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Das Hauptmerkmal der Molekularstruktur von Hochdruckpolyethylen ist, wie die Spezialisten der Firma Alita feststellen, die Verzweigung von Polymerbindungen, die zur Bildung einer amorphen Kristallstruktur und einer Abnahme der Dichte führt.

Eigenschaften von Polyethylen hoher Dichte (HDPE):

• Molekulargewicht: (50-1000) * 10 ^ 3
• Kristallinität: 70-90%
• Schmelzflussrate (g/10 min bei 230 Grad): 0,1-15
• Glasübergangstemperatur: -120 Grad
• Schmelzpunkt: 130-140 Grad
• Dichte: 0,94-0,96 g / cm3
• Schwund (bei der Herstellung von Fertigprodukten): 1,5-2,0%.

Chemische Eigenschaften

Beide Polyethylen-Typen zeichnen sich durch eine geringe Dampf- und Gasdurchlässigkeit sowie eine hohe chemische Beständigkeit in Abhängigkeit von Dichte und Molekulargewicht des Polymers aus.

Polyethylen geht mit Alkalien, auch konzentrierten, und mit Salzlösungen keine chemischen Reaktionen ein. Es ist beständig gegen Carbonsäuren, konzentrierte Salzsäure, Flusssäure und eine Reihe anderer Säuren, gegen Laugen und Lösungsmittel, Alkohole und Benzin, Öle und Pflanzensäfte.

Die Zerstörung von Polyethylen wird durch Einwirkung von 50% Salpetersäure, Chlor und Fluor verursacht. Schwereres Halogen - Brom diffundiert durch das Polyethylen sowie Jod. Polyethylen löst sich nicht in organischen Lösungsmitteln, kann aber quellen.

Physikalische Eigenschaften

Polyethylen ist elastisch und stoßfest, bricht beim Biegen nicht. Es ist ein Dielektrikum und hat eine geringe Absorptionskapazität. Geruchlos, physiologisch neutral.

Hochdruckpolyethylen - weiches Material, Polyethylen niedriger Druck- härter, bis zu hart.

Leistung

Polyethylen behält seine Polymerstruktur beim Erhitzen im Vakuum oder Inertgas bei, in Luft jedoch beginnt der Polymerabbau bei einer Temperatur von 80 Grad.

Polyethylen ist durch den Effekt der Photoalterung unter dem Einfluss von ultravioletter Strahlung (insbesondere unter dem Einfluss von direktem Sonnenlicht) gekennzeichnet. Daher werden bei der Herstellung von Polyethylenprodukten, die längerer Sonneneinstrahlung ausgesetzt werden können, Photostabilisatoren verwendet - von gewöhnlichem Ruß bis hin zu hochwirksamen Benzophenon-Derivaten.

Polyethylen ist im Normalzustand umweltfreundlich, da es keine Schadstoffe emittiert Umgebung keine gefährlichen und schädlichen Stoffe.

Die wichtigsten Arten von Polyethylen und Ethylen-Copolymeren, die derzeit von der globalen petrochemischen Industrie hergestellt werden:

Polyethylen

• Polyethylen hoher Dichte (Niederdruckpolyethylen) - HDPE.
• Polyethylen niedriger Dichte (Polyethylen hoher Dichte) - LDPE.
• Lineares Polyethylen niedriger Dichte - LLDPE.
• Lineares Metallocen-Polyethylen niedriger Dichte - mLLDPE, MPE.
• Polyethylen mittlerer Dichte - MDPE.
• Polyethylen mit hohem Molekulargewicht - HMWPE VHMWPE.
• Polyethylen mit ultrahohem Molekulargewicht - UHMWPE.
• Expandierbares Polyethylen - EPE.
• Chloriertes Polyethylen - PEC.

Ethylen-Copolymere

• Copolymer von Ethylen und Acrylsäure - EAA.
• Ethylen-Butylacrylat-Copolymer - EBA, E / BA, EBAC.
• Ethylen- und Ethylacrylat-Copolymer - EWR.
• Ethylen-Methylacrylat-Copolymer - EMA.
• Copolymer aus Ethylen und Methacrylsäure, Copolymer aus Ethylen und Methylmethylacrylat - EMAA.
• Copolymer von Ethylen und Methylmethacrylsäure - EMMA.
• Ethylen-Vinylacetat-Copolymer - EVA, E / VA, E / VAC, EVAC.
• Ethylen-Vinylalkohol-Copolymer - EVOH, EVAL, E / VAL.
• Polyolefin-Plastomere - POP, POE.
• Ternäre Copolymere von Ethylen - Ethylen-Terpolymer.

Einsatzgebiete von Polyethylen

Trotz der Tatsache, dass der Fortschritt nicht stillsteht und jedes Jahr neue hinzukommen Polymermaterialien Mit herausragenden Eigenschaften bleibt Polyethylen das weltweit am häufigsten verwendete Polymer.

Zur Herstellung von Endprodukten aus Polyethylengranulat können alle verfügbaren Kunststoffverarbeitungsverfahren eingesetzt werden. Und die meisten dieser Methoden erfordern keine hochspezialisierte Ausrüstung. Dabei schneidet Polyethylen beispielsweise im Vergleich zu Polyvinylchlorid (PVC) günstig ab.

Das Extrusionsverfahren ermöglicht die Herstellung von Polyethylenfolien für verschiedene Zwecke, Polyethylenfolien, Rohren und Kabeln. Behälter und Gefäße (insbesondere Kunststoffflaschen) werden durch Extrusionsblasformen hergestellt. Für die Herstellung von Schüttgütern und Hohlkörpern, einschließlich Verpackungsmaterialien, werden verschiedene Behälter, Haushaltsmaterialien, Spielzeug, Spritzguss, Rotationsverfahren, Thermovakuumguss verwendet.

Vernetztes Polyethylen, chlorsulfoniertes und geschäumtes Polyethylen werden in großem Umfang im Bauwesen verwendet. Als konstruktiver Baustoff kann Polyethylen mit Metallverstärkung verwendet werden, wie die Spezialisten der Firma Alita feststellten.

Polyethylen kann mit allen Mitteln geschweißt werden - Widerstandsschweißen, Reibschweißen, Fülldraht, Heißgas. Dies erweitert die Einsatzmöglichkeiten in den unterschiedlichsten Branchen und im Bauwesen erheblich. Die dielektrischen Eigenschaften von Polyethylen sind besonders wertvoll für die Kabelindustrie sowie für die Herstellung von elektrischen und elektronischen Geräten.

Der wichtigste Anwendungsbereich von Polyethylen ist jedoch zweifelsohne die Verpackung. Verschiedene Typen Dieses Material eignet sich sowohl für industrielle als auch für Groß- und Einzelhandelsverpackungen von Waren und Fracht. Polyethylen wird zum Verpacken und Verpacken von Industrie- und Lebensmittelprodukten verwendet. Zum einen ist es günstig, zum anderen schützt es verpackte Produkte perfekt vor jeglichen äußeren Einflüssen auf dem Weg und während der Lagerung, und zum anderen Verkauf- ermöglicht es Ihnen, das Produkt aufgrund der Transparenz und Verfügbarkeit von dekorativen Effekten effektiv mit Ihrem Gesicht zu zeigen.

Es gibt viele Pigmente zum Färben von Polyethylen und für Verpackungen, und andere farbige Polyethylenprodukte sind weit verbreitet.

Heutzutage, wie die Spezialisten der Firma Alita festhalten, eröffnen sich für Polyethylen alle neuen Einsatzgebiete. Die Entwicklung von Polyethylen mit ultrahohem Molekulargewicht öffnete den Weg für Polymere in Bereiche, in denen bisher nur Metalle oder Keramiken verwendet werden konnten.

Supermolekulares Polyethylen hat einzigartige Eigenschaften. Es ist extrem langlebig und kann bei Temperaturen von -260 bis +120 Grad betrieben werden. Gleichzeitig hat es einen extrem niedrigen Reibungskoeffizienten und eine extrem hohe Verschleißfestigkeit. Daher ist Polyethylen mit ultrahohem Molekulargewicht ein ideales Material für die Herstellung von Teilen für rotierende Geräte - Wellen, Rollen, Zahnräder, Buchsen. Es wird auch im Bauwesen verwendet.

Neue Polyethylensorten haben die Medizin revolutioniert. Sie werden verwendet, um langlebige Gelenk- und Knochenprothesen herzustellen, die vom Körper nicht abgestoßen werden und ermöglichen lange Zeit zur Erhaltung der Mobilität und einer normalen Lebensqualität von Menschen mit schweren Verletzungen und Erkrankungen des Bewegungsapparates.

Ein wertvoller Vorteil von Polyethylen (auch im Vergleich zu PVC und vielen anderen Polymeren) ist die einfache Wiederverwertung, also die Weiterverarbeitung. Mit einem bewährten Wertstoffsammelsystem ist es möglich, die Umweltbelastung durch Reste von Altpolyethylen deutlich zu reduzieren. Fast alle Polyethylene können in die Produktion zurückgeführt werden. Gleichzeitig steigt der Verbrauch an primären petrochemischen Rohstoffen, der bekanntlich in letzten Jahren wird ständig teurer.

