Полиэтилен этилен: Этан-этилен-полиэтилен

Содержание

Этилен – из полиэтилена?. Занимательная химия для детей и взрослых

Чтобы продемонстрировать на уроке химии свойства этилена, его надо сначала получить. Обычно его синтезируют действием концентрированной серной кислоты на этиловый спирт. При нагревании смеси в присутствии катализатора (оксида алюминия) происходит дегидратация этанола: СН3–СН2–ОН → СН2=СН2 + Н2О. Иметь дело с концентрированной серной кислотой, да еще горячей, всегда неприятно. Нельзя ли получить этилен как-нибудь еще?

В пособиях по органической химии можно найти способ получения стирола деполимеризацией полистирола при его нагревании. Опыт очень прост: положил в пробирку с газоотводной трубкой кусочки полистирола (от сломанной авторучки, пустой прозрачной баночки из-под таблеток), нагрел – и, пожалуйста, из холодильника уже закапал стирол. А стирол (фенилэтилен С6Н5– СН=СН2), как и другие непредельные соединения-мономеры, обладает высокой реакционной способностью, с ним можно провести самые разнообразные реакции.

Видимо, по аналогии порой пытаются подобным способом – нагреванием (иногда в присутствии серной кислоты) – получить и этилен, используя в качестве сырья старые пакеты, пленки, другие отходы полиэтиленовых изделий. В ходе опыта выделяется газ, который горит, обесцвечивает бромную воду и раствор перманганата калия, т. е. проявляет свойственные этилену реакции. Поэтому считается, что получается именно этилен. Так ли это?

Действительно ли из любого полимера можно, подобрав условия, получить исходный мономер?

На самом деле анализ газа, выделяющегося при нагревании полиэтилена, показывает, что этилена в нем или совсем нет, или очень мало. В чем тут дело? Почему выделяющийся газ «имитирует» этилен, проявляя свойственные ему реакции? Можно ли в принципе получить из полиэтилена этилен?

Реакция радикальной полимеризации (с ее помощью получают полиэтилен, полистирол и многие другие полимеры) обратима, что свойственно многим химическим процессам. Часто при комнатной (или более низкой) температуре она идет слева направо (полимеризация), а при повышенной температуре – справа налево (деполимеризация):

(здесь точка обозначает неспаренный электрон на концевом атоме углерода, Х – заместитель, например С6Н5 в стироле и полистироле, Н – в этилене и полиэтилене, значок ~ указывает на длинную полимерную цепь). В полимерной цепи полиэтилена повторяются звенья –СН2–, а в цепи полистирола – звенья –СН2–СН(С6Н5)–. Равновесие реакции полимеризация – деполимеризация впервые было исследовано в 1945 г. на примере системы стирол – полистирол (реакцию проводили в растворе, где ее легче изучать). Сегодня закономерности подобных процессов изучены достаточно подробно, поскольку они очень важны для практики. И вот что выяснилось. При нагревании многих полимеров в инертной атмосфере (так называемая сухая перегонка) сначала рвется полимерная цепочка. Разрыв связи С–С происходит в самом слабом месте, в частности около разветвления цепи или рядом с заместителем (или случайно присутствующей посторонней группой), например:

~Ch3–CHX–Ch3–ĊHX~ → ~Ch3– ĊHX + ~ Ch3–ĊHX~.

В результате такой реакции образуются два новых свободных радикала. Эта реакция, требующая разрыва прочной углерод-углеродной связи, идет очень медленно при не очень сильном нагревании и поэтому практически не изменяет свойства полимера. Однако образовавшиеся при разрыве цепи свободные радикалы (макрорадикалы), как и низкомолекулярные радикалы, обладают исключительно высокой реакционной способностью; именно быстрые реакции с их участием разрушают полимер. Это происходит не только при нагревании, но и на солнечном свету, при действии кислорода, озона, других активных агентов. Поэтому, например, полиэтиленовая пленка на парнике разрушается намного быстрее, чем полиэтиленовый пакет в темноте. Одно из направлений реакций с участием концевых макрорадикалов мы уже рассматривали – это деполимеризация, когда от конца полимерной цепочки с пулеметной скоростью (а в действительности намного быстрее) «отстреливаются» молекулы мономера, при этом на конце цепи все время сохраняется неспаренный электрон. Бывает и так, что макрорадикал как бы «откусывает» атом водорода от соседней полимерной цепочки (или дальнего конца своей же гибкой цепи):

~Ch3– ĊHX + ~Ch3–CHX–Ch3–CHX~ → ~Ch3–Ch3X + ~Ch3–CHX–Ch3– ĊX~.

Образовавшийся макрорадикал весьма неустойчив: неспаренный электрон, очутившийся не на конце, а где-то в середине цепи, немедленно разрезает ее на два куска. Как и при деполимеризации, рвется не соседняя с неспаренным электроном С–С-связь, а следующая (так называемый бета-разрыв):

~Ch3–CHX–Ch3– ĊX~ → ~Ch3–CHX + Ch3=CX~.

Новый концевой радикал быстро вступает в дальнейшие реакции. Совокупность этих процессов называется передачей цепи. Место, где отрывается атом водорода и распадается полимерная цепочка, определяется законом случая, поэтому образуются осколки молекул разных размеров. Такие реакции и приводят к разрушению полимера.

Очевидно, что состав продуктов термической деструкции полимера будет зависеть от относительной скорости двух процессов: реакции деполимеризации макрорадикала и реакции передачи цепи. Скорость первого процесса выше у полимеров, содержащих четвертичный атом углерода (он связан только с атомами углерода). Так, при 250 °С скорость деполимеризации полиметилметакрилата (ПММА) примерно в 100 раз выше, чем в случае полиметилакрилата (ПМА). Поэтому неудивительно, что при термической деструкции ПММА выход мономера – метилметакрилата СН2=С(СН3)–СООСН3 достигает 95 %, тогда как из ПМА получается лишь 1 % мономера – метилакрилата (метилового эфира акриловой кислоты, СН2=СН–СООСН3).

Хорошие выходы мономера можно получить также при реакциях деполимеризации поли-α-метилстирола (более 95 % α-метилстирола С6Н5С(СН3)=СН2), полиизобутилена (до 50 % изобутилена СН3–С(СН3)=СН2), полистирола (около 40 % стирола), натурального каучука (из него при этом образуется диеновый мономер с двумя двойными связями – изопрен СН2=С(СН3)–CН=СН3), политетрафторэтилена (тефлона), из которого получается мономер тетрафторэтилен СF2=CF2. В последнем случае передача цепи вообще невозможна из-за очень высокой прочности связи C–F. А вот для полиэтилена преобладает реакция передачи цепи, поэтому среди продуктов его деструкции этилена очень мало.

Для полноты картины следует упомянуть еще один возможный путь деструкции – отщепление от полимера боковых групп. По такому пути при нагревании разлагается поливинилацетат ~СН2–СН(ОСОСН3)~ (от него отщепляется до 95 % уксусной кислоты), поливинилхлорид ~СН2–СНСl~ (отщепляется 95 % HCl), полиакрилонитрил ~СН2–СН(СN)~ (отщепляется HCN, поэтому с этим полимером, как и с тефлоном, опыты проводить не следует из-за ядовитости продуктов).

А что получается при термической деструкции полиэтилена? Почему продукты реакции «маскируются» под этилен? Прежде всего, состав продуктов зависит от условий проведения реакции и типа полиэтилена (разные его марки отличаются плотностью, степенью разветвленности и кристалличности, соотношением молекул разной длины (так называемым молекулярно-массовым распределением), наличием ненасыщенных и других групп, присутствием, иногда до 5 %, винилацетата и других сополимеров). В инертной атмосфере (нагревание в вакууме или в присутствии азота) полиэтилен обычно довольно стоек – примерно до 290 °С, а при более высокой температуре разлагается с образованием смолообразных веществ и газообразных продуктов. Анализ газовой смеси методом масс-спектрометрии позволил обнаружить в ней более 30 (!) соединений, среди которых были алканы, алкены, диены, циклические углеводороды. Вот, например, каков был конкретный состав продуктов, когда разложение проводили при температуре 405 °С: бутенов 25 %, бутана 16,8 %, пропана 15,3 %, этана 14,3 %, пентенов 8,3 %, пентана 6,8 %, этилена 4,8 %, гексенов 3,5 %, гексана и гептана по 1,6 %, СО2 0,3 %. Как видно, этилен – на одном из последних мест.

