Области применения и свойства полиэтилена

Полиэтилен (PE, ПЭ) — термопластичный полимер, состоящий из одного мономерного компонента — этилена (CH2). Это один из самых распространенных полимерных материалов. Свойства и области применения полиэтилена меняются в зависимости от производственной технологии. ПЭ изобрел немецкий химик Ганс фон Пехманн в конце 19-го века. Но польза открытия была оценена только через 34 года, когда этот материал использовали при изготовлении телефонного кабеля.

Общие свойства полиэтилена

Полиэтилен относится к термопластам, то есть материалам, которые переходят в жидкое состояние при температуре плавления. Их можно многократно расплавлять и охлаждать без особой деградации, что обеспечивает способность ПЭ к вторичной переработке.

Популярность полиэтилену обеспечивают его свойства:

• устойчивость к воздействию влаги, слабых щелочных и кислотных растворов;
• при температуре выше +60 ̊C — быстрое разрушение при контакте с серной и азотной кислотами;
• низкая газопроницаемость;
• отсутствие электропроводимости.

Полиэтилен хорошо подходит для повторного использования. Для получения ПЭ-изделий можно применять практически все современные технологии, предназначенные для переработки пластмасс. Полимер не предъявляет высоких требований к качеству и конструкции оборудования и оснастки. Для ПЭ и других полимеров на его основе выпускается большое количество пигментов и различных добавок.

Чистый полиэтилен имеет белый цвет. При большой толщине он непрозрачный, при малой — прозрачный. Полиэтилен, в составе которого отсутствуют светостабилизирующие добавки (например, сажа), быстро разрушается при постоянном воздействии интенсивных УФ-лучей. После кратковременной обработки окислителем поверхность ПЭ смачивается водой и клеями. ПЭ-изделия после такой обработки можно склеивать.

Виды полиэтилена, особенности их производства, свойства

Структура и характеристики ПЭ зависят от технологии производства. Самые распространенные: ПВД, линейный ПВД, ПНД.

ПВД – полиэтилен высокого давления, низкой плотности (ПНП, LDPE, Low Density Polyethylene)

Это гибкий материал производится при высоком давлении и температуре. Он отличается высокой текучестью, которая позволяет производить из него пленки и тонкие листы.

Для ПВД характерны:

• высокая пластичность;
• хорошие водоотталкивающие свойства;
• биологическая инертность.

Минусы полимера: слабая устойчивость к жирам, маслам, УФ-излучению, низкая прочность на растяжение. ПВД относительно безопасен для человека и окружающей среды, поэтому активно применяется в быту.

LLDPE – линейный полиэтилен высокого давления, низкой плотности

Свойства этого полимера можно варьировать, изменяя параметры технологического процесса. Процесс его производства менее энергоемкий, чем изготовление LDPE. Другие преимущества материала:

• прочная поверхность, которую невозможно повредить при использовании;
• способность выдерживать достаточно высокие температуры (материал используют для упаковки горячих блюд);
• возможность использовать упаковку из линейного ПЭ для пищевых продуктов;
• повышенная пожароустойчивость;
• устойчивость к воздействию влаги.

Линейный полиэтилен имеет серьезный минус. Он практически не разлагается, поэтому требует применения специальных технологий для утилизации.

ПНД – полиэтилен низкого давления, высокой плотности (ПЭНД, ПВП, HDPE, High Density Polyethylene)

Этот полимерный материал производится под воздействием низкого давления. Сырьем для него служит раствор этилена в гексане, нагреваемый до +160…250 ̊. Давление: 3,5–5,3 МПа. Период соприкосновения смеси с инициатором реакции — 10–15 минут. Готовые гранулы пропаривают при температуре, превышающей температуру плавления ПЭ.

Готовый ПНД бесцветный, твердый, полупрозрачный, прочный. Он устойчив к воздействию химически активных сред, обладает хорошими диэлектрическими свойствами.

Чем выше плотность получаемого полимерного материала, тем лучше его прочность, жесткость, твердость, химическая стойкость. Но рост плотности при этом приводит к снижению его устойчивости к низким температурам, сопротивлению разрыву, газопроницаемости.

Одним из способов утилизации ПНД является сжигание. Но этот процесс сопровождается выделением в атмосферу вредных веществ, что требует установки сложных фильтров. Более прогрессивными являются следующие технологии переработки ПНД:

• Крекинг и пиролиз. Проводят при высоких температурах, в результате которых получают энергетически ценные жидкости и газы. Продукты крекинга и пиролиза используются при производстве топливных компонентов, органических соединений.
• Гранулирование. Предусматривает дробление материала и последующее формирование гранул, которые могут использоваться в строительной сфере или для получения вторичного ПЭ.

Технологии изготовления изделий из полиэтилена

Продукцию из ПЭ изготавливают с применением различных современных технологий.

Метод экструзии

Этот распространенный способ получения полимерных изделий заключается в механическом выдавливании расплавленной полимерной смеси через формирующий элемент (фильеру). Профиль фильеры определяет форму и размеры будущего продукта.

Способом экструзии получают:

• пленку, которая может использоваться в первоначальном виде, а также для изготовления пакетов;
• трубы для водопроводов и газопроводовводопроводные, газопроводные трубы;
• листы, оболочки кабельной продукции;
• вспененные профили;
• флаконы, банки, крышки для них.

Технология литья под давлением

Этот способ так же популярен, как и экструзия. С его помощью получают: банки, крышки, пробки, предметы медицинского назначения, канцелярские товары, игрушки, бытовые товары, преформы.

Другие способы изготовления полиэтиленовых изделий

Полиэтилен перерабатывают экструзионно-выдувным и инжекционно-выдувным способами, ротоформованием, пневматическим или вакуумным формованием из листового материала. Крупные форматы производят спеканием ПЭ-порошка на высокотемпературной форме.

Области применения изделий из ПНД и их преимущества

Российский производитель АО «Завод Протей» использует ПНД для изготовления флаконов и банок самых разных форм. Способ производства — экструзия. Он позволяет изготавливать флаконы и банки самых разных форм, в том числе асимметричных, с острыми углами, создавать горловины любых размеров и конфигураций.

Преимущества упаковки из полиэтилена низкого давления:

• Банки и флаконы из ПНД устойчивы к агрессивным средам, что позволяет использовать их для фасовки химических веществ.
• Поверхность может иметь покрытие soft-touch с красивой бархатистой структурой.

Для декора применяют окрашивание и технологию шелкографии. Уникальный дизайн упаковки выделяет товар на полках магазинов. С помощью шелкографии можно создавать крупные принты, накладывать один цвет на другой, наносить тонкие линии методом выворотки. Дополнительные декоративные эффекты получают с помощью глянцевых, матовых, тактильных лаков.

Завод производит флаконы цилиндрической формы с ровным углом в верхней части, придающим емкости оригинальный внешний вид. Их объемы — 150, 200, 300, 400 мл. Универсальная упаковка подходит для шампуней, лосьонов, кремов, масок, других уходовых и лечебных средств. Флаконы одинаковой формы позволяют создавать линейки продуктов, подарочные наборы, включающие шампуни, лосьоны, гели.

Также из ПНД изготавливают банки для БАД с двухкомпонентной крышкой с элементом контроля первого вскрытия — предохранительной мембраной с отрывным кольцом.