Seit Polyethylen in den Alltag der Menschen auf der ganzen Welt Einzug hält, ist es zu einem Symbol für ein angenehmes Leben geworden. Und es ist unwahrscheinlich, dass ihm in naher Zukunft irgendein anderes Material die Palme unter den Polymeren ablösen wird. Zu viele Vorteile und Vorteile sind in diesem erstaunlichen Material vereint.

Polyethylen aus russischer Produktion

In Russland und den GUS-Staaten werden für die wichtigsten Polyethylentypen sowohl russische als auch internationale Bezeichnungen verwendet. Die Buchstaben LDPE, PELD und PEBD bezeichnen also Hochdruck-Polyethylen (LDPE, LDPE) und HDPE bzw. PEHD bzw. Niederdruck-Polyethylen (HDPE, HDPE).

Neben diesen gängigsten Polyethylen-Typen produziert die moderne chemische Industrie aber auch andere Polymere der gleichen Reihe, auch solche, die erst vor kurzem im Zuge der Entwicklung neuer Technologien erschienen sind.

So hat Polyethylen mittlerer Dichte (MDPE) die internationale Bezeichnung PEMD und lineares Polyethylen niedriger Dichte (LLDPE) - LLDPE oder PELLD.

Viele neue Materialien haben keine russischen Standardbezeichnungen und sind auf dem russischen Markt unter englischen Abkürzungen präsent. Dies sind insbesondere:

• LMDPE - Lineares Polyethylen mittlerer Dichte
• VLDPE - Polyethylen sehr niedriger Dichte
• ULDPE - Polyethylen mit ultraniedriger Dichte
• HMWPE oder PEHMW - Polyethylen mit hohem Molekulargewicht
• HMWNDRE - Polyethylen mit hohem Molekulargewicht und hoher Dichte
• PEUHMW - supermolekular
• UHMWHDRE - Polyethylen mit ultrahohem Molekulargewicht

Andere gebräuchliche Bezeichnungen sind die folgenden:

• REX, XLPE- Vernetztes Polyethylen
• EPE- schäumend
• PEC, CPE- chloriert
• MPE- Polyethylen niedriger Dichte, hergestellt unter Verwendung von Metallocen-Katalysatoren.

Russische staatliche Normen sehen eine digitale Klassifizierung von Polyethylenqualitäten vor, die von der heimischen Industrie hergestellt werden. Die achtstellige Bezeichnung enthält Informationen über die Art des Materials, das Herstellungsverfahren, die Seriennummer der Marke, die Dichtegruppe und die Durchflussmenge. Wie die Spezialisten der Firma Alita anmerken, kann zu diesen acht Zahlen ein Hinweis auf GOST hinzugefügt werden, nach dem das Material hergestellt wurde.

Das Zeichen 21008-075 zeigt also an, dass es sich um ein HDPE vom Suspensionstyp handelt, das unter Verwendung von metallorganischen Katalysatoren hergestellt wurde, mit einer Dichte von 0,948 bis 0,959 g / cm3 und einer Fließfähigkeit von 7,5 g / 10 min.

Und die Sorte 11503-070 ist Hochdruck-Polyethylen ohne Homogenisierung (dies wird durch die vierte Ziffer angezeigt - 0), mit einem Dichteindex von 0,917-0,921 g / cm3 und einer Fließfähigkeit von 7 g / 10 min.

Es wird auch eine fünfstellige Kennzeichnung verwendet, wobei die ersten drei die Polyethylen-Markennummer und die zwei Ziffern nach dem Bindestrich die Additivformulierung sind.

Die Sorte, Farbe des lackierten Materials und zusätzliche Informationen (z. B. zusätzliche Nummern, die darauf hinweisen, dass dieses Polyethylen für den Einsatz in der Lebensmittelindustrie bestimmt ist oder für die Herstellung von Kinderspielzeug geeignet ist) können auch in der Bezeichnung der Sorte angegeben werden Polyethylen.

Wenn die Polyethylenzusammensetzung für die Herstellung von Kabeln bestimmt ist, kann dies durch den Buchstaben "K" nach der Nummer der Basissorte angezeigt werden - zum Beispiel 10209K GOST 16336-77.

Heute verwenden jedoch viele russische Hersteller ihre eigene oder internationale Produktkennzeichnung.

Polyethylen- das billigste unpolare synthetische Polymer aus der Klasse der Polyolefine, das eine feste weiße Substanz mit einem gräulichen Farbton ist.

Fast alle größten Unternehmen der petrochemischen Industrie sind in der Herstellung von Polyethylen tätig. Ethylen ist der wichtigste Rohstoff dafür. Polyethylen wird bei niedrigen, mittleren und hohen Drücken synthetisiert. Grundsätzlich wird Polyethylen in Granulaten mit einem Durchmesser von 2 bis 5 mm hergestellt, viel seltener in Pulverform.

Es gibt vier Hauptmethoden zur Herstellung von Polyethylen, die verwendet werden, um zu erhalten:

• Polyethylen hoher Dichte (LDPE)
• Polyethylen niedriger Dichte (HDPE)
• Polyethylen mittlerer Dichte (PSD)
• lineares Hochdruck-Polyethylen (LPVD)

Herstellung von Polyethylen hoher Dichte (LDPE) oder niedriger Dichte (LDPE)

In der Industrie wird LDPE unter hohem Druck durch Polymerisieren von Ethylen in einem Autoklaven oder in einem Rohrreaktor hergestellt. Der Prozess im Reaktor erfolgt radikalisch unter Einwirkung von Sauerstoff, organischen Peroxiden (Lauryl, Benzoyl) oder deren Gemischen. Mit einem Initiator vermischt, auf siebenhundert Grad erhitzt und von einem Kompressor auf fünfundzwanzig Megapascal komprimiert, gelangt Ethylen zuerst in den ersten Teil des Reaktors, wo es auf eintausendachthundert Grad erhitzt wird, und dann in den zweiten - zur Polymerisation bei Temperaturen von 190 bis 300 Grad und Drücken von 130 bis 250 Megapascal. Ethylen befindet sich im Durchschnitt 70 bis 100 Sekunden im Reaktor. Die Umwandlungsrate beträgt bis zu zwanzig Prozent, alles hängt von der Art und Menge des Initiators ab. Aus dem erhaltenen Polyethylen wird nicht umgesetztes Ethylen entfernt, dann abgekühlt und granuliert. Das Granulat wird getrocknet und verpackt. Handelsübliches LDPE wird in Form von ungefärbten und farbigen Granulaten hergestellt.

Herstellung von Polyethylen niedriger Dichte (HDPE) oder hoher Dichte (HDPE)

HDPE wird industriell mit Niederdruck hergestellt. Dabei kommen drei Haupttechnologien zum Einsatz:

• Polymerisation findet in Suspension statt
• Polymerisation erfolgt in Lösung (Hexan)
• Gasphasenpolymerisation

Die gebräuchlichste Methode ist die Lösungspolymerisation.

Die Polymerisation in Lösung wird bei einer Temperatur von 160 bis 2500 Grad und einem Druck von 3,4 bis 5,3 Megapascal durchgeführt, der Kontakt mit dem Katalysator erfolgt innerhalb von 10-15 Minuten. Polyethylen wird durch Entfernen des Lösungsmittels von der Lösung getrennt: zuerst im Verdampfer, dann im Separator und dann in der Vakuumkammer des Granulators. Granulares Polyethylen wird mit Wasserdampf (Temperatur über dem Schmelzpunkt von Polyethylen) gedämpft. Handelsübliches HDPE wird in Form von unlackierten und farbigen Granulaten und manchmal in Pulverform hergestellt.

Herstellung von Polyethylen mittlerer Dichte (MDP)

PSD wird industriell bei Mitteldruck durch Polymerisation von Ethylen in Lösung hergestellt. Polyethylen SD wird gebildet, wenn:

• Temperatur - 150 Grad
• Druck bis zu 4 Megapascal
• Anwesenheit eines Katalysators (Ziegler-Natta)

PSD aus der Lösung fällt in Form von Flocken aus.

Das so erhaltene Polyethylen hat:

1. Gewichtsmittel des Molekulargewichts bis zu 400.000
2. Kristallinitätsgrad bis zu 90 Prozent

Herstellung von linearem Polyethylen hoher Dichte (HDPE) oder niedriger Dichte (LLDPE)

Lineares Hochdruckpolyethylen wird durch chemische Modifikation von LDPE (bei einer Temperatur von 150 Grad und 30-40 Atmosphären) erhalten.

LDL hat eine ähnliche Struktur wie HDPE, hat jedoch längere und zahlreichere Seitenäste. Lineares Polyethylen wird auf zwei Arten hergestellt:

• Gasphasenpolymerisation
• Flüssigphasenpolymerisation - die beliebteste

Die Herstellung von linearem Polyethylen nach der zweiten Methode erfolgt in einem Flüssigbettreaktor. Ethylen wird dem Reaktorboden zugeführt, während das Polymer kontinuierlich abgezogen wird, während das Niveau des Flüssigbetts im Reaktor konstant gehalten wird. Bedingungen: Temperatur etwa hundert Grad, Druck von 689 bis 2068 kN / m2. Die Effizienz des Polymerisationsverfahrens in der Flüssigphase ist geringer (zwei Prozent Umsatz pro Zyklus) als die der Gasphase (bis zu 30 Prozent Umsatz pro Zyklus). Dieses Verfahren hat jedoch auch seine Vorteile - die Größe der Anlage ist viel kleiner als die von Geräten für die Gasphasenpolymerisation und die Investitionen sind deutlich geringer. Die Vorgehensweise in einem Reaktor mit Rührer unter Verwendung von Ziegler-Katalysatoren ist praktisch identisch. Wenn man darauf setzt, wird die höchste Ausbeute erzielt.