Если реакцию проводить на воздухе, то в ней будет участвовать кислород. При этом идут реакции окисления и образуются кислородсодержащие соединения – спирты, альдегиды, кетоны, кислоты, пероксиды. Полиэтилен активно окисляется также под действием азотной и горячей концентрированной серной кислоты, в последнем случае полимер чернеет и обугливается. Химизм этой реакции был изучен в 1983 г. двумя сотрудниками химического факультета Абердинского университета в Шотландии (кстати, это один из старейших университетов в Великобритании – он был основан пять столетий назад). Название статьи, опубликованной в журнале «Деструкция и стабильность полимеров», весьма красноречиво: «Действие концентрированной серной кислоты на полиэтилен и полипропилен. Выделение диоксида серы и диоксида углерода». Авторы поместили полиэтиленовую пленку в литровую колбу, залили ее 98%-ной h3SO4 и нагрели до 100–125 °С, одновременно продувая через колбу инертный газ – сухой гелий и анализируя газообразные продукты реакции с помощью чувствительного метода газожидкостной хроматографии. Прежде всего выяснилось, что процесс идет с автоускорением, т. е. сначала медленно, а затем все быстрее. Предполагается, что сначала полимер реагирует с серной кислотой – сульфируется: ~Ch3–CH~ + HO–SO3H → ~Ch3–CH(SO3H)~ + h3O. Эта реакция особенно легко идет с третичным атомом водорода – у разветвления цепи. Далее сульфогруппы распадаются и одновременно расщепляется полимерная цепь. При этом выделяются SO2, CO2 и пары воды, а в остатке обнаруживаются ненасыщенные соединения – алкены. Таким образом, получить этилен из полиэтилена не удастся. Почему же выделяющиеся при деструкции газы навели некоторых химиков на мысль о том, что это этилен? Дело в том, что и алкены, и сернистый газ (он образуется в случае реакции с серной кислотой) могут обесцвечивать и бромную воду, и раствор перманганата, а присутствующие в газовой смеси в большом количестве углеводороды легко загораются. Поэтому, не имея возможности проанализировать состав продуктов, можно легко принять их свойства за признак образования этилена.

Что такое полиэтилен | Полезные статьи от «Артпласт»

С точки зрения химии полиэтилен является органическим веществом и представляет собой не что иное, как термопластичный полимер этилена. На сегодняшний день он — самая распространенная в мире разновидность пластических масс, а сфера его применения чрезвычайно широка. Этот материал не проводит электричество, устойчив к воздействию агрессивных химических сред и низких температур.

История полиэтилена

Полиэтилен впервые был синтезирован в 1899 году немецким химиком Гансом фон Пехманном, причем случайно, в качестве побочного продукта одного из производимых им опытов. Он имел смолистую консистенцию и был назван полиметиленом. Полиэтилен, используемый сейчас, был получен в 1933 году британскими учеными Реджинальдом Джибсоном и Эриком Фоссетом, а в 1935 году их коллега, Майкл Перин, разработал технологию промышленного производства этого соединения. Изначально полиэтилен применялся для изготовления изоляции электрических проводов, а со средины прошлого века началось его широкое использование для производства тары и упаковки. Современной промышленностью выпускается две основных разновидности полиэтилена: высокого и низкого давления.

Технология получения полиэтилена высокого давления

Для того чтобы получить полиэтилен высокого давления (ПВД) используется технология полимеризации этилена в автоклаве или же в трубчатом реакторе, куда помещается этилен и инициатор. В качестве последнего может выступать или кислород, или органический пероксид. Сам процесс протекает при температуре от +200 °С до +260 °С и давлении от 150 МПа до 300 МПа. Время протекания реакции составляет от 70 до 100 секунд, после чего из полученного продукта удаляется этилен, не вступивший в реакцию, а сам он подвергается гранулированию.

Сегодня в Москве и других российских городах можно купить полиэтилен ПВД как в не окрашенном, так и в окрашенном виде. Производство полиэтилена ПВД осуществляется на крупных химических предприятиях в больших объемах, поскольку он пользуется высоким спросом. Поэтому стоимость полиэтилена ПВД относительно невысока.

Технология получения полиэтилена низкого давления

Полиэтилен низкого давления (ПНД) в промышленных масштабах получают путем полимеризации этилена в растворе гексана. Сам процесс протекает при температуре от +120 °С до +150 °С и давлении от 0,1 МПа до 2 МПа. Остатки катализатора удаляются химическим способом, полученный полиэтилен низкого давления отжимается в центрифуге. Для повышения качества готового продукта в него добавляются специальные вещества, после чего он гранулируется.

Утилизация полиэтилена

Отслужившие свой срок изделия из полиэтилена могут быть переработаны, а полученное при этом сырье (вторичный полиэтилен) использовано для изготовления другой продукции. Отходы подвергаются измельчению, в результате чего получается порошкообразная масса. Она промывается, процеживается и высушивается. Далее ее расплавляют, остывшую субстанцию измельчают и гранулируют. 

К списку статей

Вас может заинтересовать

Полиэтилен | Справочник строителя

Мономером полиэтилена является этилен. Этилен, имеющий формулу H2C=CH2, считается первым представителем гомологического ряда этиленовых углеводородов.

Характерной особенностью этилена является его способность к реакциям присоединения. При полимеризации этилена получается полиэтилен.

Полимер этилена — полиэтилен — представляет собой высокомолекулярный парафин общей формулы [—СН2—СН2—СН2—СН2—]n нормального линейного строения.

Нормальное линейное строение характерно только для полиэтилена, полученного при низком давлении. Полученный при высоком давлении имеет менее регулярное строение. В условиях высокой температуры происходит отрыв атомов водорода от молекул полимера и образуются многочисленные ответвления в макромолекулах.

Боковые ветви в макромолекулах полиэтилена заметно влияют на степень кристалличности полимера, температуру его плавления, твердость, сопротивление изгибу.

Полимеры ведут себя различно при повторных нагреваниях. Полимеры, имеющие линейное строение, при нагревании размягчаются, а при охлаждении затвердевают. Это размягчение и отвердевание может происходить многократно. Такие полимеры называют термопластичными.

Полимеры, имеющие пространственное строение молекул, затвердев при нагревании, не могут при повторном нагревании обратимо переходить в пластическое состояние. Такие полимеры называют термореактивными.

Полиэтилен — сравнительно новый полимер. Он был синтезирован в 1937 г. в Англии, применять его в технике начали лишь в годы второй мировой войны.

Удачное сочетание в полиэтилене химической стойкости, механической прочности, морозостойкости, чрезвычайно низкие газопроницаемость и водопоглощение, малый объемный вес делают его незаменимым материалом в строительной технике.

До 1954 г. полиэтилен получали только при высоком давлении до 2500 ат и температуре до 180° с использованием кислорода в качестве инициатора процесса полимеризации. За последние годы производство полиэтилена начало развиваться по двум новым методам: при низком и высоком давлении. Первый способ ведется при давлении 1 — 5 ат и температуре до 60° с использованием в качестве катализатора солей тяжелых металлов переменной валентности, в связи с алкилами (одновалентными радикалами с общей формулой CnH2n+1 , например СН3, С2Н5, С3Н7 и т. д.), или в присутствии гидринов (соединений химических элементов с водородом) и некоторых металлов.

Второй способ получения полиэтилена осуществляется при давлении 35—40 ат и температуре 125—150° с использованием в качестве катализатора окислов металлов.

Полиэтилен, полученный при низких давлениях, отличается большой плотностью, прочностью, жесткостью и повышенной теплостойкостью, полученный при высоком давлении более мягкий и эластичный материал.

При производстве по первому способу не требуется сложной аппаратуры и большого компрессорного хозяйства. Однако, в свою очередь, производство при высоком давлении имеет то преимущество, что оно не нуждается в синтезе катализатора, и нет необходимости очищать полученный полимер от остатков катализатора и регенерации растворителей.

Ниже кратко изложены способы получения изделия как при высоком, так и при низком давлении.

Для изготовления различных изделий таких как — фиксаторы арматуры итд, применяют полиэтилен высокого давления с молекулярным весом в пределах 18 000—25 000, который условно называют полиэтиленом I, с молекулярным весом 25 000—35 000, обозначаемый как полиэтилен II и получаемый при низком давлении с применением металлоорганических катализаторов, называют III видом.

В зависимости от области использования их применяют в стабилизованном и нестабилизованном виде. Стабилизаторы вводят для замедления процесса старения при его переработке и дальнейшей эксплуатации, что особенно важно для полимера, применяемого в строительстве.

Для непрерывных процессов полимеризации применяются трубчатки с непрерывной подачей под давлением этилена и с непрерывным выходом полиэтилена.

Исходный продукт для производства — технический этилен — в зависимости от происхождения и метода синтеза содержит различные примеси и может иметь различную концентрацию.

Из реактора полимер вместе с непрореагировавшим этиленом через редукционный вентиль перепускается в приемник высокого давления 8, а из последнего в приемник 9, где давление снижается до атмосферного, и этилен отводится через ловушку 10 на промывку в скруббер 11. Полиэтилен из приемника 9 вытекает в формы, в которых и застывает.

В газ перед его поступлением в скруббер снова вводят некоторое количество кислорода, так как он расходуется в процессе полимеризации.

После промывки щелочным раствором, подаваемым в скруббер из сборника 12 (для удаления альдегидов), газ возвращается в газгольдер и снова идет в производство.

За один цикл 8—15% этилена превращается в полиэтилен, суммарное превращение достигает 93—98%.

Молекулярный вес образующегося полиэтилена зависит от условий полимеризации. При понижении температуры, меньшем содержании кислорода и увеличении давления молекулярный вес полимера повышается, однако процент превращения уменьшается.

