материал для изготовления деталей вращающихся устройств - валов, роликов, шестерен, втулок. Применяется он также в строительстве.

Новые разновидности полиэтилена совершили настоящий переворот в медицине. Из них изготавливаются долговечные протезы суставов и костей, которые не отторгаются организмом и позволяют длительное время сохранять подвижность и нормальное качество жизни людям с тяжелыми травмами и заболеваниями опорно-двигательного аппарата.

Ценным достоинством полиэтилена (в том числе по сравнению с ПВХ и многими другими полимерами) является простота его рециклинга, то есть вторичной переработки. При налаженной системе сбора вторсырья можно значительно снизить загрязнение окружающей среды остатками использованного полиэтилена. Практически весь полиэтилен может быть возвращен в производство. При этом сокращается потребление первичного нефтехимического сырья, которое, как известно, в последние годы постоянно дорожает.

С тех пор, как полиэтилен вошел в повседневный быт людей по всему миру, он стал одним из символов комфортной жизни. И вряд ли какие-то другие материалы в ближайшее время перехватят у него пальму первенства среди полимеров. Слишком много достоинств и преимуществ соединяет в себе этот удивительный материал.

	ПВД Полиэтилен/Термопласты общего назначения	ПНД Полиэтилен/Полиолефины/Термопласты общего назначения
Структура	Кристаллизующийся материал.	Кристаллизующийся материал.
Температура эксплуатации	Материал с кратковременной теплостойкостью отдельных марок до 110 °C. Допускает охлаждение до -80 °C. Температура плавления марок: 120 - 135 °C.	Материал с кратковременной теплостойкостью без нагрузки до 60 °C (для отдельных марок до 90 °C). Допускает охлаждение (различные марки в диапазоне от -45 до -120 °C).
Механические свойства	Характеризуется хорошей ударной прочностью по сравнению с ПНД. Наблюдается высокая ползучесть при длительном нагружении.	Склонен к растрескиванию при нагружении.
Электрические свойства	Обладает отличными диэлектрическими характеристиками.	Обладает отличными диэлектрическими характеристиками. Атмосферостойкость. Не стоек к УФ-излучению.
Химическая стойкость	Имеет очень высокую химическую стойкость (больше, чем у ПНД).	Имеет очень высокую химическую стойкость. Не стоек к жирам, маслам.
Контакт с пищевыми продуктами		Допускается. Биологически инертен.
Переработка	Легко перерабатывается.	Легко перерабатывается. Не отличается стабильностью размеров.
Применение		Один из наиболее широко применяемых материалов общего назначения.
Примечания	Свойства сильно зависят от плотности материала. Увеличение плотности приводит к повышению прочности, жесткости, твердости, химической стойкости. В то же время при увеличении плотности снижается ударопрочность при низких температурах, удлинение при разрыве, проницаемость для газов и паров. Дает блестящую поверхность. Ближайшие аналоги: полиэтилен, полиолефины.	Свойства сильно зависят от плотности материала. Увеличение плотности приводит к повышению прочности, жесткости, твердости, химической стойкости. В то же время при увеличении плотности снижается ударопрочность при низких температурах, удлинение при разрыве, стойкость к образованию трещин, проницаемость для газов и паров. Отличается повышенной радиационной стойкостью. Ближайшие аналоги: полиэтилен, полиолефины.

Полиэтилен российского производства

В России и странах СНГ для основных видов полиэтилена используются как русские, так и международные обозначения. Так, буквами LDPE, PELD и PEBD обозначается полиэтилен высокого давления (ПЭВД, ПЭНП), а HDPE или PEHD - соответственно, полиэтилен низкого давления (ПЭНД, ПЭВП).

Но помимо этих наиболее распространенных типов полиэтилена современная химическая промышленность выпускает также другие полимеры того же ряда, в том числе появившиеся совсем недавно на волне развития новых технологий.

Так, полиэтилен средней плотности (ПЭСП) имеет международной обозначение PEMD, а линейный полиэтилен низкой плотности (ЛПЭНП) - LLDPE или PELLD.