Kürzlich hat man damit begonnen, eine Technologie, die Metallocen-Katalysatoren verwendet, für die Herstellung von linearem Polyethylen zu verwenden. Diese Technologie ermöglicht es, ein höheres Molekulargewicht des Polymers zu erzielen, was zu einer Erhöhung der Festigkeit des Produkts beiträgt.

LDPE, HDPE, PSD und LPVD unterscheiden sich sowohl in ihrer Struktur als auch in ihren Eigenschaften voneinander und werden zur Lösung verschiedener Probleme eingesetzt.

Neben den oben aufgeführten Verfahren der Ethylenpolymerisation gibt es andere, die jedoch keine industrielle Verbreitung gefunden haben.

Polyethylen ist das billigste unpolare synthetische Polymer, das zur Klasse der Polyolefine gehört. Polyethylen ist ein weißer Feststoff mit einer gräulichen Tönung.

Der erste, der die Ethylenpolymerisation untersuchte, war der russische Chemiker Butlerov im Jahr 1873. Aber ein Versuch, es umzusetzen, wurde 1884 von dem organischen Chemiker Gustavson versucht.

Polyethylen-Produktionstechnologie + Video wie es geht

Alle großen Unternehmen der petrochemischen Industrie beschäftigen sich mit der Herstellung von Polyethylen. Der Hauptrohstoff, aus dem Polyethylen gewonnen wird, ist Ethylen. Die Produktion erfolgt bei niedrigem, mittlerem und hohem Druck. Typischerweise kommt es in Granulatform mit einem Durchmesser von 2 bis 5 Millimetern, manchmal auch in Pulverform, vor. Heute gibt es vier Hauptmethoden der Polyethylenherstellung. Als Ergebnis erhalten Sie: Hochdruck-Polyethylen, Niederdruck-Polyethylen, Mitteldruck-Polyethylen sowie lineares Hochdruck-Polyethylen. Schauen wir uns an, wie die Herstellung von MPE erfolgt.

Hochdruckpolyethylen entsteht bei hohem Druck durch die Polymerisation von Ethylen in einem Autoklaven oder in einem Rohrreaktor. Die Polymerisation im Reaktor erfolgt radikalisch unter dem Einfluss von Sauerstoff, organischen Peroxiden, Lauryl, Benzoyl oder deren Mischungen. Ethylen wird mit einem Initiator gemischt, dann auf 700 Grad erhitzt und von einem Kompressor auf 25 Megapascal komprimiert. Danach gelangt es in den ersten Teil des Reaktors, in dem es auf 1800 Grad erhitzt wird, und dann in den zweiten Teil des Reaktors, um die Polymerisation durchzuführen, die bei Temperaturen von 190 bis 300 Grad und Drücken von 130 bis . stattfindet 250 Megapascal. Insgesamt befindet sich Ethylen nicht länger als 100 Sekunden im Reaktor. Die Conversion-Rate beträgt 25 Prozent. Sie hängt von der Art und Menge des Initiators ab. Das nicht reagierte Ethylen wird aus dem erhaltenen Polyethylen entfernt, wonach das Produkt abgekühlt und verpackt wird.

LDPE wird sowohl in Form von unlackiertem als auch farbigem Granulat hergestellt. Die Herstellung von Polyethylen niedriger Dichte erfolgt unter Verwendung von drei Haupttechnologien. Die erste ist die Polymerisation, die in Suspension stattfindet. Die zweite ist die Polymerisation, die in Lösung stattfindet. Diese Lösung ist Hexan. Die dritte ist die Gasphasenpolymerisation. Die gebräuchlichste Methode ist die Lösungspolymerisation. Die Polymerisation in Lösung wird in einem Temperaturbereich von 160 bis 2500 Grad und einem Druck von 3,4 bis 5,3 Megapascal durchgeführt. Der Kontakt mit dem Katalysator dauert ca. 10-15 Minuten. Durch Entfernen des Lösungsmittels wird Polyethylen aus der Lösung freigesetzt. Zuerst im Verdampfer, dann im Separator und in der Vakuumkammer des Granulators. Granulares Polyethylen wird mit Wasserdampf gedämpft.

HDPE wird sowohl in Form von unlackierten als auch farbigen Granulaten und manchmal in Pulverform hergestellt. Die Herstellung von Mitteldruckpolyethylen erfolgt durch Polymerisation von Ethylen in Lösung. Polyethylen mit mittlerem Druck wird bei einer Temperatur von etwa 150 Grad, einem Druck von nicht mehr als 4 Megapascal und auch in Gegenwart eines Katalysators erhalten. PSD aus der Lösung fällt in Form von Flocken aus. Das auf die obige Weise erhaltene Produkt hat ein gewichtsmittleres Molekulargewicht von nicht mehr als 400.000, einen Kristallinitätsgrad von nicht mehr als 90 %. Die Herstellung von linearem Hochdruck-Polyethylen erfolgt unter Verwendung der chemischen Modifikation von LDPE. Der Prozess findet bei einer Temperatur von 150 Grad und etwa 30-40 Atmosphären statt. Lineares Polyethylen niedriger Dichte hat eine ähnliche Struktur wie Polyethylen hoher Dichte, weist jedoch längere und zahlreichere Seitenzweige auf. Die Herstellung von linearem Polyethylen erfolgt auf zwei Arten: Die erste ist die Gasphasenpolymerisation, die zweite die Flüssigphasenpolymerisation. Sie ist derzeit die beliebteste. Die Herstellung von linearem Polyethylen nach dem zweiten Verfahren erfolgt in einem Flüssigbettreaktor. Ethylen wird in den Reaktor eingespeist, während das Polymer wiederum kontinuierlich abgezogen wird. Das Niveau des Flüssigbettes wird jedoch im Reaktor konstant gehalten. Der Prozess findet bei einer Temperatur von etwa hundert Grad, einem Druck von 689 bis 2068 kN/m2 statt. Die Effizienz dieses Polymerisationsverfahrens in der Flüssigphase ist geringer als die der Gasphase.

So machen Sie ein Video:

Es sollte beachtet werden, dass dieses Verfahren auch seine eigenen Vorteile hat, nämlich: Die Größe der Anlage ist viel kleiner als die von Geräten für die Gasphasenpolymerisation und viel geringerer Kapitaleinsatz. Die Vorgehensweise in einem Reaktor mit Rührwerk unter Verwendung von Ziegler-Katalysatoren ist praktisch gleich. In diesem Fall wird die maximale Ausbeute gebildet. Vor nicht allzu langer Zeit wurde für die Herstellung von linearem Polyethylen eine Technologie eingesetzt, bei der Metallocen-Katalysatoren verwendet wurden. Diese Technologie ermöglicht es, ein höheres Molekulargewicht des Polymers zu erhalten, wodurch die Festigkeit des Produkts erhöht wird. LDPE, HDPE, PSD und LPVD unterscheiden sich sowohl in der Struktur als auch in den Eigenschaften voneinander und werden zur Lösung verschiedener Probleme verwendet. Außer den obigen Verfahren der Ethylenpolymerisation gibt es andere, nur in der Industrie haben sie keine Verbreitung gefunden.

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Einführung

Das durchschnittliche Wachstum des PE-Verbrauchs in der Ukraine in den letzten 3 Jahren betrug 31 % aller Arten von Polymeren. Die bestehende Polyethylen-Produktion in der Ukraine ist bei CJSC "Lukor" (Kalush, Region Iwano-Frankiwsk) konzentriert. Dieses Unternehmen produziert jährlich 70.000 Tonnen Polyethylen. Dies zeigt, dass ein Produkt wie Polyethylen heute relevant und konsumierbar ist. Der Großteil des produzierten Polyethylens (50-60 %) wird zur Herstellung von Filmen und Platten verwendet. Der Rest entfällt auf Spritzgussprodukte, Beschichtungen, Isolierstoffe für die Kabelindustrie, Extrusionsprodukte, Blasformprodukte und Rohre. Dies ist jedoch nur ein oberflächlicher Überblick über den Einsatz von Polyethylen, auf den in dieser Arbeit näher eingegangen wird.

Der Zweck davon Seminararbeit ist ein:

· Berücksichtigung und Analyse von wissenschaftlicher und technischer Literatur, Erwerb von Fähigkeiten zum Umgang damit;

· Studium der wichtigsten Materialien und technischen Verfahren der Technologie zur Herstellung von Polyethylen niedriger Dichte;

· Berücksichtigung der Rohstoffbasis, aus der es hergestellt wird, einschließlich aller Arten von Zusatzstoffen, die in Polyethylen eingebracht werden;

· Untersuchung des Polyethylen-Sortiments, Verwendung der daraus hergestellten Produkte und Analyse der Position von Polyethylen auf dem modernen ukrainischen Markt;

· Berücksichtigung der wichtigsten Methoden zur Qualitätsbewertung von Polyethylen.