Технология получения полиэтилена при низком давлении осуществляется в среде алифатических или ароматических углеводородов в присутствии комплексного гетерогенного катализатора, открытого К. Циглером в 1954 г. Этот катализатор образуется при взаимодействии алкилов металлов первой, второй или третьей групп периодической системы с солями тяжелых металлов переменной валентности.

Непременное условие проведения процесса — отсутствие в полимеризационной системе примесей, реагирующих с катализаторами. К числу таких примесей относятся главным образом вода и кислород.

Согласно технологии, разработанной Санкт-Петербургским научно-исследовательским институтом полимеризационных пластмасс, полимеризацию этилена можно вести в среде предельных углеводородов (например, бензина) в присутствии катализатора — смеси алкилов алюминия с четыреххлористым титаном.

Реакция полимеризации этилена в присутствии металлоорганических соединений экзотермична: при образовании 1 кг полиэтилена выделяется около 1000 ккал тепла. Полимеризация проводится при атмосферном или несколько повышенном давлении (до 4 ат). Процесс ведется при непрерывном перемешивании и температуре 50—60°.

Регулирование процесса полимеризации производят изменением молярного соотношения триэтил алюминия [А1(С2Н5)3] и четыреххлористого титана (TiC14). При увеличении молярной доли алкилов алюминия молекулярный вес образующихся полимеров возрастает. Так, при молярном соотношении триэтилалюминия и четыреххлористого титана 2 : 1 образуется полиэтилен с молекулярным весом больше 1 000 000, а при соотношении 1 : 2 получаются низкомолекулярные (около 30 000) хрупкие полимеры.

Скорость процесса полимеризации в значительной мере зависит от концентрации четыреххлористого титана.

Кроме изменения соотношения катализаторов, молекулярный вес полимера можно также снижать, заменяя триэтилалюминий частично или полностью диэтилалюминий галоидом, например А1(С2Н5)2С1.

Остальные технологические параметры (температура и давление), оказывая заметное влияние на скорость процесса и выход полимера, мало отражаются на его молекулярном весе.

Процесс полимеризации этилена при низком давлении может быть или циклический или непрерывный. В последнем случае реактором служит аппарат колонного типа с перемешивающим устройством, в который суспензия смеси катализаторов подается с определенной скоростью; с такой же скоростью полимер выводится из колонны.

В настоящее время наиболее широко применяется в промышленности строительных материалов полиэтилен высокого давления. Ниже описаны основные свойства полиэтилена, полученного этим способом.

Молекулы полиэтилена имеют плоскую зигзагообразную структуру обычной парафиновой цепи. На концах полиэтиленовой цепи имеются двойные связи, наличие которых доказывается спектром поглощения, а также реакцией присоединения йода. Для молекул характерна линейная неразветвленная структура с весьма редкими боковыми метальными группами.

При обычной температуре полиэтилен состоит примерно на 75% из кристаллической фазы и на 25% из аморфной.

Полиэтилен представляет собой твердый желтовато-белый роговидный продукт и является одним из самых легких полимеров (удельный вес 0,92 — 0,95).

Физические свойства полиэтилена определяются его химической структурой. Линейный характер макромолекулы и ее высокая степень симметричности обусловливают весьма малые (меньше чем в каком-либо другом полимере) межмолекулярные силы, высокую гибкость цепи и высокую подвижность звеньев. Поэтому в аморфном состоянии полиэтилен имеет весьма низкую температуру стеклования (- 80°).

Однако аморфное состояние полиэтилена является крайне неустойчивым, и он легко и быстро кристаллизуется, хотя кристаллическая фаза никогда не достигает 100%. Наличие аморфной фазы, температура стеклования которой весьма низка, позволяет сохранять известную степень гибкости и эластичности полиэтилена до весьма низких температур, т. е., иначе говоря, придает ему высокую морозостойкость (до — 80°). С другой стороны значительное содержание кристаллической фазы, температура плавления которой находится в пределе ПО — 115°, определяет его жесткость, малую скорость релаксации и теплостойкость (до 80°).

Сочетание жесткости и твердости полиэтилена при обычных температурах с морозостойкостью является самым ценным и важным в характеристике механических свойств этого материала.

Его физические свойства, как и других полимеров, зависят от степени полимеризации. На рис. 2 показана зависимость температуры плавления полиэтилена от его молекулярного веса. Низкомолекулярный полиэтилен имеет температуру плавления около 100° и представляет воскоподобное вещество, легко растворимое на холоду, в парафиновых и ароматических углеводородах.

Рис. 2. Молекулярный вес и температура плавления технических полиэтиленов

Рис. 3. Зависимость удельного веса полиэтилена от температуры

Высокомолекулярный вид плавится при температуре около 115°, он нерастворим на холоду, почти ни в одном из известных растворителей и лишь при температурах выше +80° заметно растворяется в четыреххлористом углероде, трихлорэтилене, бензоле и толуоле.

Предел прочности изделия при разрыве зависит от его молекулярного веса и составляет от 100 до 200 кГ/см2.

Как все кристаллические полимеры, полиэтилен плавится при узком интервале температур (разностью в 3 — 5°), однако уже при температуре на 15 — 20° ниже температуры плавления концентрация кристаллической фазы уменьшается настолько сильно, что его можно подвергать вытяжке и формовке.

При температуре выше температуры плавления полиэтилен переходит в пластическую (но не жидкую) массу, которую можно перерабатывать методом экструзии, литьем под давлением и вальцеванием. Возможность применения этих методов переработки связана с высокой вязкостью расплавленного образца.

Перевести полиэтилен в аморфное состояние можно быстрым охлаждением расплава. Аморфный полимер мягок. В кристаллическое состояние он переходит непрерывно, но равновесие фаз наступает очень медленно. На рис. 3 показана зависимость удельного веса полиэтилена от температуры, а следовательно, от содержания в нем кристаллической фазы. Увеличение плотности с изменением фазовой структуры приводит к значительной усадке изделия, которая во много раз выше усадки аморфных полимеров и достигает 16%.

Рис. 4. Зависимость предела прочности при разрыве полиэтилена от температуры

Большую усадку полиэтилена, связанную в основном с процессами кристаллизации, нельзя не учитывать при производстве из него строительных изделий особенно крупных размеров. Технологи поэтому должны уделять особое внимание достижению равновесного соотношения фаз, так как продолжающийся процесс кристаллизации будет вызывать образование трещин. Для достижения равновесного соотношения фаз изделия из полиэтилена необходимо охлаждать постепенно, погружая их в воду с начальной температурой +80° и давая остывать до +20°.

Свойства полиэтилена сильно изменяются с изменением его температуры. Так, предел прочности его при разрыве сильно изменяется в зависимости от температуры, что видно на рис. 4. Этот график показывает, что температурный интервал эксплуатации для строительных деталей, несущих нагрузку, из полиэтилена лежит в пределах от +60 до -70°.

Если его нагревают без доступа воздуха, то устойчивость повышается до 290°. Деструкция изделия наступает при более высоких температурах, причем образуются жидкие, маслянистые и газообразные продукты разложения.

При нагревании полиэтилена в присутствии воздуха уже при 120° наступает его окисление, которое постепенно ведет к перегруппировке макромолекул с образованием полностью нерастворимых полимеров.

При термической обработке (вальцевание, экструзия) также происходит деструкция и окисление, снижающие механические свойства изделия. Поэтому при процессах переработки полиэтилена часто добавляют антиокислители (стабилизаторы).

В зависимости от относительного удлинения при растяжении, выраженном в процентах от первоначального размера образца до длины в момент разрыва, полиэтилен делят на 4 марки: ПЭ-150, ПЭ-300, ПЭ-450 и ПЭ-500.

Полиэтилен применяется для производства санитарно-технических труб (водопроводных, канализационных, газовых), труб для химических заводов, трубок малых диаметров для скрытой электропроводки, из него изготавливается пленка полиэтиленовая различной толщины для гидро-, паро- и газоизоляции различных строительных конструкций.

PE | Виды полимеров — Resinex

Полиэтилен (ПЭ) является одним из наиболее широко используемых полимеров в мире и имеет колоссальное распространение по различным отраслям, сегментам и целям применения. ПЭ обеспечивает возможность экономичного упаковывания пищевых продуктов длительного хранения, безопасной транспортировки и распределения химических продуктов, снабжения всего населения чистой водой, защиты новых автомобилей от царапин и бесчисленного множества других полезных применений в нашей повседневной жизни.

Химическая формула полиэтилена.

Полиэтилен (ПЭ) характеризуется наличием множества семейств и разнообразием физико-химических характеристик, обеспечивающих широкий спектр конечных применений.

Ассортимент полиэтиленов охватывает огромный спектр, от стандартных до специализированных и функционализированных сортов.

ПЭНП (полиэтилен низкой плотности), производимый по технологиям Tubular или Autoclave, выпускается со стандартными (0,918-0,925 г/см3) и средними плотностями (0,930-0,940 г/см3) при сверхнизких уровнях гелеобразования. Выпускаемые сорта ПЭНП обеспечивают высокое качество готовых изделий для всех технологий экструзионного формования и литья под давлением и соответствие действующим нормам в отношении пищевой и фармацевтической продукции.