У многих новых материалов нет стандартных отечественных обозначений, и на российском рынке они присутствуют под английскими аббревиатурами. Это, в частности:

LMDPE - линейный полиэтилен средней плотности
VLDPE - полиэтилен очень низкой плотности
ULDPE - полиэтилен сверхнизкой плотности
HMWPE или PEHMW - высокомолекулярный полиэтилен
HMWNDRE - высокомолекулярный полиэтилен высокой плотности
PEUHMW - сверхмолекулярный
UHMWHDRE - полиэтилен ультра-высокомолекулярной структуры

Среди других нередко встречающихся обозначений можно отметить следующие:

REX, XLPE - сшитый полиэтилен
EPE - вспенивающийся
PEC, CPE - хлорированный
MPE – полиэтилен низкой плотности, изготовленный с применением металлоценовых катализаторов.

Российскими государственными стандартами предусмотрена цифровая классификация марок полиэтилена, выпускаемых отечественной промышленностью. Обозначение из восьми цифр содержит информацию о типе материала, способе его изготовления, порядковом номере марки, группе плотности и показателе текучести. Как отмечают специалисты компании Алита, к этим восьми цифрам может добавляться указание на ГОСТ, в соответствии с которым произведен материал.

Так, марка 21008-075 указывает на то, что это - ПЭНД суспензионного типа, изготовленный с применением металлоорганических катализаторов, имеющий плотность 0,948-0,959 г/см3 и текучесть 7,5 г/10 мин.

А марка 11503-070 - это полиэтилен высокого давления, без гомогенизации (на это указывает четвертая цифра - 0), с показателем плотности 0,917-0,921 г/см3 и текучести - 7 г/10 мин.

Используется также маркировка из пяти цифр, где первые три - это номер марки полиэтилена, а две цифры после тире - рецептура добавок.

В обозначении марки полиэтилена может указываться также сорт, цвет окрашенного материала и дополнительная информация (например, добавочные цифры, указывающие на то, что данный полиэтилен предназначен для использования в пищевой промышленности или пригоден для производства детских игрушек).

Если композиция полиэтилена предназначена для производства кабелей, на это может указывать буква «К» после номера базовой марки - например, 10209К ГОСТ 16336-77.

Впрочем, сегодня многие российские производители применяют собственную или международную маркировку продукции.

Чаще всего производственный бизнес связан с большим вложением первоначального капитала. К тому же для человека, незнакомого с технологическим процессом, освоение нового дела может оказаться достаточно сложным. Производство полиэтилена можно смело отнести к приятным исключениям из общих правил. Для успешного старта нет необходимости тратить сразу много денег, потому что бизнес быстро окупается и начинает приносить стабильную прибыль. Но прежде чем наладить производство полиэтилена, изучим его особенности, разновидности, возможности применения и попробуем составить небольшой бизнес-план.

Что такое полиэтилен?

Так называется синтетический полимерный материал на основе этилена – органического бесцветного газа со слабо выраженным запахом. Это самый производительный материал в мире. Из него синтезируются такие известные продукты, как этиловый спирт, стирол, этилбензол, уксусная кислота, винилхлорид и многие другие.

Полиэтилен выпускают в виде прозрачных или цветных гранул различной формы. Размер их составляет обычно от трех до пяти миллиметров. Производство гранул полиэтилена заключается в процессе полимеризации газа этилена в условиях высокого, низкого давления, а также с применением дополнительных условий. Основные предприятия, занимающиеся изготовлением полимерных материалов, находятся в России, Узбекистане, Беларуси, Южной Корее.

Благодаря особым свойствам различают следующие марки полиэтилена:

HDPE – высокой плотности;
LDPE – низкой плотности;
LLDPE – линейный;
mLLDPE, MPE – металлоценовый линейный;
MDPE – средней плотности;
HMWPE, VHMWPE – высокомолекулярный;
UHMWPE – сверхвысокомолекулярный;
EPE – вспенивающийся;
PEC – хлорированный.

Известно также немало материалов, относящихся к категории сополимеров. Проанализируем несколько видов, наиболее часто встречающихся в промышленной переработке.

Полиэтилен низкой плотности

Материал имеет пластичную и мягкую структуру. Производство полиэтилена высокого давления (ПЭВД) предполагает полимеризацию этилена в трубчатом реакторе или автоклаве. Процесс протекает при температуре около 750 о С под давлением 1,5–3 кгс/см 2 . В результате получается гранулят низкой плотности. Полученное сырье направляется на производство упаковки из полиэтилена, контактирующего с сухими и сыпучими веществами. Пакеты, изготовленные из такого материала, способны выдерживать до четырех килограммов веса.