1. Sortiment

Hochdruckpolyethylen (LDPE) ist eine feste elastische Substanz matt oder perlmutt Weiß das fühlt sich an wie Paraffin; es ist geruchlos, ungiftig, entzündlich (brennt weiter, nachdem es von der Flamme genommen wurde). Unter Hochdruck hergestelltes Polyethylen hat eine verzweigte Struktur und Polyethylen niedriger Dichte gehört zur Gruppe thermoplastische Polymere... In Abb. 1 zeigt ein Polyethylengranulat.

Reis. 1 LDPE-Granulat

Polyethylen wird zum Aufbringen von Polyethylenisolierungen und -ummantelungen auf elektrische Kabel verwendet. Es ist möglich, Polyethylen im Gemisch mit pulverförmigen Substanzen zu extrudieren, um poröses Polyethylen zu erhalten.

Aufgrund seiner chemischen Inertheit, Leichtigkeit und Stärke können starke chemische Substanzen ( Schwefelsäure, Flusssäure usw.) sowie Lebensmittel (Milch, Fette, Säfte), Parfüms, Medikamente.

Polyethylen-Pipelines sind viel leichter und billiger. Rohre werden mit einem Durchmesser von 0,012-0,15 m und bis zu 1-1,5 m hergestellt. Die Länge der Rohre kann bis zu 120 m betragen. Die Flexibilität und Elastizität der Rohre ermöglicht das Aufwickeln auf Trommeln, was sehr praktisch ist für deren Transport und Verlegung. Polyethylenrohre unterliegen absolut keiner Korrosion, bersten nicht, wenn Wasser darin gefriert. In der chemischen Industrie werden sie zum Transport korrosiver Flüssigkeiten eingesetzt. Fittings, Absperrschieber, Ventile, Unterlegscheiben und andere Anschlussfittings werden ebenfalls aus Polyethylen hergestellt.

Polyethylen wird zum Abdecken von Holz, Papier, Pappe verwendet. Es wird aus Hotmelt-Polyethylen auf Papier aufgetragen und verleiht ihm Glanz, Druckglanz, gute Flexibilität bei niedrigen Temperaturen. Aus Polyethylen werden Fasern hergestellt, aus denen Schiffsseile, Filternetze, Stoffe, Möbelstoffe für Autos hergestellt werden können. In der Textilindustrie wird Polyethylen zum Imprägnieren von Stoffen verwendet, um ein wasserabweisendes Material zu erzeugen, die Reißfestigkeit zu verbessern und die Nahtfestigkeit zu erhöhen.

Medizinische Instrumente bestehen aus Polyethylen, es wird verwendet in plastische Chirurgie und Prothesentechnik.

Hauptspritzguss nicht nur von einzelnen Maschinenteilen, sondern auch von Gehäusen für Geräte und andere Formteile.

Ein erheblicher Teil des produzierten Polyethylens (ca. 50%) wird zu Folien mit einer Dicke von 0,01-0,1 mm verarbeitet, die als Verpackungsmaterial zur Lagerung von leicht feuchtigkeitsspendenden oder umgekehrt trocknenden Substanzen verwendet werden, z. B. Düngemittel, Baumwolle, Kieselgel, Lebensmittel (Fleisch, Fisch, Brot, Salz, Mehl, Kaffee, Gemüse, Obst usw.) sowie verschiedene Produkte, Geräte, Werkzeuge, um diese vor Korrosion zu schützen.

Aufgrund seiner hervorragenden elektrischen Isoliereigenschaften ist Polyethylen zu einem unverzichtbaren Material für die Isolierung von Fernseh-, Telefon- und Telegrafenkabeln geworden.

Der Zusatz von Polyethylen mit niedrigem Molekulargewicht zu Tinten, Lacken und Farben verleiht ihnen eine erhöhte Abriebfestigkeit. In der Gummiindustrie wird Polyethylen häufig als Schmiermittel verwendet, das sich perfekt mit verschiedenen Gummiarten kombinieren lässt.

Polyethylen wird als Handelsprodukt hergestellt in reiner Form und mit Additiven (verschiedene Arten von Thermo- und Lichtstabilisatoren, Additive gegen Filmblocking usw.). Sie werden in geringen Mengen (Zehntelprozent) bei der Verarbeitung in das Polyethylen eingebracht. Die Additive verbessern die Qualität des fertigen Polyethylens.

In der Kabelindustrie wird daher Polyethylen verwendet, das 0,5 und 2 % Ruß enthält. Polyethylen zur Herstellung von Rohren für die Trink- und Hauswasserversorgung enthält 2 % Ruß (Ruß), für Abwasserrohre bis zu 35 % Ruß. 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 usw.

Je nach Eigenschaften und Verwendungszweck wird Polyethylen in verschiedenen Qualitäten hergestellt, die in Tabelle 1 angegeben sind.

Tabelle 1. Polyethylensorten, Anwendungsgebiete und Verarbeitungsverfahren

Die Bezeichnung der Grundsorten besteht aus der Materialbezeichnung „Polyethylen“ und acht Zahlen. Die erste Ziffer "1" zeigt an, dass der Ethylenpolymerisationsprozess in Rohrreaktoren und Rührkesselreaktoren in Gegenwart eines Katalysators bei hohem Druck abläuft. Die nächsten beiden Ziffern geben die Seriennummer der Basismarke an. Die fünfte Ziffer definiert herkömmlicherweise die Dichtegruppe der Polyethylenmarke. Die nächsten drei Zahlen, getrennt durch einen Bindestrich, geben die zehnfache Schmelzflussrate an.

Nach der Sorte von Polyethylen wird die Sorte angegeben.

2. Rohstoff für die Polyethylenproduktion

2.1 Hauptrohstoffe

Ethylen. Ethylen - chemische Verbindung, beschrieben durch die Formel C2H4, ist ein farbloses Gas mit schwachem Geruch. Es ist das einfachste Alken (Olefin). Enthält eine Doppelbindung und gehört daher zu den ungesättigten Verbindungen, hat eine hohe Reaktivität. Ethylen kommt in der Natur praktisch nicht vor. Es wird in geringen Mengen im Gewebe von Pflanzen und Tieren als Stoffwechselzwischenprodukt gebildet. Spielt eine äußerst wichtige Rolle in der Industrie, der am meisten produzierten organischen Verbindung der Welt.

Derzeit ist die Hauptquelle der Ethylenproduktion die Pyrolyse von gasförmigen und flüssigen gesättigten Kohlenwasserstoffen: Ethan, Propan und Straight-Run-Benzinen.

Ethyleneigenschaften:

Chemische Formel H2C = CH2

Molekulargewicht 28,05

Zustand - gasförmig

Schmelzpunkt 103,8 K (-169,2 ° C)

Siedepunkt 169,3 K (-103,7 ° C)

Dichte unter Normalbedingungen 1,26 kg / m 3

Dichte von flüssigem Ethylen bei 163,2 K (-109,8 ° C) - 610 kg / m 3

Brennbarkeitstemperatur 728 K (455 °C)

Ethylenreinheit. Für die Polymerisation muss Ethylen gründlich von Verunreinigungen gereinigt werden. Verunreinigungen von Ethylen werden in zwei Hauptgruppen unterteilt - inert und aktiv. Eine in einer nennenswerten Menge vorhandene inerte Verunreinigung, beispielsweise 5-10%, verringert die Ethylenkonzentration um einen erheblichen Betrag angesichts der geringen Kompressibilität von Ethylen.

Aktive Verunreinigungen von Ethylen, beispielsweise Verbindungen vom Vinyltyp, copolymerisieren gewöhnlich mit Ethylen, verändern die Eigenschaften des resultierenden Polymers und beeinflussen die Polymerisationsgeschwindigkeit.

Abhängig vom Gehalt an Verunreinigungen sehen die technischen Spezifikationen die Herstellung von drei Sorten verflüssigten Ethylens vor: A, B und C. Ethylen der Sorten A und B wird zur Herstellung von Polyethylen und Ethylenoxid verwendet. Ethylen Grad B - für die Herstellung anderer Bio-Produkte. Verflüssigtes Ethylen muss die Anforderungen und Normen erfüllen.

Katalysatoren (Initiatoren). Als Katalysatoren für die Ethylenpolymerisation werden hauptsächlich molekularer Sauerstoff und organische Peroxide verwendet. Von den Peroxiden in der Industrie werden die Peroxide von Di-tert-butyl, tert-Butylperbenzoat usw. am häufigsten verwendet. Die Wirkung des Initiators hängt vom Grad und der Geschwindigkeit seiner Zersetzung bei einer gegebenen Temperatur und von der Fähigkeit des Initiators ab gebildete Radikale mit dem Monomer reagieren.

Ein weiterer Faktor, der den Initiator charakterisiert, ist der Aktivsauerstoffgehalt, d.h. theoretischer Prozentsatz an aktivem Sauerstoff in reinem Peroxid.