ЛПЭНП (линейный полиэтилен низкой плотности) C8-октен, C6-гексен и C4- бутен. Диапазон плотностей ЛПЭНП простирается от сравнительно высоких (до 0,941 г/см3) до сверхнизких (0,905 г/см3). ЛПЭНП (линейный полиэтилен низкой плотности) используется в производстве различных изделий для упаковки продовольственных товаров / замороженных продуктов, труб для систем подогрева полов, усадочных пленок, тюбиков для косметической/фармацевтической продукции и пр. методами экструзии, экструзии с раздувом, центробежного формования и литья под давлением.

ПЭВП (полиэтилен высокой плотности): бимодальный и унимодальный для изготовления изделий с использованием методов экструзии с раздувом, выдувного формования, литья под давлением или других экструзионных технологий. Ряд сортов ПЭВП выпускается с добавлением УФ-стабилизаторов и сертифицирован на соответствие стандартам ООН в отношении химической тары, выпускаемой методом литья с раздувом.

Пластомеры для модификации ПЭ или ПП в целях улучшения таких свойств, как герметичность, ударопрочность или пластичность. Пластомеры обеспечивают возможность получения самого широкого спектра сортов с различными плотностями и сомономерами (этилен-октеновых или бутеновых сополимеров).

Функционализированные полимеры, такие как ЭЭА, ЭАК, МАГ, обеспечивают адгезию к другим полимерам (таким, как ЭВС или граничные слои полиамида) в экструзионном процессе. Эти клейкие материалы создают прочную и надежную связь также и с другими подложками в соэкструзионных процессах. ЭАК может также использоваться в дисперсиях на водной основе или термоплавких клеях (в дополнение к полиолефиновому термоклею, получаемому на основе катализа металлоценами).

ЭВА для производства вспененных / экструзионных изделий или термоплавких клеев.

Полиэтилены могут подразделяться на три группы:

  • Стандартные полиэтилены
    • ПЭНП – Полиэтилен низкой плотности
    • ПЭВП – Полиэтилен высокой плотности
    • ПЭСП – Полиэтилен средней плотности
    • ЛПЭНП бутен С4 – Линейный полиэтилен низкой плотности
  • Высококачественные полиэтилены
    • ЛПЭНП октен C8 – Линейный полиэтилен низкой плотности
    • ЛПЭНП гексен C6 – Линейный полиэтилен низкой плотности
    • ПЭСНП октен C8 – Полиэтилен сверхнизкой плотности
    • ПЭСНП гексен C6 – Полиэтилен сверхнизкой плотности
    • мЛПЭНП октен C8 – Металлоценовый линейный полиэтилен низкой плотности
  • Специализированные и функционализированные полиэтилены
    • ЭЭА – Сополимер этилена с этилакрилатом
    • ЭАК – Сополимер этилена с акриловой кислотой
    • МАГ – Малеиновый ангидрид
    • ЭВА – Сополимер этилена и винилацетата
    • Пластомеры и эластомеры (на основе этилена/пропилена)

Типовыми областями применения Стандартных сортов полиэтилена являются:

  • Хозяйственные сумки
  • Усадочные чехлы
  • Технические пленки
  • Упаковочные материалы общего назначения
  • Носители пигментов
  • Крышки
  • Упаковочные ящики

Типовыми областями применения Высококачественных сортов полиэтилена являются:

  • Ламинирующие пленки
  • Герметики
  • Липкие и растягивающиеся упаковочные пленки
  • Упаковка замороженных продуктов
  • Трубы систем подогрева полов
  • Цистерны для нефтепродуктов
  • Тюбики для косметической продукции

Типовыми областями применения Специализированных и Функционализированных сортов полиэтилена являются:

  • Клеящие добавки для граничных слоев пищевых пленок
  • Прочные уплотнительные слои для упаковочных линий
  • Покрытия для бумажных и алюминиевых изделий
  • Высококачественный термоплавкий клей
Мы предлагаем:

3901 Полимеры этилена в первичных формах / КонсультантПлюс

3901 Полимеры этилена в первичных формах

3901 10 100 0 Полиэтилен с удельным весом менее 0,94

и

3901 10 900 0

В данные подсубпозиции включаются только гомополимеры

этилена, то есть полимеры с содержанием этилена 95 мас.%

или более от общего содержания полимера.

Удельный вес полиэтилена должен определяться с

использованием полимера без добавок.

Жидкий полиэтилен включается сюда только в том случае,

если он удовлетворяет условиям, определенным

в примечании 3а к данной группе. В противном случае

он включается в подсубпозиции 2710 11 110 0 —

2710 19 990 0.

Полиэтиленовые воски включаются в товарную позицию 3404.

3901 20 100 0 Полиэтилен с удельным весом 0,94 или более

и

3901 20 900 0

См. пояснения к подсубпозициям 3901 10 100 0 и

3901 10 900 0.

3901 90 100 0 — Прочие

3901 90 900 0

В соответствии с примечанием 4 и примечанием к

субпозициям 1 к данной группе в данные подсубпозиции

включаются:

1) сополимеры этилена и мономеров, кроме винилацетата

(например, сополимеры этилена и пропилена), плюс

смеси полимеров аналогичных составов, содержащих

этилен в качестве преобладающего сомономера;

2) химически модифицированный полиэтилен, как определено

в примечании 5 к данной группе (например,

хлорированный полиэтилен и хлорсульфированный

полиэтилен).

Метод получении этилена под низким давлением

    Полиэтилен —полимеризационная термопластичная пластическая масса. Исходный мономер — этилен — получают из природных или нефтяных газов он может быть также получен дегидратацией этанола или гидрированием ацетилена. Получение полимера может быть осуществлено при высоком, среднем или низком давлении. В СССР выпускается полиэтилен ВД низкой плотности, получаемый по методу высокого давления, и полиэтилен ИД высокой плотности, получаемый по методу низкого давления. Полиэтилен ВД с молекулярным весом 18 000— 25 000 условно называется по- [c.419]
    Выдающееся значение для получения полиэтилена низкого давления имело открытие немецким ученым К. Циглером в 1952 г. способности этилена полимеризоваться под влиянием комплексных металлоорганических катализаторов (стр. 353) при нормальном или незначительном давлении. Катализаторами могут явиться металлоорганические комплексы диэтилалюминий хлорида и четыреххлористого титана. По этому методу этилен вводится во взвесь катализатора в инертных растворителях (алифатические или ароматические углеводороды, дизельное масло) при давлении до 10 ат и температуре от — 70 до +15 °С. Образуется полиэтилен с молекулярной массой от 10 ООО до 3 ООО ООО  [c.70]

    В недавнем обзоре [27] по окислению этилена цитируется большое число исследований хемосорбции (см. табл. 5 и 6). Почти все результаты получены методами, связанными с использованием либо очень низких давлений вплоть до вакуума, либо низких температур, или того и другого вместе, что весьма далеко от условий промышленного окисления этилена. Хотя все эти исследования внесли значительный вклад в наше понимание свойств системы серебро — кислород и ее взаимодействия с этиленом и продуктами окисления, необходимо крайне осторожно использовать полученные результаты для объяснения механизма процесса окисления, происходящего в совершенно других условиях. [c.228]

    Простейшим и наиболее часто применяемым полимером является полиэтилен. Его получают двумя методами. Полиэтилен высокого давления с точкой плавления около 110° С синтезируют более старым радикальным методом. Новый ионный метод дает продукт с точкой плавления около 140° С это полиэтилен низкого давления или высокой плотности . Вторым способом получают более высокоплавкий неэластичный материал. Радикальный метод применяют для получения прозрачного полиэтилена. По этому методу этилен нагревают до 200° при 1000 атм в присутствии небольшого, строго определенного количества воздуха или перекиси, а полиэтилен непрерывно отводят из реакционной смеси. Воздух или перекись при взаимодействии с этиленом дают радикалы [реакция (15.1)]. Затем первичные радикалы присоединяются к мономеру, инициируя полимеризацию [реакция (15.2)]. Полученные таким образом радикалы, каждый из которых содержит одну мономерную ячейку, соединяются между собой, образуя димер, тример и т. д. [c.225]

    Наиболее распространенным методом разделения смесей газообразных углеводородов па фракции по числу атомов углерода следует считать ректификацию. Ее применяют главным образом для получения этилена, важнейшего из низших олефинов. Поскольку в большинстве газов, содержащих этилен, присутствуют еще метан и водород, разгонку проводят при низкой температуре под давлением, чтобы создать метановую флегму в ректификационной колонне. Благодаря наличию этой флегмы можно отделять нежелательные примеси метана и водорода без потери с ними фракции Са-При этом методе выделения олефинов необходимо устанавливать компрессоры для сжатия газов и для холодильного цикла кроме того, в качестве конструкционного материала для газоразделительной установки, особенно для ее холодных частей, требуются определенные марки легированных сталей, устойчивых при низких температурах. [c.149]


    Существует два метода получения этанола из этилена. По первому из них этилен (обычно с концентрацией 95%, но допустимы и более низкие концентрации) поглощают в нескольких последовательно расположенных абсорберах 95—98%-ной серной кислотой при температуре 55—85°С и давлении 1,5— 4,0МН/м2 (15—40 атм) [c.102]