Полимер высокой плотности

Производство полиэтилена низкого давления (ПЭНД) заключается в процессе полимеризации с применением катализаторных систем. В итоге получают жесткие гранулы с высоким уровнем плотности – 0,960 г/см 3 . Они пригодны для выпуска пищевой пленки. Товарный гранулят выпускают окрашенным и бесцветным. Иногда готовая продукция имеет вид порошка.

Как выглядит вспенивающийся полиэтилен

Так называют синтетический материал, имеющий закрыто-пористую структуру. Производство вспененного полиэтилена основано на сильном разогреве сырья и последующем взбивании с помощью газа (бутана, фреона и других). На практике пенополиэтилен широко применяется как отличный теплоизолятор универсального назначения.

Что такое сшитый полиэтилен?

Производство особо прочного гранулята основано на применении сверхвысокого давления. В результате процесса происходит прочное сцепление молекул исходного вещества. Модифицированный полимер отличают высокие технические характеристики:

Устойчивость к воздействию высоких температур. Материал размягчается только при температуре свыше 150 о С, плавится при 200 о С, а загорается лишь при достижении 400 о С.
Повышенная степень жесткости и прочности на разрыв.
Сохранение основных признаков при резком изменении окружающих условий, а также при воздействии химических или биологических разрушителей.
Высокие паро- и гидроизолирующие свойства.

Сшитый полиэтилен активно применяется в производстве напорных труб холодного и горячего водоснабжения. Кроме того, его используют в изготовлении элементов отопительных систем и специальных стройматериалов.

С чего начинается устройство бизнеса

Завод по производству полиэтилена может включать в себя несколько технологических линий по выпуску различных изделий: полимерных пленок, пакетов, крышек, тары, труб, бутылочных пробок и многого другого. Не стоит организовывать сразу несколько направлений. Целесообразнее войти в рынок полимеров в качестве производителя полиэтиленовой пленки и пакетов. Наладив стабильную работу, можно постепенно расширять ассортимент выпускаемой продукции.

Практический опыт показывает, что производство полиэтилена в России гарантировано обеспечивает уровень рентабельности не менее 15 %. До запуска предприятия нужно позаботиться об оформлении разрешительных документов. Вам придется посетить городскую администрацию, энергонадзор, санэпидстанцию, пожарную охрану, экологическую службу. Если заняться этими вопросами плотно, то можно вполне уложиться в срок месяц – полтора. Накладные расходы составят всего 15–20 тысяч рублей.

Вопрос переработки остатков

Прежде чем вы начнете организовывать производство изделий из полиэтилена, хорошо продумайте вопрос утилизации отходов. Закапывать в землю или сжигать обрезки пластика нельзя ни в коем случае. Во-первых, это приносит огромный вред окружающей среде. А во-вторых, за подобные действия грозит серьезное наказание.

Проще и дешевле всего сдавать полимерные остатки на предприятие по переработке пластмасс. Но стоит иметь в виду, что такого завода может не оказаться в вашем населенном пункте. Если будет запланировано производство вторичного полиэтилена, то лучше всего наладить выпуск мусорных пакетов. Для этого придется произвести дополнительные расходы на покупку технологической линии. Зато в конечном итоге затраты окупятся быстрой реализацией популярных товаров, пользующихся устойчивым спросом у населения.

Закупка основного оборудования

Выбор производственных линий сегодня достаточно велик. В качестве примера рассмотрим перечень станков и агрегатов, которые потребуются для выпуска пленки с дальнейшим формированием из нее пакетов бытового назначения.

Необходимое оборудование для производства полиэтилена:

Экструдер (экструзионная установка) – машина для преобразования сырьевых гранул в пленку методом раздува снизу вверх. Ширина рукава должна соответствовать размерам выпускаемых пакетов (300–550 мм). В комплект агрегата также входит устройство для фальцевания швов.
Пакетоделательная машина – станок для порезки пленки или рукава на заготовки определенной длины. Устройство также запаивает заготовку с одной стороны, формируя готовое изделие.
Вырубной пресс с комплектом форм для производства пакетов–маек или сумок с прорезной ручкой.
Станок для изготовления пластиковых зажимов для упаковки.
Флексограф – машинка для нанесения печатных изображений на рукав пакета.