Trockene Peroxide sind explosiv, ihre Lösungen in organischen Lösungsmitteln sind stabiler und weniger explosiv. Die Lagerung von Initiatoren muss unter bestimmten Temperaturbedingungen erfolgen.

Die Haupteigenschaften der gebräuchlichsten Peroxidinitiatoren werden im Folgenden beschrieben.

Di-tert-butylperoxid (С8Н18О2)

Anwendungstemperatur 513-553 K (240-280 ° C)

Molekulargewicht 146,2

Flüssigkeit, Dichte 793 kg / m 3

Siedepunkt bei 0,1 MPa - 463 K (190 ° C)

Peroxid ist in Wasser unlöslich, löslich in den meisten organischen Lösungsmitteln

Lagertemperatur 298 K (20 °C).

tert-Butylperbenzoat (C11H14O3)

Anwendungstemperatur 453-513 K (180-240 °C)

Molekulargewicht 194

Flüssigkeit, Dichte bei 293 K (20 ° C) - 1040 kg / m 3

Siedepunkt bei 0,1 MPa - 397 K (124 ° C)

Lagertemperatur 293 K (20 °C).

2.2 Hilfsrohstoffe

Füllstoffe sind überwiegend feste anorganische oder organische Stoffe natürlichen (mineralischen und pflanzlichen) und synthetischen Ursprungs, die in die Kunststoffmasse eingebracht werden, um ihr die entsprechenden Eigenschaften zu verleihen.

Füllstoffe werden hinzugefügt, um die Eigenschaften von Polyethylen zu verbessern (physikalisch und mechanisch, thermophysikalisch, elektrophysikalisch, optisch, ästhetisch, technologisch usw.). Und billige Füllstoffe reduzieren die Kosten von Polyethylen, beispielsweise beim Recycling von Polymeren und Kunststoffen, die als Füllstoffe verwendet werden.

Die wichtigsten Arten von Füllstoffen sowie die von ihnen verliehenen Eigenschaften sind in Tabelle 2 aufgeführt.

Tabelle 2. Beispiele für Füllstoffe mit besonderen Eigenschaften

Weichmacher sind schwerflüchtige, meist flüssige Stoffe, die der Mischung eine erhöhte Plastizität verleihen, wodurch die Formgebung von Produkten erleichtert, das Auftreten einer Versprödung des Materials bei tiefen Temperaturen verhindert und seine Flexibilität und Elastizität erhöht wird. Mit einer Erhöhung des Weichmachergehalts nimmt die Zug- und Druckfestigkeit des Polymers ab, die Schlagzähigkeit und die Dehnfähigkeit nehmen jedoch stark zu. Die gängigsten Weichmacher sind Butylkautschuk, Dibutylphthalat, Tricresylphosphat, Kampfer, Aluminiumstearat, Ölsäure, Glycerin usw.

Farbstoffe werden verwendet, um dem Produkt die gewünschte Farbe zu verleihen.

Härter (zB Urotropin, Kalk, Magnesia) werden der Zusammensetzung der plastischen Masse zugesetzt, um den Übergang des Polymers in einen festen, unschmelzbaren Zustand zu beschleunigen, in dem sie nicht schmelzen oder sich auflösen. Dabei bildet das Polymer eine dreidimensionale Struktur.

Stabilisatoren tragen dazu bei, den Alterungsprozess zu verlangsamen und dadurch die ursprünglichen Eigenschaften des Polyethylens langfristig zu erhalten. Die Stabilisatoren beeinträchtigen die ursprünglichen Eigenschaften des Polyethylens nicht.

Treibmittel - zur Herstellung von geschäumtem und porösem Polyethylen.

Bindemittel binden andere Bestandteile der Mischung zu einem monolithischen Material und bestimmen die Grundeigenschaften des Polymers. Als Bindemittel werden häufig Kunstharze verwendet.

Gleitmittel verbessern die physikalischen und mechanischen Eigenschaften von Polyethylen, nämlich die Homogenität der Schmelze zu erhöhen, ihre Fließfähigkeit und Reißdehnung zu erhöhen. Als Gleitmittel werden der plastischen Masse Stearinsäure, Zinkoxid, Bariumstearat etc. zugesetzt.

3. Polyethylen-Produktion

3.1 Theoretische Grundlagen des Ethylenpolymerisationsprozesses

Die Polymerisation von Ethylen bei hohem Druck verläuft nach dem Radikalkettenmechanismus, der aus den Stadien der Initiation, des Kettenwachstums und des Kettenabbruchs besteht.

Die Initiierung des Prozesses besteht in der Bildung aktiver Radikale

Der Beginn der Reaktion ist die Addition von Ethylen an das gebildete Radikal, wodurch ein neues Radikal gebildet wird:

* CH3 + CH2 = CH2> CH3 -CH2-CH2 *

Ethylenmoleküle werden sequentiell an das durch die Reaktion gebildete Radikal gebunden (Wachstumsreaktion):

CH3 -CH2-CH2 * + CH2 = CH2> CH3 -CH2-CH2-CH2-CH2 *

Das Wachstum der Kette endet mit einem offenen Kreislauf. Dies geschieht normalerweise, wenn aus zwei wachsenden Radikalen ein inaktives Makromolekül gebildet wird:

CH3-CH2 * + CH3-CH2 *> CH3-CH2-CH2-CH3

Oder wenn zwei wachsende Radikale zwei inaktive Makromoleküle bilden, von denen eines am Ende eine Doppelbindung trägt:

CH3- (CH2-CH2) n-CH2 * + CH3- (CH2-CH2) m-CH2 *>

CH3- (CH2-CH2) n-1-CH = CH2 + CH3- (CH2-CH2) m-CH2 *

Diese Reaktionen verringern die Geschwindigkeit des Polymerisationsverfahrens.

Wenn Ethylen nach dem oben beschriebenen Mechanismus polymerisiert wird, sollte die Bildung eines linearen gesättigten Polymers erwartet werden.

In Wirklichkeit werden jedoch je nach Reaktionsbedingungen mehr oder weniger verzweigte Makromoleküle erhalten, die einen geringen Anteil an Doppelbindungen enthalten (was auch auf das Auftreten der Kettenübertragungsreaktion zurückzuführen ist).

Es gibt zwei Varianten der Reaktion der Kettenübertragung auf das Polymer: intramolekular und intermolekular.

Beim intramolekularen Kettentransfer von einem wachsenden Polymerradikal wird ein Wasserstoffatom vom sekundären Kohlenstoff zum Kettenende übertragen:

Das durch intramolekulare Übertragung gebildete sekundäre Radikal führt zum Wachstum einer neuen Seitenkette. Der aus der Übertragung resultierende Endabschnitt der Kette ist eine Butylseitenverzweigung. Dadurch werden kurze Seitenketten gebildet. Durch intermolekularen Wasserstofftransfer kommt es zu einer Verzweigung in Form langer Ketten:

R1-CH2-CH2 * + R2-CH2-CH2-CH3> R1-CH2-CH2 * + R2-CH * -CH2-CH3

3.2 Hardware-Design der Polyethylen-Produktion bei Hochdruck

Die Polymerisation von Ethylen bei hohem Druck wird in Rohr- oder Autoklavenreaktoren durchgeführt.

Die Polymerisation kann in Blockform ("in Bulk") erfolgen, wenn hochreines Ethylen, komprimiert auf einen Druck von 100-300 MPa, gleichzeitig mit den Initiatoren des Prozesses in den Reaktor eingeführt wird, oder in Lösung, wenn die Reaktion abgeschlossen ist in einem Lösungsmittelmedium durchgeführt.

Die Blockpolymerisation ist aufgrund der hohen Exothermie des Verfahrens relativ schwer zu kontrollieren.

Bei der Polymerisation ist es erforderlich, die Reaktionstemperatur und auch die Viskosität des Reaktionsgemisches genau zu kontrollieren, um den Stoffübergang zu verbessern.

Wärmeabfuhr durch die Reaktorwand, Abkühlung des Reaktionsgemisches mit Frischgas durch partielle Nacheindüsung in den Reaktor, Absenken der zugeführten Temperatur zur Ethylenpolymerisation - all diese Maßnahmen liefern keine ausreichende Wärmeabfuhr für eine 100%ige Polymerisation von Ethylen. Um eine große Wärmefreisetzung, bei der die thermische Zersetzung von Ethylen auftritt, zu verhindern, wird die Reaktion bei einer Stufe entsprechend einem Umwandlungsgrad von 15-20% (in I'm besten fall 30%). Nicht umgesetztes Ethylen wird abgetrennt und recycelt. Somit sind die Prinzipien, auf denen die Ethylenpolymerisation bei hohem Druck basiert, ziemlich einfach, aber das Verfahren ist spezifisch und erfordert eine ausgeklügelte Ausrüstung, Instrumentierung und Automatisierung.

3.3 Grundlegendes technologisches Schema einer Industrieanlage

Das technologische Schema zur Herstellung von Polyethylen unter Verwendung von verflüssigtem Ethylen ist in Abb. 2

Das unten betrachtete technologische Schema der Polyethylenherstellung wird in einer Stufe durchgeführt, wenn sich alle Materialströme kontinuierlich entlang eines Fadens bewegen, einschließlich der kontinuierlichen Verarbeitung des Polymers zu kommerziellem Polyethylen.

