Полиэтилен

ПОЛИЭТИЛЕН (петротен, алкатен, хостален LD, стафлен юнипол, карлон, хостален G, хей-жекс и др.) (—СН₂СН₂—)_n, твердый белый полимер; термопласт. В зависимости от способа получения различают полиэтилен высокого давления, или низкой плотности, мол. м. 3·10⁴-4·10⁵ (полиэтилен вд) и полиэтилен низкого давления, или высокой плотности, мол. м. 5·10⁴-10⁶ (полиэтилен нд). Они отличаются друг от друга структурой макромолекул (наличием у полиэтилена вд длинноцепочечных ответвлений), а следовательно, и св-вами (см. табл.). Степень кристалличности 60% (полиэтилен вд) и 70-90% (полиэтилен нд). Полиэтилен обладает низкой газо- и паропроницаемостью (наименьшей для сильнополярных в-в, наибольшей для углеводородов). Хим. стойкость зависит от мол. массы, ММР и плотности. Полиэтилен не реагирует со щелочами любой концентрации, с р-рами любых солей, в т. ч. и солей-окислителей, карбоновыми, конц. соляной и плавиковой к-тами. Он разрушается 50%-ной HNO₃, а также жидкими и газообразными С1₂ и F₂. Бром и иод через полиэтилен диффундируют. Полиэтилен не раств. в орг. р-рителях при комнатной т-ре и ограниченно набухает в них.

Полиэтилен стоек при нагр. в вакууме и атмосфере инертного газа; деструктируется при нагр. на воздухе уже при 80 °С. Под действием солнечной радиации, особенно УФ лучей, подвергается фотостарению (см. Старение полимеров). В качестве антиоксидантов полиэтилена наиб. эффективны ароматич. амины, фенолы, фосфиты, в качестве светостабилизаторов - сажа, производные бензофенонов. Полиэтилен практически безвреден; из него не выделяются в окружающую среду опасные для здоровья человека в-ва.

Полиэтилен можно модифицировать: посредством хлорирования, сульфирования, бромирования, фторирования придать ему каучукоподобные св-ва, улучшить теплостойкость, хим. стойкость; сополимеризацией с др. олефинами, полярными мономерами повысить стойкость к растрескиванию, эластичность, прозрачность, адгезионные характеристики; смешением с др. полимерами или сополимерами улучшить теплостойкость, ударную вязкость и т.д. (см., напр., Поли-олефины хлорированные, Полиэтилен хлорсульфированныи).

В пром-сти полиэтилен получают полимеризацией этилена. Процесс при высоком давлении протекает по радикальному механизму под действием О₂, пероксидов, напр. лау-рила или бензоила, или их смесей. При произ-ве полиэтилена в трубчатом реакторе этилен, смешанный с инициатором, сжатый компрессором до 25 МПа и нагретый до 70 °С, поступает сначала в первую зону реактора, где подогревается до 180°С, а затем во вторую, где полимеризуется при 190-300 °С и давлении 130-250 МПа. Среднее время пребывания этилена в реакторе 70-100 с, степень превращения 18-20% в зависимости от кол-ва и типа инициатора. Из полиэтилена удаляют непрореагировавший этилен, расплав охлаждают до 180-190°С и гранулируют. Гранулы, охлажденные водой до 60-70 °С, подсушивают теплым воздухом и упаковывают в мешки.

Принципиальная схема произ-ва полиэтилена в автоклаве с перемешивающим устройством отличается тем, что инициатор в парафиновом масле подается спец. насосом высокого давления непосредственно в реактор. Процесс проводят при 250 °С и давлении 150 МПа; среднее время пребывания этилена в реакторе 30 с; степень превращения ок. 20%.

Процесс при низком давлении осуществляют в условиях гетерог. или гомог. катализа (о механизме см. Координационно-ионная полимеризация). Технол. схема получения полиэтилена нд в суспензии включает след. стадии: приготовление суспензии катализатора, напр. Ti(OR)_nCl₄__n, нанесенного на MgCl₂ или MgO, и р-ра активатора (напр., A1R₃), полимеризацию этилена (70-95 °С, давление 1,5-3,3 МПа), удаление р-рителя, сушку и гранулирование полиэтилена. Степень превращения этилена 98%, концентрация полиэтилена в суспензии 45%; единичная мощность реакторов с усовершенствованной системой теп-лосъема до 60-75 тыс. т/год.

Процесс получения полиэтилена в р-ре (чаще в гексане) проводят при 160-250 °С, давлении 3,4-5,3 МПа, время контакта с катализатором 10-15 мин (кат.-СrO₃ на силикагеле, Ti-Mg или др.). Полиэтилен из р-ра выделяют удалением р-рителя последовательно в испарителе, сепараторе и вакуумной камере гранулятора. Гранулы полиэтилена пропаривают водяным паром при т-ре, превышающей т-ру плавления полиэтилена (в воду переходят низкомол. фракции полиэтилена и нейтрализуются остатки катализатора). Преимущества метода перед суспензионным: исключение стадий отжима и сушки полимера, возможность утилизации теплоты полимеризации для испарения р-рителя, более легкое регулирование мол. массы полиэтилена.

Газофазную полимеризацию этилена проводят при 90-100 °С и давлении 2 МПа (кат.-хромсодержащее соед. на силикагеле). В ниж. части реактор имеет перфорир. решетку для равномерного распределения подаваемого этилена с целью создания кипящего слоя, в верхней - расширенную зону, предназначенную для снижения скорости газа и улавливания осн. массы частиц образовавшегося полиэтилена.

Т. наз. линейный полиэтилен, полученный всеми способами полимеризации этилена при низком давлении, представляет собой сополимер этилена с высшими а-олефинами, напр, а-бутеном, а-гексеном, 4-метилпентеном (назв. "линейный" в данном случае условно, т. к. этот полиэтилен содержит боковые ответвления сомономера). Плотность полиэтилена регулируют кол-вом а-олефина. По св-вам он близок полиэтилену нд, но превосходит его по прочности и стойкости к растрескиванию.

Полиэтилен перерабатывают при 120-280 °С всеми известными методами, применяемыми для переработки термопластов (см. Полимерных материалов переработка).

Наиб. широко полиэтилен применяют для произ-ва пленок техн. и бытового назначения (см. Пленки полимерные). Из полиэтилена изготовляют емкости для хранения агрессивных сред, конст-рукц. детали, арматуру, вентиляц. установки, гальванич. ванны, струйные насосы, детали автомашин, протезы внутр. органов, электроизоляцию, высокопрочное волокно (см. По-лиолефиновые волокна), пенополиэтилен (см. Пенопласты), предметы домашнего обихода и др.

Мировое произ-во полиэтилена более 30 млн .т/год (1988). Крупномасштабное произ-во полиэтилена вд сокращается благодаря получению "линейного" полиэтилена при низком давлении.

Впервые полиэтилен получен в 1932 методом высокого давления в Великобритании, методом низкого давления-в 1953 в ФРГ.

Лит.: Энциклопедия полимеров, т. 3, М., 1977; Кристаллические полиоле-фины, т. 1 - Синтез, пер. с англ., М., 1979; Полиэтилен низкого давления, Л., 1980; Полиэтилен высокого давления. Научно-технические основы промышленного синтеза, Л., 1988; Bohm L., "Chem.-Ing. Techn.", 1984, Bd 56, №9, S. 674-84; Choi K. J., Ray W. H, "J. Macrom. Sci. Rev. Macrom. Chem. Phys.", 1985, v. 25, № 1, p. 1-56. C.C. Иванчев.