PE műanyag alapanyag

PE alapanyagok: univerzális műanyagok jellemzőkkel, gyártással és változatos alkalmazásokkal

A PE (polietilén) egy etilén monomerekből polimerizált hőre lágyuló gyanta. A világ legnagyobb általános célú műanyagaként az 1930-as évek iparosodása óta a termelés és az élet számos területére behatolt kiváló átfogó teljesítményének, alacsony költségének és széles körű alkalmazhatóságának köszönhetően. A napi bevásárlótáskáktól az ipari csővezetékeken át az élelmiszer-csomagolásokig a mezőgazdasági fóliákig a PE egyedülálló előnyeivel nélkülözhetetlen alapanyaggá vált a modern társadalomban, elősegítve a polimer anyagipar fejlődését.

1. A PE molekuláris szerkezete és alapvető jellemzői

A PE molekulaszerkezete lineáris vagy elágazó szén-hidrogén láncokból áll, ismétlődő -CH₂-CH₂- egységekkel. A molekulaláncok szabályossága és elágazási foka határozza meg teljesítménybeli különbségeiket. Molekulaszerkezet szerint kis sűrűségű polietilénre (LDPE), nagy sűrűségű polietilénre (HDPE) és lineáris kis sűrűségű polietilénre (LLDPE) osztható.

Az LDPE molekuláris lánca magas elágazási fokú és alacsony kristályosságú (50% -60%), ami jó rugalmasságot és átlátszóságot biztosít, sűrűsége 0,91-0,925 g/cm³, puha tapintású, kiváló alacsony hőmérsékleti ellenállással rendelkezik, és -60 ℃-on is szívós. A HDPE molekuláris lánca magas szabályosságú, kristályossága 80% -95%, sűrűsége 0,941-0,965 g/cm³. Nagy merevséggel, nagy szilárdsággal, jobb keménységgel és kopásállósággal rendelkezik, mint az LDPE, de valamivel alacsonyabb rugalmassággal. Az LLDPE etilén és alfa-olefinek kopolimerizációjával rövid elágazó láncokat képez, ötvözve az LDPE rugalmasságát a HDPE szilárdságával, kiemelkedő szakadási és átszúrási ellenállással.

A PE összességében kiváló tulajdonságokkal rendelkezik: jó kémiai stabilitással rendelkezik, ellenáll a savaknak, lúgoknak, sóknak és a legtöbb szerves oldószernek, és szobahőmérsékleten csak erős oxidálószerekkel reagál; kiváló elektromos szigetelőképességgel, alacsony dielektromos állandóval rendelkezik, alkalmas vezetékek és kábelek szigetelőrétegeinek előállítására; jó feldolgozási teljesítmény, olyan eljárásokkal alakítható ki, mint a fúvás, fröccsöntés, extrudálás stb., széles feldolgozási hőmérséklet-tartományban és alacsony energiafogyasztással rendelkezik; nem mérgező és szagtalan, megfelel az élelmiszerekkel való érintkezésre vonatkozó szabványoknak, széles körben használják az élelmiszer-csomagolásban. A PE azonban korlátozott hőmérséklet-tűréssel rendelkezik, és általában -40-60 ℃ hőmérsékleten használják. Hajlamos az oxidációra és az öregedésre, ezért antioxidánsok hozzáadásával kell javítani.

2. A PE gyártási folyamata és nyersanyagforrásai

A PE gyártása során az etilént használják alapanyagként, amely főként kőolajkrakkolással (nafta krakkolás) és földgázfeldolgozással (etán dehidrogénezés) származik. Az utóbbi években a bioalapú etilént biomassza fermentációs technológiával állítják elő, ami lehetőséget teremt a PE zöldítésére. A gyártási folyamat a nyomás szerint nagynyomású, közepes nyomású és alacsony nyomású módszerekre oszlik, a különböző PE fajtáknak megfelelően.

A nagynyomású módszert főként LDPE előállítására használják, amelyet etilén monomer szabadgyökös polimerizációjával állítanak elő 100-300 MPa nyomáson és 150-300 ℃ hőmérsékleten, oxigén vagy peroxid iniciátor alkalmazásával. A nagynyomású környezet a molekuláris láncok nagyszámú elágazását okozza, kis sűrűségű, nagy rugalmasságú termékeket képezve. Ez az eljárás magas energiafogyasztású, de a termék tisztasága magas, így alkalmas olyan területekre, mint a vékonyrétegek gyártása.

