1. Загальна частина

   1. Аналітичний огляд літератури

1.1.1 Загальні відомості про поліетилен

Структурна формула поліетилену :

Етилен СН₂=CH₂за нормальних умов - безкольоровий газ з температурою кипіння 103,8^оС. Температура самозаймання етилену в повітрі 546 ^оС; вибухонебезпечна концентрація в повітрі коливається від 3 до 34%. Етилен стійкий при нагріванні до 350 ^оС, вище цієї температури він розкладається з утворенням метану, ацетилену, водню і твердого вуглецю. Етилен розчинний в спирті, дихлоретані. Добре розчиняється в ефірах та погано розчинний у воді.

Поліетилен – це карболанцюговий полімер аліфатичного ненасиченого вуглеводню олефінового ряду – етилену, з відносно невисокою твердістю. Полімеризацію етилену досліджував А. М. Бутлеров. Низькомолекулярний полімер етилену вперше був синтезований Густавсоном у Росії в 1884 р. Проте довгий час вдавалося одержувати тільки полімери низької молекулярної маси (не більше 500), що були в’язкими рідинами і застосовувались в техніці лише як синтетичні змащувальні мастила.

У 30-х роках минулого сторіччя в Англії та Радянському Союзі в лабораторних умовах при тиску більше 50Мпа і температурі біля 180^оС вперше був отриманий високомолекулярний твердий поліетилен.

Промисловий спосіб отримання поліетилену при високому тиску був здійснений в Англії в 1937 р.

В 1952р. Циглером були знайдені каталізатори на основі комплексу триетилалюмінію і тетрахлориду титану, які викликали полімеризацію етилену з утворенням твердого продукту високої молекулярної ваги при низькому тиску.[ ]

Дещо пізніше фірма “Філіпс” (США) розробила новий каталізатор для полімеризації етилену при середньому тиску на основі оксидів металів змінної ва-лентності (оксид хрому) нанесених на алюмосилікат. Полімеризація етилену проводилася при тиску 3, 5-7,0 Мпа в середовищі інертного вуглеводню (пентану, гексану, октану та ін.). В 1970 - 75 рр. у Радянському Союзі спільно з фахівцями НДР був розроблений і упроваджений у промисловість новий спосіб отримання поліетилену при високому тиску в конденсуючій газовій фазі.

Останніми роками розроблено декілька високоефективних процесів отримання поліетилену в присутності різних каталізаторів. З цих процесів найбільш цікавими є виробництво поліетилену низького тиску в газовій фазі у присутності каталізаторів - органічних сполук хрому на силікатному носії при тиску 2,2 Мпа і температурі 85 - 100^оС, та виробництво лінійного поліетилену в газовій фазі в псевдозрідженому шарі в присутності високоефективного каталізатору на основі з’єднань хрому при тиску 0,88 — 2,15 Мпа і температурі 100 ^оС (процес “Юніпол”). Обидва процеси проводяться на одному і тому ж устаткуванні.[]

Різноманітні методи дослідження показують, що поліетилен має кристалічну структуру, аналогічну структурі нормальних парафінів. Молекула поліетилену являє собою довгий ланцюг метиленових груп, які складають деяку кількість бічних груп. Чим більше бічних груп в ланцюзі полімеру і чим вони довші, тим нижче ступінь кристалічності. [ ]

Ступінь кристалічності поліетилену не досягає 100%; поряд з кристалічною фазою завжди міститься аморфна. Співвідношення цих фаз залежить від методу отримання полімеру та умов його кристалізації. При температурі 20ступінь кристалічності полімеру досягає від 50 до 90 %. Макромолекули поліетилену в кристалічних областях мають конфігурацію плоского зігзагу з періодом іденти

ності 2,53 ^.10^-4мкм. Навіть в ідеально закристалізованому поліетилені міститься 5-10 % неупорядкованого матеріалу.

Молекулярна вага поліетилену, в залежності від методу та режиму полімеризації, коливається у межах від десятків тисяч до декількох мільйонів.

У промисловості відомі три методи одержання поліетилену:

• Полімеризація етилену при високому тиску (100-350 МПа). Процес протікає при 200-300у розплаві в присутності ініціаторів (кисню, органічних перекисів) за радикальним механізмом. Отриманий цим методом поліетилен має молекулярну вагу 30000-500000 і ступінь кристалічності 50-60%.Макромолекули такого поліетилену мають розгалужену будову, цим пояснюється його невисока густина 916— 930 кг/м³ (менш щільне пакування макромолекул). Такий поліетилен називається поліетиленом високого тиску (ПЕВТ) або низької густини (ПЕНГ);

• Полімеризація етилену при низькому тиску (0,3-0,5 МПа) з використанням металоорганічних каталізаторів (каталізатор Циглера-Натта). Полімеризація протікає, як правило, при температурі близько 80в суспензії за іонно-координаційним механізмом. Отримують менш розгалужені та більш довші макромолекули. Одержаний поліетилен має густину 959 — 960 кг/м³. Молекулярна маса полімерів знаходиться у межах 50000-35000000, а ступінь кристалічності 75-85%. Такий поліетилен називається поліетилен низького тиску (ПЕНТ) або високої густини (ПЕВГ);

• Полімеризація етилену при середньому тиску (3,5-4 Мпа) і температурі 150у розчині з використанням в якості каталізаторів окислів металів змінної валентності (поліетилен має густину 960 — 970 кг/м³). Молекулярна маса 70000-400000, ступінь кристалічності 80-90%. Отриманий поліетилен називають поліетиленом середнього тиску (ПЕСТ).[ ].

Вищенаведені типи поліетилену отриманого з однакового мономеру, але вони являють собою різні матеріали. Це пояснюється різними геометричними формами макромолекул та різною здатністю до кристалізації.

Всі поліетилени мають високу морозостійкість (низьку температуру крихкості) і можуть експлуатуватись при температурах до - 70°C, деякі марки зберігають свої цінні властивості при температурах нижче - 120°C.

Поліетилен відрізняється від інших термопластів вельми цінним комплексом властивостей. Вироби з поліетилену мають високу міцність, стійкість до дії агресивних середовищ та радіації, не токсичність, гарні діелектричні властивості. Переробляється поліетилен всіма відомими для термопластів методами.

Завдяки доступності сировини, у поєднанні з цінними властивостями та низькими витратами на його отримання, поліетилен за об’ємом виробництва займає серед пластмас перше місце.