Если стартового капитала не очень много, то на первых порах можно вполне обойтись без печатного устройства. Разумнее будет обратиться за услугой по нанесению рисунков в специализированные полиграфические центры.

Для переработки отходов производства нужно будет приобрести специальный аппарат для дробления. Примерная стоимость технологической линии с доставкой и настройкой станков - 1,5–2 миллиона рублей.

Дополнительные элементы оборудования

Производство полиэтилена требует также покупки складского оборудования (стеллажи, столы, стенды, ящики и прочее) для хранения сырья и готовой продукции. Не стоит забывать и об оснащении офисов. Дополнительное оборудование может увеличить общую сумму расходов на 50–60 тысяч рублей.

Производственные цеха нуждаются в обустройстве качественной мощной вентиляционной установки и противопожарной системы. Особые требования предъявляются к складским помещениям: первичное сырье для производства полиэтилена (гранулят) имеет свойство поглощать испарения и газы. Несоблюдение правил хранения сырого материала может привести к ухудшению качества изготавливаемых изделий.

Необходимое сырье

Основной синтетический материал для производства изделий из полиэтилена – полимерные гранулы. Они имеют размеры 3–5 мм и выпускаются в форме шара, куба, цилиндра или мелкой крошки. Второй источник сырья – вторичная переработка отходов или остатков технологического процесса.

Получение пленки

Технология производства полиэтилена включает в себя несколько этапов, которые нужно пройти, чтобы из сырьевого материала получить яркие и удобные пакеты.

Полимерные гранулы загружают в бункерный отсек экструдера. Отсюда они забираются с помощью питающего шнека. В емкости поддерживается постоянная температура в диапазоне от 180 до 240 градусов. В процессе передвижения гранулы, сильно нагреваясь, переплавляются в однородную массу. Получившаяся смесь продавливается через формующее отверстие, в результате получается полиэтиленовая пленка в виде рукава (или трубы). Автоматическая настройка экструдера позволяет выпускать готовое полотно заданной толщины и ширины.
Получившийся рукав постепенно охлаждается и подвергается раскатыванию вальцами.
Автоматический нож разрезает полотно на две полосы одинаковой ширины.
Готовый рукав поступает в намотчик, который скручивает пленку в рулоны. Обрезки упаковываются отдельно, в дальнейшем их пускают на вторичную переработку.

Нанесение рисунка

При необходимости производится печать цветного изображения методом флексографии.

Специальную краску разводят спиртом и постоянно перемешивают. Это необходимо для того, чтобы раствор не утратил нужную вязкость.
Дозатор направляет определенные порции красителя на валики, которые делают на пленке оттиск. После нанесения рисунка полиэтилен вновь сматывается в рулон.

Формирование пакетов

Следующий этап позволяет создавать основу для кулечков.

Рулон с нанесенным изображением помещают в пакетоделательный станок. С помощью специальных приспособлений из пленки вырезается «выкройка» будущей сумки и формируется донная складочка.
Пропуская через клеймовочный пресс полиэтиленовые заготовки, проделывают отверстия для ручек. Гильотина отсекает верхнюю часть пакета для дальнейшего закрепления пластиковых ручек, или вырезает майку.
Сварочный нож соединяет края пакета при температуре 180 градусов, в итоге получается целое изделие.

Финальный процесс – проверка качества швов и креплений застежек.

Заключение

Как мы смогли убедиться, производство полиэтилена – это достаточно сложный химический процесс, который под силу только крупным промышленным предприятиям специализированного направления. А технология переработки готовых гранул представляется довольно простым делом, не требующим углубленных знаний. Начав свое дело с установки какой-либо производственной линии, можно через 2–3 года полностью вернуть затраченные средства.

Полиэтилен является наиболее дешевым неполярным синтетическим полимером, который относится к классу полиолефинов. Полиэтилен- это твердое белое вещество, имеющее сероватый оттенок.

Первым полимеризацию этилена стал изучать в 1873 году русский химик Бутлеров. А вот попытку осуществить ее попытался в 1884 году химик-органик Густавсон.

Технология производства полиэтилена + видео как делают

Производством полиэтилена занимаются все крупные компании нефтехимической промышленности. Главным сырьем, из которого получают полиэтилен, является этилен. Производство осуществляется при низком, среднем и высоком давлениях. Как правило, он выпускается в гранулах, которые имеют диаметр от 2 до 5 миллиметров, иногда в виде порошка. На сегодняшний день известны четыре основных способа производства полиэтилена. В результате, получают: полиэтилен высокого давления, полиэтилен низкого давления, полиэтилен среднего давления, а также линейный полиэтилен высокого давления. Давайте рассмотрим, как осуществляется производство ПДВ.