Frisches Ethylen hoher Reinheit, das den Durchflussmesser 1 und den Gasanalysator 2 passiert, wird vom Kolbenkompressor 3 komprimiert, während seine Dichte die Dichte von leichten flüssigen Kohlenwasserstoffen (400-500 kg / m3) erreicht und durch das Ende geleitet wird Kühler 4 zur Ethylen-Kondensationsvorrichtung 5, von wo aus mit Recyclegas in den Speicher 6 von verflüssigtem Frisch- und Recycle-Ethylen gelangt.

Aus dem Lager wird verflüssigtes Ethylen entnommen und zur „Unterkühlung“ einer Propylen-Kälteanlage zugeführt. Unterkühltes Ethylen wird einer mehrstufigen Kreiselpumpe 7 zugeführt, in der es auf einen Zwischendruck – den Saugdruck von Hochdruckpumpen – verdichtet wird. Vor dem Eintritt in das Hochdrucksystem wird das Ethylen durch eine Reihe von Filtern geleitet, um Verunreinigungen zu entfernen. In die Saugleitung mit einem hohen

Druckadditive, Katalysatoren und Luft (mit Sauerstoffinitiierung) hinzufügen. Ethylenhaltige Additive und Katalysator gelangen in einen gemeinsamen Verteiler, der vier identische Hochdruckpumpen 8 speist, die parallel arbeiten. Ethylen wird auf einen maximalen Druck von 150-270 MPa komprimiert. Ethylen wird in Hochdruckpumpen komprimiert und an einer oder mehreren Stellen (200 °C) in den Reaktor 9 eingespeist. Am Ausgang der Pumpen und am Ausgang zum Reaktor wird der Druck mit speziellen Tensiometern gemessen. Sie zeigen und registrieren Druck. Ein Not-Entlüftungsventil ist installiert, um bei einem Druckanstieg über den voreingestellten Wert automatisch Ethylen an die Atmosphäre abzugeben.

Der Reaktor besteht aus einer Reihe langer, horizontaler Hochdruckrohre mit Wassermantel. Diese Pfeifen haben ein sehr hohes L/D-Verhältnis. Beim Überschreiten der eingestellten Temperatur im Reaktor wird automatisch ein Ventilsystem aktiviert, um die Wärmeabfuhr zu beschleunigen, wodurch die Möglichkeit einer thermischen Zersetzung von Ethylen praktisch ausgeschlossen wird.

Die Abtrennung des erhaltenen Polyethylens von nicht umgesetztem Ethylen erfolgt in einem großen vertikalen Polymersammler mit Dampfmantel 10. Der Polymerstand in der Apparatur wird durch ein spezielles Füllstandsmessgerät mit radioaktivem Element überwacht und geregelt.

Das geschmolzene Polyethylen aus dem Sammler tritt in den Extruder 11 ein und wird durch einen mit Wasser gefüllten Granulator geleitet. Die resultierende Suspension von Granulat und Wasser wird zu einem Sieb 12 und dann zu einem Zentrifugaltrockner 13 geleitet. Das getrocknete Polymer wird durch Schwerkraft in einen von zwei Sammelbehältern eingespeist.

Aus dem Produktsammler wird heißes Gas, das den Abhitzekessel 14 passiert, in einem Wasserkühler 15 gekühlt. Die Abtrennung von Polymeren mit niedrigem Molekulargewicht erfolgt in Separatoren 16. In mit Glaswolle gefüllten Fallen 17 gereinigt, gelangt das Gas in die Kolonne , in dem Öl und Additive davon getrennt werden. Ethylen 5 wird nach der Verflüssigung dem Lager 6 zugeführt. Regenerierte Additive aus der Kolonne werden zur Vermischung mit Ethylen einer Hochdruckpumpe 8 zugeführt.

Es gibt verschiedene Methoden, um die Effizienz der Polyethylenherstellung zu verbessern. Dies sollte durch die Einführung von Einheiten mit großer Kapazität und die Intensivierung der Produktion auf der Grundlage des wissenschaftlichen und technologischen Fortschritts erfolgen. Die Steigerung der Produktivität von Reaktoren durch Intensivierung und Steigerung der Effizienz ihres Betriebs erfordert keine großen Investitionen und wird durch verbesserte Konstruktion von Reaktionsvorrichtungen und Optimierung des technologischen Fortschritts der Polymerisation durchgeführt.

Eine effektive Steigerung der Produktivität einer Einheit Reaktionsvolumen ist durch die Erhöhung des Ethylenumsatzes pro Durchgang möglich, der hauptsächlich von folgenden Faktoren beeinflusst wird:

1) Senken der Temperatur des in die Polymerisation eintretenden Gases;

2) eine Temperaturerhöhung in der Reaktionszone;

3) Erhöhen des Drucks (um ein homogenes Reaktionsmedium zu erzeugen und die Ethylenkonzentration zu erhöhen);

4) bessere Abfuhr der Reaktionswärme, sowohl aufgrund einer besseren Wärmeübertragung durch die Wand als auch aufgrund einer besseren Wärmeübertragung durch die Wand und aufgrund einer perfekteren Verteilung des Frischgases entlang der Länge des Reaktors;

5) Verwendung effizienterer Polymerisationsinitiatoren;

6) Bessere Durchmischung der Reaktionsmasse;

7) Erhöhung der Reinheit des Ausgangsethylens;

8) Verbesserung des Designs von Reaktionsvorrichtungen und technologischen Schemata.

Es ist auch interessant, gebrauchtes Polyethylen, wie beispielsweise Behälter, zu recyceln und zu recyceln. Behälter aus Polyethylen werden in vielen Industrien verwendet: Kosmetik, Chemie, Lebensmittel usw. Für das Recycling von Polyethylen müssen Behälter aus verschiedenen Produkten zerkleinert, getrocknet, unter Vakuum umgeschmolzen und granuliert werden. Jedoch hat ein solches Polyethylen einen niedrigeren relativen Dehnungsindex, d.h. es ist weniger haltbar und seine Zusammensetzung ist weniger einheitlich. Diese Nachteile werden durch Zugabe von Schmiermitteln beseitigt.

4. Qualitätskontrolle von Polyethylen

4.1 Indikatoren für die Qualität von Polyethylen

Produktion Polyethylen Sortimentsmarkt

Die Qualitätskontrolle von Polyethylen wird sowohl während der Herstellung des Materials (im Reaktor, am Ausgang des Reaktors, im Extruder-Granulator) als auch im Labor des Endprodukts durchgeführt. Die Qualität von Polyethylen wird anhand der folgenden Indikatoren bewertet:

· Dichte;

· Molekulare Masse;

· Anzeige des Schmelzflusses;

· Viskosität;

· Die Verteilung von Schmelzflussindikatoren innerhalb der Charge;

· Anzahl der Einschlüsse;

· Technologischer Test für das Aussehen des Films;

· Beständigkeit gegen Rissbildung;

· Streckgrenze;

· Bruchkraft;

· Relative Bruchdehnung;

· Massenanteil der extrahierten Stoffe;

· Geruch und Geschmack von Wasserextrakten;

· Beständigkeit gegen thermische oxidative Alterung;

· Beständigkeit gegen photooxidative Alterung (durch Bestrahlung, nach Massenanteil an Ruß, durch gleichmäßige Rußverteilung);

· Massenanteil flüchtiger Stoffe.

Die wichtigsten der aufgeführten Indikatoren, nach denen eine obligatorische Qualitätskontrolle durchgeführt wird, sind das Molekulargewicht von Polyethylen, seine Dichte, Viskosität und die Schmelzflussrate. Tabelle 3 zeigt die Normen der Qualitätsindikatoren für mehrere Basismarken.

Tabelle 3 Qualitätsindikatoren der Basisqualitäten von Polyethylen

4.2 Methoden zur Qualitätsbestimmung

Bestimmung des Molekulargewichts:

Polyethylen ist linear und kann in geeigneten Lösungsmitteln gelöst werden.

Das Molekulargewicht von linearen Polymeren liegt im Bereich 103-107, und die bei der Polymerisation gebildeten Polyethylen-Makromoleküle haben unterschiedliche Molekulargewichte, daher sind Polyethylenlösungen polydisperse Systeme und das experimentell bestimmte Molekulargewicht ist nur ein statistischer Mittelwert.

Das Molekulargewicht der vernetzten Polyethylenfraktionen kann sehr groß sein. Sie wird durch den Vernetzungsgrad bestimmt, d.h. das durchschnittliche "Molekulargewicht" zwischen den Vernetzungsstellen. Der Vernetzungsgrad kann durch den Quellungsgrad des Polymers in Lösungsmitteln beurteilt werden.

Das Molekulargewicht von Polymeren kann durch eine Vielzahl von Verfahren bestimmt werden, wobei jedes Verfahren anwendbar ist, um Molekulargewichte innerhalb der geeigneten Bereiche zu messen.

Alle diese Verfahren, mit Ausnahme des "Endgruppen"-Verfahrens, basieren auf der Veränderung jeglicher Eigenschaften verdünnter Polymerlösungen im Verhältnis zur Anzahl der gelösten Moleküle; Um das Molekulargewicht nach solchen Verfahren zu bestimmen, ist eine komplexe Ausrüstung erforderlich. Daher wird in Fabriken bisher meist die einfachste und schnellste viskometrische Methode verwendet und das Molekulargewicht aus dem gefundenen Wert der Lösungsviskosität berechnet.