    В статьях Циглера с сотрудниками [10—12,152—154] описывается новый метод полимеризации этилена при низком давлении. Применяя открытые им металлоорганические катализаторы, в присутствии четыреххлористого титана в качестве сокатализа-тора, авторы разработали метод получения полиэтилена с мол. в. 10 000—3 ООО ООО при давлении 1—10 атм. Полимеризация этилена проводится в среде алифатических или ароматических углеводородов (наилучший растворитель — дизельное масло), в которых растворяются триэтилалюминий и сокатализатор (суммарное их количество % от веса растворителя). В случае пропускания этилена через раствор катализатора в углеводороде полимеризация начинается при комнатной температуре, которая затем повышается постепенно до скорость полимеризации этилена, выраженная в количестве поглощенного этилена, составляет 200 л час на 1 л раствора катализатора, причем практически этилен поглощается полностью. Образовавшуюся кашеобразную суспензию полиэтилена обрабатывают безводным спиртом для разложения катализатора, содержащегося в реакционной массе при достаточно хорошей промывке можно получить полиэтилен с содержанием золы- 0,01%. Изменяя условия опыта, в частности изменяя соотношения между катализатором и сокатализатором, можно регулировать молекулярный вес образующегося полиэтилена. [c.179]

    Преподаватель сообщает, что различают два основных метода получения полиэтилена полимеризацию при высоком давлении и полимеризацию с катализаторами Циглера — Натта при низком давлении. Полиэтилен, полученный первым путем, представляет собой эластичную полупрозрачную массу, стойкую к механическим и химическим воздействиям. Молекулярный вес его около 50 000, строение молекулы — линейные цепи. Условия процесса жидкий этилен, инициатор О2 и давление 1000—2000 атм. Процесс Циглера — Натта позволяет получить полиэтилен с очень высоким молекулярным весом — до 3 ООО ООО. [c.168]

    Принципиально эти методы идентичны методам гидратации этилена они отличаются только технологическими параметрами, так как пропилен гидратируется намного легче, чем этилен. Благодаря высокой реакционной способности пропилена с серной кислотой, для гидратации можно применять менее концентрированную серную кислоту и вести процесс при более низких температурах и меньшей продолжительности контакта. Скорость полимеризации растет с температурой и с концентрацией кислоты больше, чем скорость этерификации. Пропилен более способен к побочным реакциям, чем этилен. Для получения наибольших выходов изопропилового спирта и наименьших количеств эфира и сокраш ения удельных расходов серной кислоты и вспомогательных материалов нужно работать с низкими превращениями, т. е. нри низких температурах, даже если для этого необходимо применять высокие давления. [c.431]

    Полиэтилен—термопластичный полимер. Исходный мономер — этилен С2Н4 — получают из природных газов. Получение полимера может быть осуществлено по методу высокого или низкого давления. Полиэтилен высокого давления имеет молекулярную массу 1800-2500, полиэтилен низкого давления — 2500-3500. Последний обладает более высокими прочностными показателями и химической стойкостью. При обычной температуре полиэтилен представляет собой твердый упругий материал, сохраняющий свои свойства до 60-70 °С. При температурах 110-120 °С он приобретает высокую эластичность. [c.242]

    Методы полимеризации при высоких давлениях требуют больших капиталовложений, но эксплуатационные затраты низки. Для методов полимеризации при низких давлениях требуются малые капиталовложения, но большие эксплуатационные затраты, наприме р, в методе Циглера — на приготовление и хранение катализатора, а также регенерацию растворителя в методе с суспендированным катализатором — на выделение следов катализатора из готового продукта. Метод с неподвижным катализатором лишен этих недостатков, но полученный продукт менее ценен, так как его степень кристаллизации очень велика (75—95%), а гамма полимеров весьма широка. Однако преимуществом метода является 100%-ная конверсия вследствие того, что рециркулирующий этилен не очищается. [c.328]

    В 1949—1950 гг. вступили в строй промышленные установки для производства фенола и ацетона кумольным методом, исходя из изоиропилбен-зола. В 1960 г. уже более половины фенола получалось этим методом. В период 1947—1950 гг. были пущены установки для алкилирования бензола этиленом и пропиленом. Из этилбензола и изопропилбензола дегидрированием получается стирол и а-метилстирол. Уже несколько лет работают установки для получения полиэтилена высокого давления, а в 1961— 1962 гг. пущены установки для получения полиэтилена низкого давления и полипропилена. [c.11]


    Из концентрированной этиленовой фракции методом сжижения и ректификации легко получается чистый этилен, пригодный для любых синтезов. Сравнительно недавно в печати было опубликовано, что в ФРГ фирма Шольвен Хеми использовала этилен коксового газа для получения по методу Циглера полиэтилена низкого давления [52]. В последние годы этот продукт, как было упомянуто, находит все более широкое применение в технике и в быту я производство его в различных странах растет из года в год [53—61]. [c.231]

    Полиэтилен низкого давления получают двумя методами периодическим и непрерывным. По второму методу, более производительному, этилен и катализатор, распределенный в низкоки-пящем бензине, подают в реактор непрерывно. Полимеризация протекает под давлением 3—4 ат при 80 С. Непрореагировавший этилен и бензин поступают на очистку, а продукт полимеризации — на переработку. Она заключается в отделении бензина с помощью центрифуги и. многократной промывке полимера в аппаратах при непрерывном перемешивании с помощью метилового или н-пропилового спирта. Полученный порошок полиэтилена сушат в вакуумных сушилках. [c.95]

    Вследствие существенных недостатков описанного метода (низкий выход промежуточного продукта — этиленмочевины и необходимость проведения длительной стадии реакции под давлением) в СШ большая группа исследователей занималась изысканием других путей получения этилен-К -динитроамина. Наибольший интерес представ.ляет следующий метод. [c.292]

    Значительные успехи были достигнуты и в регулировании реакции роста цепи при полимеризащ-1и диенов [8] и различных полярных мономеров, В результате проведенных опытов было показано, что стереоспецифическая полимеризация олефинов может быть проведена также и в гомогенной системе. При анионной или катионной гомополимеризации с управляемой реакцией роста цепи несомненно важную роль играет промежуточный комплекс мономера с противоионом. При таком методе получения стереорегуляр-ных полимеров удается снизить свободную энергию активации реакции роста цепи, ведущую к образованию полимера с определенной степенью тактичности. К сожалению, этот метод трудноосуществим при полимеризации неполярных, высоколетучих мономеров, какими являются, в частности, этилен и пропилен. Реакцию полимеризации этилена в высокомолекулярный разветвленный продукт долгое время осуществляли только по радикальному механизму при высоких давлении и температуре. Аналогичные опыты по радикальной полимеризации пропилена не имели успеха, так как на третнчном атоме углерода легко происходит передача цепн, вследствие чего образуется полимер небольшого молекулярного веса, который не может быть использован для получения пластмасс. Высокомолекулярные линейные полимеры этилена и пропилена можно синтезировать при низком давлении только при наличии твердой фазы катализатора. Мономер и металлорганический компонент сорбируются на поверхности твердой фазы, чем достигается ориентация каждой молекулы мономера перед ее присоединением к растущей полимерной цепи. [c.10]

    С 1936 г. английский концерн ИСИ, а вскоре затем и ИГ стали выпускать полиэтилен высокого давления. Исследователями-химиками обоих концернов было найдено, что этилен полимери-зуется в присутствии катализаторов при высоких температурах и давлениях. В 1953 г. К. Циглер (1898—1973) разработал метод полимеризации этилена при низких давлениях с применением смешанных металлорганических катализаторов А1(С2Н5)з. В том же году итальянский химик Дж. Натта (1903) открыл способ получения полимеров олефинов упорядоченной структуры (изотак-тический полипропилен). Оба эти открытия стали основой для получения полиэтилена различной степени эластичности. В 1938 г. американская фирма Дюпон стала выпускать тефлон — продукт полимеризации тетрафторэтилена. Этот полимер обладает особенно высокой термической устойчивостью и стойкостью по отношению к кислотам и едким щелочам. [c.283]

    В литературе имеются сообщения о новых путях получения полиэтилена при низком давлении, исключающих применение металлоорганических соединений [158]. Катализатором полимеризации в этом случае служит окись хрома, нанесенная на носитель, состоящий из Si02 и АЬОз. Оптимальные условия полимеризации этилена в среде растворителя (пентан, октан) температура 135—190 и давление 35 а/иж в этих условиях этилен полностью превращается в полиэтилен, который имеет средний мол. в. 5000—30 ООО, среднюю плотность 0,952, т. пл. 113—127° и характеризуется высокой механической прочностью и морозоустойчивостью. (Метод Филипнса). [c.180]