Полиэтилен высокого давления образуется при высоком давлении в результате полимеризации этилена в автоклаве или в трубчатом реакторе. Полимеризация в реакторе осуществляется по радикальному механизму под воздействием кислорода, органических пероксидов, ими являются лаурил, бензоил или их смесей. Этилен смешивают с инициатором, затем нагревают до 700 градусов и сжимают компрессором до 25 мегапаскаль. После этого он поступает в первую часть реактора, в которой его нагревают до 1800 градусов, а потом во вторую часть реактора для осуществления полимеризации, которая происходит при температуре в пределах от 190 до 300 градусов и давлении от 130 до 250 мегапаскаль. Всего этилен находится в реакторе не более 100 секунд. Степень его превращения составляет 25 процентов. Она зависит от типа и количества инициатора. Из полученного полиэтилена удаляется тот этилен, который не прореагировал, после чего продукт охлаждают и упаковывают.

ПВД производят в виде как неокрашенных, так и окрашенных гранул. Производство полиэтилена низкого давления осуществляется по трем основным технологиям. Первой является полимеризация, которая происходит в суспензии. Второй является полимеризация, происходящая в растворе. Таким раствором служит гексан. Третьей является газофазная полимеризация. Наиболее распространенным способом считается полимеризация в растворе. Полимеризация в растворе осуществляется в температурном промежутке от 160 до 2500 градусов и давлении от 3,4 до 5,3 мегапаскалей. Контакт с катализатором осуществляется примерно на протяжении 10-15 минут. Выделяется полиэтилен из раствора в результате удаления растворителя. Прежде всего, в испарителе, а после этого в сепараторе и в вакуумной камере гранулятора. Гранулированный полиэтилен пропаривается водяным паром.

ПНД производится в виде как неокрашенных, так и окрашенных гранул, а иногда и в порошке. Производство полиэтилена среднего давления осуществляется в результате полимеризации этилена в растворе. Полиэтилен среднего давления получается при температуре примерно150 градусов, давлении не более 4 мегапаскаль, а также при наличии катализатора. ПСД из раствора выпадает в виде хлопьев. Продукт, полученный вышеописанным образом, отличается средневесовым молекулярным весом не более 400 тысяч, степенью кристалличности не более 90 процентов. Производство линейного полиэтилена высокого давления осуществляется при помощи химической модификации ПВД. Процесс происходит при температуре 150 градусов и примерно 30-40 атмосферах. Линейный полиэтилен низкой плотности по своей структуре напоминает полиэтилен высокой плотности, однако он отличается более длинными и многочисленными боковыми ответвлениями. Производство линейного полиэтилена выполняется двумя способами: первым является газофазная полимеризация, вторым способом служит полимеризация в жидкой фазе. Она в настоящее время самая популярная. Что касается производства линейного полиэтилена вторым способом, то оно осуществляется в реакторе со сжиженным слоем. В реактор подается этилен, полимер же в свою очередь отводят непрерывно. Однако постоянно сохраняется в реакторе уровень сжиженного слоя. Процесс происходит при температуре около ста градусов, давлении от 689 до 2068 кН/м2. Эффективность данного способа полимеризации в жидкой фазе ниже, чем у газофазного.

Видео как делают:

Стоит отметить, что данному способу характерны и свои плюсы, а именно: размер установки намного меньше, чем у оборудования для газофазной полимеризации, и гораздо ниже капиталовложения. Практически аналогичным является способ в реакторе с устройством для перемешивания с применением циглеровских катализаторов. При этом образуется максимальный выход. Не так давно для производства линейного полиэтилена стали использовать технологию, в результате которой применяются металлоценовые катализаторы. Такая технология дает возможность получить более высокую молекулярную массу полимера, благодаря чему возрастает прочность изделия. ПВД, ПНД, ПСД и ЛПВД отличаются друг от друга, как по своей структуре, так и по свойствам, соответственно, и используются они для решения различных задач. Кроме вышеперечисленных способов полимеризации этилена имеются и иные, только в промышленности они распространения не получили.

Трудовые отношения