Methode zur Bestimmung von Endgruppen. Wenn an den Enden des Makromoleküls funktionelle Gruppen vorhanden sind, die durch ein chemisches Verfahren bestimmt werden können, kann das Zahlenmittel des Molekulargewichts des Polymers basierend auf den Daten der chemischen Analyse berechnet werden. Da die relative Zahl der Endgruppen in einer Polymerprobe mit hohem Molekulargewicht sehr gering ist, ist die Genauigkeit ihrer Bestimmung gering. Diese Methode bestimmt das Molekulargewicht bis zu 3 × 104.

Ebullioskopie und Kryoskopie. Bei diesen Verfahren wird das Molekulargewicht aus einer Erhöhung des Siedepunkts oder einer Erniedrigung des Gefrierpunkts von Polymerlösungen berechnet. Da die Temperaturänderungen hier sehr gering sind, ist auch die Genauigkeit dieser Verfahren gering.

Bei der ebullioskopischen Methode wird ein Lösungsmittel mit niedrigem Siedepunkt verwendet, um einen Polymerabbau zu vermeiden. Die Wahl eines Lösungsmittels für das kryoskopische Verfahren ist da noch schwieriger. wie Polymermakromoleküle vor Erreichen des Gefrierpunkts des Lösungsmittels oder zusammen mit dem Lösungsmittel aus dem Lösungsmittel ausfallen können. Das Intervall zur Bestimmung des Molekulargewichts beträgt 2 · 104-3 · 104.

Osmotische Druckmethode. Bei Anwendung dieses Verfahrens treten erhebliche Schwierigkeiten bei der Herstellung von semipermeablen Membranen auf, die in der Lage sind, Lösungsmittelmoleküle durchzulassen und Makromoleküle mit einem Molekulargewicht von bis zu 30.000 zurückzuhalten (die Verwendung des osmotischen Verfahrens für Polymere mit geringerer Masse ist nicht zuverlässig). Der Bereich der Molekulargewichtsbestimmung ist 104-106.

Methode der Lichtstreuung. Ein durch ein transparentes Medium hindurchtretender Lichtstrahl wird teilweise gestreut. Das Verfahren beruht darauf, dass ein reines Lösungsmittel und eine Polymerlösung unterschiedliche Lichtstreuung aufweisen. Das resultierende Molekulargewicht ist das Gewichtsmittel des Molekulargewichts. Der Bereich der Molekulargewichtsbestimmung beträgt 104-107.

Die Methode der Sedimentation (oder Sedimentation) in einer Ultrazentrifuge. Beim Absetzen der Suspension kann aus der allmählichen Sedimentation der Partikel und der Sedimentationsgeschwindigkeit die Partikelmasse des suspendierten Stoffes berechnet werden, wenn in einer Ultrazentrifuge ein sehr starkes Zentrifugalfeld verwendet wird. Die Rotordrehzahl der Zentrifuge muss mindestens 1000 U/s betragen. Aus der Abscheidungsrate kann nicht nur das Molekulargewicht des Polymers berechnet werden, sondern auch die Molekulargewichtsverteilung. Der Bereich der Molekulargewichtsbestimmung liegt zwischen 104 und 107.

Viskosimetrie-Methode. Die einfachste und bequemste Methode zur Bestimmung des Molekulargewichts ist die viskometrische Methode. Das Molekulargewicht wird unter Verwendung einer empirischen Gleichung berechnet, die die Viskosität einer Lösung, die Viskosität des Lösungsmittels und die Konzentration des Polymers in Beziehung setzt. Das aus der Viskositätscharakteristik berechnete Molekulargewicht wird als viskositätsmittleres Molekulargewicht bezeichnet und wird üblicherweise durch den Wert seines Logarithmus ausgedrückt.

Bestimmung der Schmelzflussrate: Das Gerät zur Bestimmung des MFI (GOST 11645-73) ist ein Spritzenplastometer, dessen Innendurchmesser der Düse 2,09 mm beträgt, mit einem Stab und einem Gewicht von 2,16 kg, a Thermoelement zur Messung der Temperatur der Schmelze, die bei der Indexbestimmung konstant auf 463 K ± 0,5 (190 ± 0,5 ° C) gehalten wird. Die unter diesen Bedingungen über 10 Minuten extrudierte Materialmasse in Gramm wird als Schmelzflussrate bezeichnet. Der niedrige Schmelzindex entspricht der hohen inneren Reibung, die einem Material mit hohem Molekulargewicht innewohnt. Somit erlaubt die nach diesem Verfahren ermittelte Schmelzflussrate in bekannter Näherung aufgrund ungenügender Messgenauigkeit, Polyethylen-Typen nach der Größe der Polymermoleküle zu klassifizieren.

Bestimmung der scheinbaren Dichte (Schüttdichte):

Mess- und Wiegemethode. Das Verfahren besteht darin, die Dichte einer Substanz durch das Verhältnis der Masse der Probe zu ihrem Volumen zu bestimmen, das durch direktes Wiegen und Messen bestimmt wird. Das Volumen kann mit anderen Methoden gemessen werden, beispielsweise durch das verdrängte Flüssigkeitsvolumen bei unregelmäßigen oder schwer zu messenden Proben. Das Verfahren dient zur Bestimmung der Dichte (Schüttdichte) von Produkten und Halbzeugen (Stäbe, Stangen, Rohre) und bietet eine Messgenauigkeit von bis zu 0,5 % bei einer Genauigkeit von 0,3 % Volumen und 0,2 % Masse.

Hydrostatisches Wägeverfahren. Das Verfahren besteht darin, die Massen gleicher Volumina der Prüfsubstanz und einer Flüssigkeit bekannter Dichte (z. B. destilliertes Wasser) zu vergleichen. Das Verfahren dient der Bestimmung der Dichte (Schüttdichte) von Formteilen (Stäbe, Stangen, Rohre); es bietet eine Messgenauigkeit von bis zu 0,1%.

Pyknometrische Methode. Das Verfahren besteht darin, die Massen gleicher Volumina der Prüfsubstanz und einer Flüssigkeit bekannter Dichte zu vergleichen. Das Verfahren dient zur Bestimmung der Dichte von Formkörpern, Presspulvergranulaten, Flakes; es bietet eine Messgenauigkeit von bis zu 0,05%.

Das Flotationsverfahren vergleicht die Dichte einer Probe mit der Dichte einer bekannten Flüssigkeit im Moment, in dem die Probe suspendiert wird. Das Verfahren dient zur Bestimmung der Dichte von Kunststoffen (hauptsächlich Polyolefinen) in Form von Granulaten und Formteilen aller Art. Als Arbeitsmedium wird ein Gemisch aus Ethylalkohol und Wasser verwendet. Das Verfahren eignet sich zur Bestimmung der Dichte von Polymeren ab 910 kg / m 3 (0,9100 g / cm 3) mit einer Genauigkeit von 0,0002 g / cm 3 .

Die Gradientensäulenmethode basiert auf dem Vergleich der Eintauchtiefe einer Messprobe und einer Flüssigkeit bekannter Dichte in einem Zylinder oder Rohr mit einer Lösung, deren Dichte mit der Höhe variiert ("Gradientensäule").

Das Verfahren dient zur Bestimmung der Dichte von Produkten in Form von Folien, Granulaten, Fasern sowie beliebigen Formkörpern. Die Genauigkeit dieser Methode hängt vom Unterschied der Flüssigkeitsdichte über die Höhe der Gradientensäule ab. Bei einer Spalte "Empfindlichkeit" von 0,0001 f / cm 3 pro Millimeter erreicht die Genauigkeit der Methode 0,05%.

Derzeit ist Polyethylen sowohl mit niedriger als auch mit hoher Dichte auf dem Markt weit verbreitet, der Großteil davon in Behältern und Verpackungen. verschiedene Typen Produkte. Daher ist es notwendig, der Qualität und den Eigenschaften dieses Materials große Aufmerksamkeit zu schenken.

Im Laufe der Arbeit habe ich gelernt, dass unter Hochdruck hergestelltes Polyethylen eine geringe Dichte hat und zur Gruppe der thermoplastischen Polymere gehört. Es hat chemische Trägheit, Leichtigkeit und Stärke und die Fähigkeit, sich zu dehnen. Solche Eigenschaften bestimmten den Anwendungsbereich, wo Polyethylen in Form von Folien, Verpackungsmaterial, Korrosionsschutzbeschichtungen, Elektroisoliermaterialien für Kabel, Gewebe und Papier damit imprägniert wird.

Der Rohstoff für Polyethylen ist Ethylen und Katalysatoren. Aber es wird selten in seiner reinen Form hergestellt. Die Vielfalt seiner Marken erklärt sich durch die Zugabe von Additiven in Polyethylen, wie Füllstoffe, Weichmacher, Bindemittel, Härter, Farbstoffe, Stabilisatoren, Gleitmittel. Additive verleihen Polyethylen bestimmte spezifische Eigenschaften und verbessern seine Qualität.