    При выборе способа очистки сырого гелия для данной установки метод отмывки с помощью жидкого метана сравнивался с системой очистки сырого гелия путем конденсации и низкотемпературной адсорбции. В результате сравнительного анализа предпочтение было отдано методу отмывки жидким метаном [124], так как оказалось, что в этом случае при 24-часовом цикле работы каждого адсорбера требуется около 1000 кг активированного угля против 2000 кг при втором методе очистки. Полученный в криогенном блоке чистый гелий далее направляется в гелиевый ожижитель (на рис. 53 не показан). Для ожижения гелия используется криогенный цикл с последовательным расширением гелия в двух турбодетандерах. Объемная производительность установки по гелию составляет около 500 м /ч. Другим видом продукции, получаемой на установке, является горючий газ, состоящий в основном из метана и имеющий удельную теплоту сгорания около 40000 кДж/м, который сжимается компрессором 2 до 3,6 МПа и подается в трубопровод. На установке используется несколько криогенных циклов, которые в принципе можно рассматривать как четырехступенчатый каскадный цикл. Пропан, конденсация которого на установке производится с помощью воды при температуре 303 К, частично используется для охлаждения природного газа после моноэтаноламиновой очистки в испарителе пропана и конденсации паров воды, где он кипит при Т=273 К, а другая его часть испаряется при более низком давлении при Т= 233 К, обеспечивая конденсацию этилена. В свою очередь, этилен, испаряясь, обеспечивает холод для вывода фракции бензина-сырца и охлаждение природного газа, при котором частично конденсируется метан. Последний подвергается дальнейшему охлаждению до 117 К и сдросселированный до р 0,15 МПа используется для сжижения азота, сжатого до 2,5 МПа. Азот сжимается в компрессоре 16, и после охлаждения в теплообменнике 15 и конденсации в аппарате 8 основной поток жидкого азота подается на верхнюю тарелку колонны 9. Другая часть жидкого азота (на рис. 53 не показано) поступает на охлаждение низкотемпературных адсорберов и в гелиевый сжи тель. Жидкий азот, испаряясь, обеспечивает необходимое охлаждение гелия в гелиевом цикле, охлаждение низкотемпературных адсорберов и природного газа в теплообменниках и понижение температуры промывочного метана. [c.159]

    Сырьем для получения полиэтилена методом низкого давления служит очищенный этилен и смешанный металлоорганический катализатор— триэтилалюминий и четыреххлористый титан. Вместо триэтилалюминия могут применяться также диэтилалюминийхло-рид, этилалюминийдихлорид или триизобутилалюминий. [c.40]

    Полипропилен получается из пропилена — газообразного гомолога этилена. Полипропилен, как и этилен, содержится в поиутпых нефтяных газах, газах крекинга и пиролиза нефти. Молекулярный вес его в среднем 150 ООО, а строение преимущественно стереорегулярное. Полииронилен получается примерно таким же методом, как и полиэтилен низкого давления. Он обладает более высокой прочностью и теплостойкостью по сравнению с полиэтиленом, яв.ляется также хорошим диэлектриком. Методы получения полипропилена и полиэтилена одинаковы. Пз него изготовляют те же изделия газонепроницаемую пленку, прочное синтетическое волокно, трубы, которые можно применять для горячей воды. Полипропилен менее морозостоек (—35° С), чем полиэтилен (—60 70° С). В качестве материала для труб применяется также изотактический полипропилен, который имеет  [c.15]

    Фирма Филлипс петролеум Ко, США, разработала метод получения полиэтилена под низким давлепием. Наиболее благоприятным оказалось давление 35 ат, температура 160—250° [30]. По этому методу чистый этилеп, не содержаш ий кислорода, водяного пара и углекислоты, в присутствии растворителя, нанример ксилольной фракции, при 35 ат и соответствуюш ей чемнературе приводится в соприкосновение с катализатором, состояш,им из окиси молибдена или хрома, нанесенной на окись или силикат алюминия. Реакция проходит в автоклаве с мешалкой, в котором обеспечивается тесное вонрикосновение между этиленом и катализатором. Растворитель играет ван ную роль, лучше работать с максимально возможным избытком его (применяют такое количество ксилольной фракции, чтобы раствор содержал 7—8% вес. этилена). Растворитель предотвраш ает обрыв цени и дает возможность получить полимер высокого молекулярного веса. Растворитель поддерживает активность катализатора, так как он растворяет большую часть полимера, осаждаюш егося па катализаторе. Кроме того, растворитель служит для поглош ения тепла реакции. Процесс проводится непрерывно. Установка находится в стадии строительства. [c.582]


Полиэтилен и поливинилхлорид – два вида пластика :: информационная статья компании Полимернагрев

История открытия ПВХ

 > Всем, кто живет в XXI веке знаком и полиэтилен и поливинилхлорид (ПВХ), которые относятся виду термопластических полимеров.  Если статистические бюро подсчитают удельный вес пластмасс, используемых в быту, то изделия из ПВХ и полиэтилена займут первые места.В наше время этими вещами пользуются миллиарды людей, а общий вес пластиков, сосредоточенных в полиэтиленовых трубах, виниловых плащах и ПЭТ-бутылках измеряется миллионами тонн.

А вот в XIX веке считанные единицы профессиональных химиков получали ничтожные количества этих веществ в лабораторных экспериментах, и тщетно пытались привлечь внимание широкой общественности к плодам своих опытов.

Парадоксально, но оба вида этих пластмасс – полиэтилен и поливинилхлорид, открывали и забывали несколько раз.  Дорога к к массовому промышленному производству для этих пластиков была долгой и тернистой, и растянулась во времени более чем на полстолетия.

Самым первым открыли винил —  в виде кристаллического полимера. В первой трети XIX века рассеянный французский химик забыл некий раствор на подоконнике лаборатории. Примерно через неделю он с огромным удивлением обнаружил порошок поливинилхлорида, в который раствор превратился под действием солнечных лучей.

К сожалению, добросовестный ученый тут же попытался исследовать порошок стандартными на тот момент методами. Он начал пробовать винил во взаимодействии с различными химическими веществами – и не преуспел в этом. Сейчас каждый школьник, прошедший органическую химию, знает, что посуда и упаковка из ПВХ обладают химической инертностью, а тогда это еще никому не было неизвестно.  Сейчас считается, что в тот знаменательный день, догадайся французский химик нагреть порошок до определенной температуры, у него получилась бы вязкая и прозрачная пластическая масса поливинилхлорида.

Только через 50 лет, в начале века XX, ученые смогли полноценно заняться новым материалом и  исследовать процесс полимеризации поливинилхлорида. Более того, его уже запланировали на замену популярному тогда пластику – целлулоиду. Но началась Первая Мировая война, и химикам стало не до исследований.

И вот так вот и получилось, что триумфальное пришествие винила началось уже в середине XX-го века. Из винила начали производить профильные элементы для окон, грампластинки, тонкие пленки различного назначения, трубы, покрытия для пола и детали автомобилей.

История открытия полиэтилена

 

В отличие от винила, полиэтилен был впервые открыт уже в канун XX-го века.  Немецкий химик также производил опыты в своей лаборатории, и случайно сумел получить новый пластический материал. Практичный немец сразу описал свойства полученного вещества, но, как и в случае с поливинилхлоридом все застопорилось на этапе практического применения. Полиэтилен мог бы уже в то время заменить дорогой и нестойкий целлулоид, а также дорогой и ломкий целлофан – пластики, применявшиеся человечеством до Первой Мировой войны, но проблемы промышленного производства и трудности получения сырья не позволили ему выйти из стен научных лабораторий.

Поэтому массовое использование полиэтилена – в виде пакетов для магазинов и супермаркетов началось лишь 50 лет спустя, в середине XX-го века.

Сходства и отличия

 

И полиэтилен, и поливинилхлорид имеют своей базовой основой этилен – бесцветный горючий газ. При участии хлора и кислорода производится полимеризация этилена, в результате которой  при определенных температурах и давлении получаются макромолекулы, из которых и получаются пластики.

Температурные пределы, при которых полиэтилен и ПВХ плавятся, практически одинаковы и лежат в диапазоне температур, превышающих 100 градусов Цельсия. Оба пластика являются превосходными диэлектриками, обладают повышенной устойчивостью к кислотам и щелочам (при нормальной температуре, не превышающей 60-80 градусов Цельсия).

Оба пластика обладают достаточной износостойкостью и механической прочностью. Надо отметить, что полиэтилен подвержен более быстрому старению – это фактор, который надо учитывать при долгом применении изделий из этого пластика. Жесткость у обоих пластиков примерно одинакова, но полиэтилен в силу свойств составляющих его молекул обладает лучшими демпфирующими свойствами.

Конечно же, пластики устойчивы к коррозии, а также к изменению влажности и общим климатическим воздействиям. Эти свойства, а также их дешевизна обуславливают широчайшее использование и полиэтилена и поливинилхлорида. По промышленному производству они занимают соответственно 1-е и 2-е место в мире.

Методы изготовления

 

Для обоих пластиков характерны такие методы как экструзия, с помощью которой «льют», например, полиэтиленовые трубы и полиэтиленовую оплетку для различных проводов и кабелей. Также с помощью экструзии получают листы полиэтилена, пленку из полиэтилена,  листы ПВХ, и пленку из ПВХ, широко используемые, например, строителями. Для этих методов используются различные промышленные нагреватели для экструдеров и литьевых машин (кольцевые нагреватели, плоские нагреватели, патронные ТЭНы).

А термо-вакуумное формование пластиков и литье под давлением в основном применяется при изготовлении разнообразнейших упаковочных материалов .

