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
П. высокого давления, или низкой плотности, мол. м. 3·104-4·105
(П.вд) и П. низкого давления, или высокой плотности, мол. м. 5·104-106
(П.нд). Они отличаются друг от друга структурой макромолекул (наличием
у П. вд длинноцепочечных ответвлений), а следовательно, и св-вами (см. табл.).
Степень кристалличности 60% (П.вд) и 70-90% (П.нд). П. обладает низкой газо-
и паропроницаемостью (наименьшей для сильнополярных в-в, наибольшей для углеводородов).
Хим. стойкость зависит от мол. массы, ММР и плотности. П. 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
П. диффундируют. П. не раств. в орг. р-рителях при комнатной т-ре и ограниченно
набухает в них.
П. 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 П. наиб.
эффективны ароматич. амины, фенолы, фосфиты, в качестве светостабилизаторов
- сажа, производные бензофенонов. П. практически безвреден; из него не выделяются
в окружающую среду опасные для здоровья человека в-ва.
П. 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 П. получают
полимеризацией этилена (Э.). Процесс при высоком давлении протекает по радикальному
механизму под действием О2, пероксидов, напр. лау-рила или бензоила,
или их смесей. При произ-ве П. в трубчатом реакторе Э., 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 Э. в реакторе
70-100 с, степень превращения 18-20% в зависимости от кол-ва и типа инициатора.
Из П. удаляют непрореагировавший Э., 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
П. 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
Э. 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 П. 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 Э. (70-95 °С, давление 1,5-3,3 МПа), удаление р-рителя, сушку
и гранулирование П. Степень превращения Э. 98%, концентрация П. в суспензии
45%; единичная мощность реакторов с усовершенствованной системой теп-лосъема
до 60-75 тыс. т/год.
Процесс получения П. 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.). П. из р-ра выделяют удалением р-рителя последовательно в испарителе,
сепараторе и вакуумной камере гранулятора. Гранулы П. пропаривают водяным паром
при т-ре, превышающей т-ру плавления П. (в воду переходят низкомол. фракции
П. 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 П.
Газофазную полимеризацию
Э. 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 Э. с целью создания кипящего слоя, в верхней - расширенную
зону, предназначенную для снижения скорости газа и улавливания осн. массы частиц
образовавшегося П.
Т. наз. линейный П., полученный
всеми способами полимеризации Э. при низком давлении, представляет собой сополимер
Э. с высшими а-олефинами, напр, а-бутеном, а-гексеном, 4-метилпентеном (назв.
"линейный" в данном случае условно, т. к. этот П. содержит боковые
ответвления сомономера). Плотность П. регулируют кол-вом а-олефина. По св-вам
он близок П. нд, но превосходит его по прочности и стойкости к растрескиванию.
П. перерабатывают при 120-280
°С всеми известными методами, применяемыми для переработки термопластов
(см. Полимерных материалов переработка).
Наиб. широко П. применяют
для произ-ва пленок техн. и бытового назначения (см. Пленки полимерные).
Из П. 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 П. более
30 млн .т/год (1988). Крупномасштабное произ-во П. вд сокращается благодаря
получению "линейного" П. при низком давлении.
Впервые П. 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.