Ich erfuhr auch, dass die Polymerisation von Polyethylen bei erhöhten Temperaturen und Drücken abläuft und um eine thermische Zersetzung von Ethylen oder eine Hemmung der Reaktion zu verhindern, ist eine ständige Überwachung erforderlich. Daher werden in der Produktion eine Vielzahl von Instrumenten und Automatisierungen verwendet.

Die Hauptindikatoren, durch die Polyethylen charakterisiert wird, sind sein Molekulargewicht, seine Dichte und sein Schmelzfluss. Diese Indikatoren bestimmen die Qualität von Polyethylen im Labor sowie in der Produktion selbst: im Reaktor, direkt am Ausgang des Reaktors, des fertigen Polyethylen-Granulats.

Die Polyethylentechnologie erfordert die strikte Einhaltung der Produktionsvorschriften unter Berücksichtigung des Einflusses technologischer Parameter auf die Eigenschaften des Endprodukts und einen strikt organisatorischen Ablauf. Nur mit diesem Ansatz können Sie hochwertiges Material erhalten.

Außerordentlich relevantes Thema Im Moment ist die Entsorgung von Abfall Polyethylen geworden, da es sich nicht selbst zersetzt und die Umwelt belastet. Wissenschaftler haben bereits mehrere Methoden zum Recycling von Polyethylen entwickelt, das aufgrund seiner thermoplastischen Eigenschaften möglich ist. Die Schwierigkeit besteht jedoch darin, dass leistungsstarke Geräte und Mülltrennung erforderlich sind.

Referenzliste

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Das wichtigste industrielle Verfahren zur Herstellung von LDPE ist die radikalische Polymerisation von Ethylen in Masse bei einer Temperatur von 200-320 °C und Drücken von 150-350 MPa. Die Polymerisation erfolgt in kontinuierlichen Anlagen mit verschiedenen Kapazitäten von 0,5 bis 20 t / h.

Der technologische Prozess der LDPE-Herstellung umfasst die folgenden Hauptschritte: Ethylenkompression auf den Reaktionsdruck; Dosieranzeige; Dosierung des Modifikators; Ethylen-Polymerisation; Trennung von Polyethylen und nicht umgesetztem Ethylen; Abkühlung und Reinigung von nicht umgesetztem Ethylen (Rückgas); Granulierung von geschmolzenem Polyethylen; Verpackung, einschließlich Entwässerung und Trocknung von Polyethylen-Granulat, Verteilung in Analysebehälter und Bestimmung der Qualität von Polyethylen, Bildung von Chargen in Warenbehältern, Mischen, Lagerung; Laden von Polyethylen in Tanks und Container; Verpacken in Säcken; zusätzliche Verarbeitung - Erhalten von Polyethylenzusammensetzungen mit Stabilisatoren, Farbstoffen, Füllstoffen und anderen Zusatzstoffen.

2.1. TECHNOLOGISCHE SYSTEME.

LDPE-Produktionsanlagen bestehen aus Syntheseeinheiten und Montage- und weiteren Verarbeitungseinheiten.

Ethylen aus der Gastrennanlage oder Speicheranlage wird unter einem Druck von 1-2 MPa und einer Temperatur von 10-40 ° C in den Receiver geliefert, wo Niederdruck-Rücklauf Ethylen und Sauerstoff (bei Verwendung als Initiator) eingeleitet werden hinein. Die Mischung wird von einem Mitteldruckkompressor auf 25-30 MPa komprimiert. es wird an den Rücklauf von Ethylen mit mittlerem Druck angeschlossen, durch den Kompressor des Reaktionsdrucks auf 150-350 MPa komprimiert und zum Reaktor geleitet. Peroxidische Initiatoren werden, falls im Polymerisationsverfahren verwendet, mittels einer Pumpe unmittelbar vor dem Reaktor in das Reaktionsgemisch eingebracht. Im Reaktor findet die Ethylenpolymerisation bei einer Temperatur von 200-320 °C statt. Dieses Diagramm zeigt einen Rohrreaktor, es können aber auch Autoklavenreaktoren verwendet werden.

Das im Reaktor gebildete geschmolzene Polyethylen wird zusammen mit nicht umgesetztem Ethylen (die Umwandlung von Ethylen zu Polymer beträgt 10-30 %) kontinuierlich aus dem Reaktor durch das Drosselventil entfernt und gelangt in den Zwischendruckabscheider, wo ein Druck von 25-30 MPa und eine Temperatur von 220-270°C gehalten werden. Unter diesen Bedingungen kommt es zur Trennung von Polyethylen und nicht umgesetztem Ethylen. Geschmolzenes Polyethylen vom Boden des Abscheiders tritt zusammen mit gelöstem Ethylen durch ein Drosselventil in den Niederdruckabscheider ein. Ethylen (Mitteldruckrücklaufgas) aus dem Abscheider durchläuft das Kühl- und Reinigungssystem (Kühlschränke, Zyklone), wo eine schrittweise Abkühlung auf 30 - 40 °C und die Freisetzung von niedermolekularem Polyethylen erfolgt, und wird dann dem Ansaugung des Reaktionsdruckverdichters. In einem Niederdruckabscheider bei einem Druck von 0,1-0,5 MPa und einer Temperatur von 200-250°C wird Ethylen gelöst und mechanisch mitgerissen (Niederdruckrückgas) aus Polyethylen, welches durch das Kühl- und Reinigungssystem strömt ( Kühlschrank, Zyklon) in den Empfänger ... Aus dem Sammler wird das vom Booster-Kompressor komprimierte Niederdruck-Rückgas (gegebenenfalls mit einem Modifikator) zur Mischung mit frischem Ethylen geleitet.

Das geschmolzene Polyethylen aus dem Niederdruckabscheider gelangt in den Extruder und wird von diesem in Form von Granulat durch Pneumatik- oder Hydrotransport zur Montage und Weiterverarbeitung geschickt.

Es ist möglich, einige Zusammensetzungen in einem Primärgranulationsextruder zu erhalten. In diesem Fall ist der Extruder mit zusätzlichen Aggregaten zum Einbringen von flüssigen oder festen Additiven ausgestattet.

Eine Reihe zusätzlicher Einheiten im Vergleich zum technologischen Schema für die Synthese von traditionellem LDPE haben ein technologisches Schema für die Herstellung von linearem Hochdruck-Polyethylen, das ein Copolymer von Ethylen mit einem höheren a-Olefin (Buten-1, Hexen- 1, Octen-1) und durch Copolymerisation nach dem Anionen-Koordinationsmechanismus unter dem Einfluss komplexer metallorganischer Katalysatoren erhalten. Somit wird das der Einheit zugeführte Ethylen einer zusätzlichen Reinigung unterzogen. Comonomer - a-Olefin wird nach seiner Abkühlung und Reinigung in das Rückgas mit mittlerem Druck eingeführt. Nach dem Reaktor wird ein Desaktivator zugegeben, um das Auftreten einer Polymerisation im Polymer-Monomer-Trennsystem zu verhindern. Die Katalysatoren werden direkt dem Reaktor zugeführt.

In den letzten Jahren haben eine Reihe ausländischer LDPE-Hersteller die Produktion von LDPE in industriellen LDPE-Werken organisiert und mit der notwendigen Zusatzausrüstung ausgestattet.

Mit Wasser vermischtes Polyethylengranulat aus der Syntheseeinheit wird der Polyethylen-Dehydratisierungs- und Trocknungseinheit zugeführt, die aus einem Wasserabscheider und einer Zentrifuge besteht. Getrocknetes Polyethylen gelangt in den Aufnahmetrichter und von diesem durch die automatische Waage in einen der Analysetrichter. Analysebehälter dienen zur Aufbewahrung von Polyethylen für die Dauer der Analyse und werden einzeln befüllt. Nach der Bestimmung der Eigenschaften wird Polyethylen durch pneumatischen Transport zu einem Luftmischer, zu einem minderwertigen Produktbehälter oder einem handelsüblichen Produktbehälter geschickt.

In einem Luftmischer wird Polyethylen homogenisiert, um seine Eigenschaften in einer Charge aus Produkten aus mehreren Analysebehältern auszugleichen.

Vom Mischer gelangt Polyethylen in die Bunker des Handelsprodukts, von wo aus es in Eisenbahntanks, Tankwagen oder Container verschifft sowie in Säcke verpackt wird. Alle Bunker werden mit Luft gespült, um die Ansammlung von Ethylen zu verhindern.

Um die Zusammensetzungen zu erhalten, gelangt Polyethylen aus den Bunkern des Handelsprodukts in den Vorratsbunker. Stabilisatoren, Farbstoffe oder andere Zusatzstoffe werden dem Einfülltrichter zugeführt, meist in Form eines körnigen Konzentrats in Polyethylen. Durch die Dispenser gelangen Polyethylen und Additive in den Mischer. Vom Mischer wird die Mischung zum Extruder geleitet. Nach Granulierung in einem Unterwassergranulator, Wasserabscheidung in einem Wasserabscheider und Trocknung in einer Zentrifuge gelangt die Polyethylenmasse in die Bunker des Handelsprodukts. Aus den Behältern wird das Produkt zum Versand oder zur Verpackung geschickt.