Az alacsony nyomású módszert (beleértve a közepes nyomású módszert is) HDPE és LLDPE előállítására használják Ziegler-Natta katalizátor vagy metallocén katalizátor alkalmazásával, és 0,1-5 MPa nyomáson és 60-100 ℃ hőmérsékleten polimerizálják. Az alacsony nyomású környezet csökkenti az elágazást és nagy kristályosságú HDPE-t képez; alfa-olefinek (például butén és hexén) hozzáadásával kopolimerizációhoz LLDPE-t állítanak elő. Az alacsony nyomású módszer alacsony energiafogyasztással és magas katalizátorhatékonysággal rendelkezik, és jelenleg ez a mainstream eljárás, amely pontosan szabályozhatja a termékek molekulatömegét és sűrűségét.

A polimerizáció után kapott PE-olvadékot extrudálják és granulált alapanyagokká granulálják, majd igény szerint adalékanyagokat, például antioxidánsokat, kenőanyagokat és színezékeket adnak hozzá a feldolgozási teljesítmény és az időjárásállóság javítása érdekében. Az adalékanyagok kiválasztásának meg kell felelnie az alkalmazási forgatókönyv követelményeinek, és az élelmiszeripari minőségű PE szigorúan korlátozza az adalékanyagok típusát és tartalmát.

3. A PE osztályozási és módosítási technológiája

A PE sűrűség és szerkezet alapján három kategóriába sorolható, mindegyiknek megvannak a saját jellemzői és alkalmazható forgatókönyvei. A teljesítményhatárok módosítási technikákkal tovább bővíthetők.

Az LDPE (kis sűrűségű polietilén) nagy elágazási fokú, alacsony kristályosságú, kiváló rugalmasságú, átlátszó és feldolgozási folyékonysággal rendelkezik. Olvadási indexe széles skálán mozog, és alkalmas fóliák (például élelmiszer-tároló tasakok és műanyag fóliák), kis termékek (például játékok és palackkupakok) fröccsöntésére és extrudálásos bevonatokra. Szilárdsága azonban viszonylag alacsony, és oldószerállósága kissé gyenge.

A HDPE (nagy sűrűségű polietilén) magas kristályosságú, erős merevséggel, jobb szakítószilárdsággal, keménységgel és hőmérséklet-állósággal rendelkezik, mint az LDPE. Kiváló kémiai korrózióállósággal rendelkezik, és alkalmas üreges tartályok (például ásványvizes palackok és vegyi hordók), csővezetékek (például vízellátó csövek és gázcsövek), kartonok és nehéz csomagolófóliák gyártására. A HDPE feldolgozása gyenge folyóképességű, és magasabb feldolgozási hőmérsékletet igényel.

Az LLDPE (lineáris kis sűrűségű polietilén) rövid láncszerkezetének köszönhetően a rugalmasságot és a szilárdságot ötvözi a kiváló szakítószilárdsággal, átszúrási ellenállással és feszültségrepedés-állósággal. Kiemelkedő szakítószilárdsággal rendelkezik, és főként nyújtható fóliákhoz (például csomagolófóliákhoz), mezőgazdasági fóliákhoz, nehéz csomagolófóliákhoz és fröccsöntött termékekhez használják. Gyakran keverik LDPE-vel a fólia teljesítményének javítása érdekében.

A módosítási technológia kulcsfontosságú a PE teljesítményének javításához: A térhálósításos módosítás kémiai vagy fizikai módszereket alkalmaz molekuláris láncok hálózati szerkezetének kialakítására, növelve a hőállóságot, az oldószerállóságot és a mechanikai szilárdságot, és melegvízcsövek és kábelek szigetelőrétegeihez használják; Módosított töltőanyagok, például kalcium-karbonát és talkumpor hozzáadása a költségek csökkentése, valamint a merevség és a méretstabilitás javítása érdekében; Módosított kompozit üvegszál, szénszál stb. javítása a szilárdság és a modulus javítása érdekében, szerkezeti elemekhez használják; A funkcionális módosítás antibakteriális, égésgátló, antisztatikus és egyéb tulajdonságokkal ruházza fel, kiterjesztve az orvosi, elektronikai és egyéb területekre.

4. A PE sokrétű alkalmazási területei

A PE-t széles körben használják a csomagolásban, a mezőgazdaságban, az iparban, a napi szükségleti cikkekben és más területeken, sokrétű teljesítménye és alacsony költsége miatt, támogatva a modern társadalom működését.

A csomagolóipar a PE legnagyobb alkalmazási piaca, ahol az LDPE fólia uralja az élelmiszer-csomagolásokat, például a frissen tartó tasakokat és a kenyérzacskókat, amelyek átlátszóak, puhák és jó tömítő tulajdonságokkal rendelkeznek; a HDPE-ből készült merev tartályok, mint például a cumisüvegek és a mosószeres flakonok, ütésállóak és légmentesen záródnak, így alkalmasak folyadékok csomagolására; az LLDPE stretch fóliát, amely erősen nyújtható, logisztikai tekercselési csomagoláshoz használják a szállítási veszteségek csökkentése érdekében; a PE habanyag (például a gyöngypamut) könnyű és ütéscsillapító, elektronikai termékek és precíziós műszerek csomagolására használják.