Ротационным или экструзионно-выдувным способом получают, например, емкости, канистры, различные сосуды и разнообразнейшую пластиковую тару.

Применение в промышленности и быту

Сейчас проще назвать ту область человеческой деятельности, где не используется, скажем, пленка (термоусадочная, упаковочная, стретч и т.д и  т.п.).

Из пластика делают почти все виды современных труб – как водопроводные, так и газовые. Пластик используют в автомобилестроении, изоляции кабелей, в санитарно-технических изделиях и даже для протезирования органов человека.

Изготовление пластмасс: от мономера к полимеру

Универсальность, простота производства и относительно низкая стоимость делают пластмассы одними из самых полезных материалов для широкого спектра применений. В этой статье объясняется химия и производственные процессы двух самых популярных пластиков — полиэтилена и полипропилена.

Пластмассы являются одними из самых разнообразных и полезных материалов в мире. В то время как пластмассы охватывают большое количество материалов, полиэтилен и полипропилен являются двумя основными типами пластмасс, которые используются во многих потребительских товарах, от автомобильных запчастей до сумок для покупок и водопроводных труб.

Несколько типов реакторов могут производить полимеры, включая реакторы с псевдоожиженным слоем, петлевые, автоклавные и трубчатые реакторы. Различные марки полиэтилена и полипропилена обладают широким спектром физических свойств, таких как плотность, жесткость, гибкость, непрозрачность, температура плавления, текстура и прочность. Управляя переменными в реакторе, такими как скорость потока мономера, сомономера, катализатора и охлаждающей среды, можно контролировать ключевые параметры качества. Добавки и красители могут изменить внешний вид полимера.

Заводы по производству полимеров представляют собой полунепрерывные процессы. Сырье подается в реактор непрерывно в передней части, а полимерный порошок и гранулы упаковываются партиями. На большинстве площадок работает несколько линий со множеством бункеров и силосов для хранения и смешивания. В конечном итоге пластмассы доставляются клиентам с использованием барж, грузовиков или железнодорожных вагонов.

В этой статье описываются различные процессы производства полиолефинов, их основные рабочие параметры и способы использования автоматизации для улучшения контроля качества и повышения производительности.

Химия производства пластмассы

Полезно понимать некоторые химические процессы, лежащие в основе реакции полимеризации, чтобы понять, как работает этот процесс, и понять сложность, связанную с изготовлением пластмассы. Реакция полимеризации начинается с первичного ингредиента (мономера), такого как этилен или пропилен.

Этилен (C 2 H 4 ) представляет собой стабильную молекулу с двумя атомами углерода и двойной связью. Полиэтилен (ПЭ) получают в результате реакции нескольких молекул этилена в присутствии катализатора, чтобы разорвать двойную связь и соединить атомы углерода в цепочку (рис. 1).Чем длиннее цепь, тем выше молекулярная масса. Молекулярная масса полимеров может исчисляться миллионами.

Аналогичным образом полипропилен (ПП) получают путем разрыва двойной связи в молекуле пропилена (C 3 H 6 ) в присутствии катализатора с образованием длинных цепей из трехатомных молекул углерода (рис. 2). Третий атом углерода добавляет сложности: на какой стороне цепи будут находиться метильные (CH 3 ) группы? Все они могут быть по одну сторону от центральной линии или остова цепи (изотактические), они могут попеременно появляться на противоположных сторонах остова (синдиотактические), или их положения могут быть случайными (атактическими).Эти устройства имеют разные физические свойства.

Реакции полимеризации также будут потреблять водород, который необходим для гашения реакции ( т. е. обрыва цепей), а некоторые из них будут включать вторичный ингредиент (известный как сомономер). Поскольку концентрации этих компонентов в реакторе влияют на вероятность протекания конкретных реакций, состав в реакторе эффективно задает степень разветвления и длину цепи.

Рис. 1. Этилен представляет собой стабильную молекулу с двумя атомами углерода, соединенными двойной связью. Полиэтилен получают реакцией нескольких молекул этилена в присутствии катализатора.

В полимерной промышленности используется множество катализаторов, и каждый год разрабатываются новые катализаторы. Различные катализаторы используются для создания полимеров с определенными свойствами даже в одном и том же реакторе. Каждый лицензиар процесса производства полиэтилена или полипропилена включает запатентованные рецептуры катализаторов в свои конструкции реакторов. В зависимости от типа реактора катализаторы могут быть твердыми частицами или взвешенными в углеводороде или растворителе.

Полимеризация является сильно экзотермической реакцией и требует непрерывного охлаждения для предотвращения неуправляемых реакций. Большинство реакторных систем включают в себя устройство аварийного гашения, которое быстро останавливает реактор, если температура достигает заданного значения. До внедрения избыточных механизмов управления неуправляемая реакция могла привести к тому, что реактор был полностью забит пластиком. С тех пор схемы процессов изменились, и были внедрены системы безопасности для предотвращения таких инцидентов.

Рис. 2. Полипропилен получают путем разрыва двойной связи в молекуле пропилена в присутствии катализатора. Полученный полимер может быть изотактическим, со всеми метильными группами на одной стороне основной цепи полимера, синдиотактическим, с чередующимися метильными группами на противоположных сторонах основной цепи, или атактическим (не показано), со случайным расположением метильных групп.

Рис. 3. Молекулярно-массовое распределение бимодального полимера имеет более одного пика.

Ключевые характеристики качества

Хотя свойства полимера могут быть несколько изменены на стадиях смешивания и экструзии, условия в реакторе определяют качество продукта, определяемое несколькими ключевыми показателями качества, которое может быть получено. Как правило, полиэтилен классифицируется на основе его плотности, линейности молекул (, т. е. степени разветвления) и его молекулярной массы (длины цепей). Другие качества полимера, в том числе свойство текучести расплава, известное как показатель текучести расплава, являются функцией кристаллической структуры и также в основном определяются реакцией полимеризации.Индекс текучести расплава определяет поведение полимера в последующих операциях, таких как экструзия, выдувное формование или производство пленки.

Наиболее распространенными марками полиэтилена являются:

  • полиэтилен высокой плотности (HDPE) . Этот полимер имеет плотность больше или равную 0,941 г/см 3 . Он имеет низкую степень разветвления, в основном линейные молекулы, обладает высокой прочностью на разрыв, устойчив ко многим химическим веществам и используется в таких продуктах, как бутылки, кувшины, водопроводные трубы и игрушки.
  • полиэтилен средней плотности (MDPE) . Имея диапазон плотности от 0,925 до 0,940 г/см 3 , MDPE обладает лучшей устойчивостью к ударам и растрескиванию под напряжением, чем HDPE, и обычно используется для газовых труб, пластиковых пакетов и упаковочной пленки.
  • полиэтилен низкой плотности (LDPE) . Этот сорт имеет диапазон плотности…

Полиэтилен — обзор | ScienceDirect Topics

20.3.1.3 Термопластичные эластомеры

Существует несколько областей использования CRM, которые окажут большое влияние на промышленность по переработке шин.Одним из таких направлений является использование СО в производстве термопластичных эластомеров (ТЭП). Ниже представлено краткое введение в эту тему и ее важность для всей отрасли переработки.

Полиэтилен (ПЭ) — это распространенный полимер, используемый в различных потребительских целях, от контейнеров для напитков до мешков для мусора. Существует несколько типов полиэтилена, наиболее распространенными из которых являются LLDPE (линейный полиэтилен низкой плотности), LDPE (полиэтилен низкой плотности) и HDPE (полиэтилен высокой плотности).Независимо от типа, почти весь материал на основе полиэтилена находится в форме гранул. В общем, эластомеры обычно группируются в две основные категории:

Термопласты

Термореактивные материалы

Большинство термопластов растворяются в определенных растворителях и могут до некоторой степени гореть. Температуры размягчения/плавления (некоторые называют это вязкостью материалов) зависят от типа и марки полимера.Они очень чувствительны к теплу/сдвигу, поэтому необходимо соблюдать осторожность, чтобы избежать разрушения, разложения или воспламенения материала.

Большинство термопластичных молекулярных цепочек можно рассматривать как независимые переплетенные нити, напоминающие лапшу. При нагревании (например, при формовании) отдельные цепи проскальзывают, вызывая пластическое течение. При охлаждении цепочки атомов и молекул снова прочно удерживаются. При повторном нагреве цепи снова проскальзывают. Очевидно, что существуют практические ограничения на количество циклов нагревания/охлаждения, которым могут быть подвергнуты термопласты до того, как они повлияют на внешний вид и механические свойства.ТПЭ претерпевают химические изменения во время обработки и становятся постоянно нерастворимыми и неплавкими. Именно эта химическая сшивка является принципиальным отличием термореактивных и термопластичных систем. Натуральные и синтетические каучуки, такие как латекс, силикон, бутил и неопрен, которые сохраняют свои свойства в процессе, известном как вулканизация, являются типичными ТЭП.