A mezőgazdaságban a PE fólia megőrzi a nedvességet, növeli a hőmérsékletet és elősegíti a növények növekedését. Az LDPE fólia jó rugalmassággal rendelkezik és könnyen fektethető, míg az LLDPE fólia szúrásálló és hosszú élettartamú; a PE üvegházfólia fényáteresztést és szigetelést biztosít üvegházak építéséhez; a PE hálós zsákokat gyümölcsök és zöldségek csomagolására használják, légáteresztőek és nedvességállóak.

Az ipari területen a HDPE csöveket széles körben használják kommunális vízellátáshoz, gázszállításhoz és ipari szennyvízelvezetéshez kémiai korrózióállóságuk, alacsony folyadékállóságuk és egyszerű telepítésük miatt; Tárolótartályok, bélések és korróziógátló berendezések gyártása PE lemezekből; A térhálósított PE kábelszigetelő réteg jó elektromos szigeteléssel és öregedésállósággal rendelkezik, biztosítva az energiaátvitel biztonságát.

A mindennapi szükségletek területén a PE-termékek mindenhol jelen vannak: a fröccsöntött termékek, mint például a műanyag vödrök, mosdókagylók és játékok, könnyűek és tartósak; a PE-szálat (polipropilén) halászhálók, szűrőszövetek és szőnyegek készítésére használják, amelyek kopásállóak és időjárásállóak; a PE-hab (például papucsok, jógaszőnyegek) puha és kényelmes, jó párnázási teljesítménnyel.

Az orvostudományban az élelmiszeripari minőségű PE-t infúziós zsákok, fecskendővédők stb. gyártására használják. Nem mérgező és kémiailag stabil, valamint gőzzel sterilizálható; a PE-fóliát sebészeti köpenyekhez és csomagolófóliákhoz használják a baktériumok blokkolására és a légáteresztő képesség biztosítására.

5. A PE környezetvédelmi és fejlesztési trendjei

A PE környezetvédelme figyelmet kapott, és bár a fehér szennyezés kihívásával néz szembe, az újrahasznosítás és a zöld technológiai innováció révén a fenntartható fejlődés felé halad.

A PE újrahasznosítási rendszer viszonylag fejlett, a fizikai újrahasznosítás a fő módszer: a hulladék PE-t válogatják, tisztítják, zúzzák, olvasztják és granulálják, az újrahasznosított PE-ből pedig szemeteskukákat, újrahasznosított fóliákat, műanyag tálcákat stb. készítenek. A kémiai újrahasznosítás a PE-t kis molekulájú szénhidrogénekké bontja, amelyek üzemanyagként vagy vegyipari alapanyagként használhatók, és előnyökkel járnak az összetett hulladékok feldolgozásában. A globális PE-újrahasznosítási arány fokozatosan növekszik, és a szakpolitikai előmozdítás és a technológiai fejlődés segíti a körforgásos gazdaság előmozdítását.

A bioalapú PE egy zöld fejlesztési irány, amely nyersanyagként biomassza (például cukornád és kukorica) fermentációjával előállított etilént használ. Szénlábnyoma alacsonyabb, mint a kőolaj alapú PE-é, és a biológiailag lebomló PE-fajták (például a hozzáadott lebomlási segédanyagokkal készült PE) természetes módon lebomlanak bizonyos környezetekben, csökkentve a hosszú távú szennyezést.

A PE jövőbeli fejlesztése három irányba összpontosít: nagy teljesítményű fejlesztés molekuláris tervezés és kompozit technológia révén, nagy modulusú, magas és alacsony hőmérsékletnek ellenálló PE fejlesztése, valamint a mérnöki alkalmazások bővítése; antibakteriális és intelligens válaszreakciókkal (például hőmérsékletérzékeny lebontással) rendelkező PE funkcionális kutatása és fejlesztése a magas szintű igények kielégítése érdekében; az alacsony karbonizáció elősegíti a bioalapú nyersanyagok iparosítását és a kémiai újrahasznosítást, egy termelési-fogyasztási-regenerációs ciklus kiépítését, valamint a könnyűszerkezetes tervezés kombinálását az anyagfogyasztás csökkentése érdekében.

A PE, mint alapvető univerzális műanyag, kiváló teljesítményével számos terület fejlődését támogatja. A környezeti kihívásokkal szembesülve, az újrahasznosítás és a zöld innováció révén a PE fenntartható fejlődést biztosít, miközben megőrzi a praktikumot, és kulcsfontosságú anyagi támogatást nyújt egy zöld és alacsony szén-dioxid-kibocsátású társadalom számára.