При отверждении или отверждении термореактивных материалов между соседними молекулами образуются поперечные связи, в результате чего образуется сложная взаимосвязанная сеть.Эти поперечные связи предотвращают проскальзывание отдельных цепей, тем самым предотвращая пластическое течение при добавлении тепла. Если после завершения сшивания к ТЭП добавляется чрезмерное количество тепла, полимер скорее разрушается, чем плавится. Простой пример — жарка яиц. При варке дальнейшее нагревание не возвращает яйцо в жидкое состояние, оно только сгорает. Существует много преимуществ использования TPE по сравнению с термореактивными каучуками, включая:

1.

Гибкость конструкции

2.

Нижние изготовления затраты

3.

более короткие переработки времени

4.

CLAP полностью перерабатывают

5.

проще обработки

6.

Лучший контроль Качество продукта

7.
7.

50094

809
8.

более низкая цена в целях отделки

9.

более экологически чистые

TPE, как правило, низкий модуль , гибкие материалы и используются во многих отраслях промышленности (например,г., от бытового применения до автомобильной промышленности). TPE можно многократно растягивать, по крайней мере, в два раза по сравнению с их первоначальной длиной, во многих случаях при комнатной температуре, с возможностью вернуться к своей приблизительной первоначальной длине при снятии напряжения. Одним из старейших материалов с таким свойством являются термореактивные каучуки, но многие семейства ТЭП, пригодных для литья под давлением, заменяют традиционные каучуки. Помимо использования в своей основной форме, ТЭП широко используются для модификации свойств жестких термопластов, обычно улучшая ударную вязкость, что необходимо для листовых изделий и ТЭП общего формования.В большинстве случаев для получения этих свойств в резину добавляют пластик. В некоторых случаях в каучук (различные размеры резиновой крошки) добавляют переработанный ПЭВП и некоторые другие химические вещества, чтобы сделать материалы вспенивающимися (более легкими), лучше течь и улучшать сцепление. Затем эта матрица гранулируется для простоты использования. В промышленности используется множество методов гранулирования, включая подводное гранулирование.

Большинство компаний-производителей пластмасс, в том числе те, которые используют полиэтилен, следуют одной и той же общей процедуре.Базовые гранулы нагревают до образования расплава. Затем расплав экструдируют, выдувают, прокатывают или впрыскивают для получения конечного продукта. Ключевым фактором правильной производственной настройки является обеспечение полного расплавления гранул, чтобы конечный продукт был однородным. На рынке представлено множество видов пеллет. Некоторые из них разработаны и изготовлены для литья под давлением, а некоторые используются для литья под давлением. В большинстве случаев, если гранулы предназначены для конкретной системы (например, для литья под давлением), их нельзя эффективно использовать для других систем (например, для литья под давлением).г., дутые или катаные). В отличие от исходного материала, состоящего из 100% молотого каучука, гранулы ТЭП способны образовывать подходящий расплав для различных типов производственных процессов. Химические вещества в гранулах, в том числе кратон или аналогичные вещества, помогают в обработке, уменьшая пенообразование, возникающее во время перемешивания и гомогенизации расплава. Хотя измельченный каучук в гранулах не плавится, он диспергируется в расплавленном полиэтилене, который в некотором смысле действует как связующее для частиц.

В отличие от переработки 100% измельченной резины, гранулы не требуют связующего вещества для изготовления готовых изделий. Типичная обработка неплавких материалов обычно включает нагревание материала со связующим под давлением с образованием композитной матрицы. Однако гранулы не могут быть обработаны таким образом, поскольку чрезмерная температура и давление, как правило, заставят ПЭ разлагаться на множество различных соединений, что чрезвычайно затруднит переработку. Чтобы правильно использовать гранулы, их необходимо сначала нагреть до образования расплава, который затем можно использовать в различных технологических процессах.

Ежегодно в мире производится около 270 миллионов тонн пластика, а 275 миллионов тонн перерабатывается. По оценкам Агентства по охране окружающей среды США (EPA), американцы производят более 260 миллионов тонн отходов и перерабатывают или компостируют более 89 миллионов тонн, что составляет примерно 35%. Некоторые перерабатываемые материалы (например, пластик, резина и т. д.) из США и ЕС экспортируются во многие страны мира (например, в Индию, Китай и т. д.).). Например, Китай когда-то принимал около 40% американской бумаги, пластика и других вторсырья. Однако недавно китайское правительство прекратило эту практику, внедрив в начале 2018 года политику национального меча для защиты окружающей среды и развития собственных внутренних мощностей по переработке путем ограничения импорта отходов. Например, переработанный пластик из США в Китай сократился на 92% за первые пять месяцев года, когда вступили в силу ограничения.Все виды экспортируемого лома, от пластика и бумаги до алюминия, меди и нержавеющей стали, также упали на 36%. Китайский рынок вторичной переработки был больше, чем следующие 15 рынков вместе взятые; таким образом, оставляя рынок США, среди прочего, по всему миру, без какой-либо поддержки. Некоторые из этих материалов, которые были бы переработаны, теперь отправляются на свалки. В одних случаях муниципалитеты прекратили сбор предметов, которые раньше подвергались переработке, а в других начали их складировать. Это отличная возможность для групп по переработке шин по всему миру исследовать возможности применения ТРЕ во многих отраслях.

Прогнозируется, что мировой спрос на ТЭП составит около 6 миллионов метрических тонн и оценивается примерно в 20 миллиардов долларов. Было достигнуто много достижений в области разработки продуктов с целью замены первичных материалов в типичном производственном процессе производства ТЭП. Одна из причин, по которой промышленность по переработке шин сосредоточилась на этой области, заключается в том, что спрос на ТЭП будет расти, поскольку в настоящее время ведется активная работа по снижению веса автомобилей. Некоторые примеры ТЭП, используемых в различных отраслях промышленности, показаны на рис.20.6. Азиатско-Тихоокеанский регион был и, по оценкам, остается крупнейшим рынком ТЭП, на который приходится почти половина мирового спроса. Например, Китай по объему является крупнейшим в мире потребителем ТЭП. Другие регионы, такие как Индия и Юго-Восточная Азия, также получают выгоду от интенсивного использования ТРЕ.

Рисунок 20.6. Примеры применения термопластичного эластомера (TPE) для различных материалов.

Производство метана и этилена из пластика в окружающей среде

Abstract

Массовое производство пластмасс началось почти 70 лет назад, и ожидается, что объем производства удвоится в течение следующих двух десятилетий.Благодаря своей долговечности, стабильности и низкой стоимости пластмассы используются во многих областях, однако они оказывают вредное воздействие на окружающую среду. Известно, что пластик при разложении выделяет различные химические вещества, что оказывает негативное влияние на биоту. Здесь мы показываем, что наиболее часто используемые пластмассы выделяют два парниковых газа, метан и этилен, при воздействии окружающего солнечного излучения. Полиэтилен, который является наиболее производимым и выбрасываемым синтетическим полимером в мире, является наиболее активным источником выбросов обоих газов.Мы показываем, что производство газовых примесей из первичного полиэтилена низкой плотности увеличивается со временем, со скоростями в конце 212-дневной инкубации 5,8 нмоль г -1 d -1 метана, 14,5 нмоль г — 1 d -1 этилена, 3,9 нмоль г -1 d -1 этана и 9,7 нмоль г -1 d -1 пропилена. Экологически состаренные пластмассы, инкубированные в воде не менее 152 дней, также выделяли углеводородные газы. Кроме того, полиэтилен низкой плотности выделяет эти газы при инкубации на воздухе со скоростью в ~2 раза и ~76 раз выше, чем при инкубации в воде для метана и этилена соответственно.Наши результаты показывают, что пластик представляет собой до сих пор непризнанный источник вредных для климата газовых примесей, количество которых, как ожидается, будет увеличиваться по мере производства и накопления пластика в окружающей среде.

Образец цитирования: Ройер С.-Дж., Феррон С., Уилсон С.Т., Карл Д.М. (2018) Производство метана и этилена из пластика в окружающей среде. ПЛОС ОДИН 13(8): e0200574. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0200574

Редактор: P. Pardha-Saradhi, Университет Дели, ИНДИЯ

Поступила в редакцию: 21 декабря 2017 г.; Принято: 1 июля 2018 г.; Опубликовано: 1 августа 2018 г.

Авторское право: © 2018 Royer et al.Это статья с открытым доступом, распространяемая в соответствии с условиями лицензии Creative Commons Attribution License, которая разрешает неограниченное использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии указания автора и источника.

Доступность данных: Все соответствующие данные содержатся в документе и в его файле вспомогательной информации.

Финансирование: Это исследование было поддержано Национальным научным фондом (C-MORE, DBI-0424599 для DMK и OCE-1260164 для Мэтью Дж.Church и DMK), Фонд Саймонса (ID 329108 премии SCOPE для DMK), Премия Бальзана в области океанографии (присуждена DMK) и Инициатива по морской микробиологии Фонда Гордона и Бетти Мур (грант № 3794 для DMK). Спонсоры не участвовали в разработке исследования, сборе и анализе данных, принятии решения о публикации или подготовке рукописи.

Конкурирующие интересы: Авторы заявили об отсутствии конкурирующих интересов.

Введение

За последние 50 лет производство полимеров ускорилось с 2×10 6 метрических тонн (Мт) в год в 1950 году до 381×10 6 метрических тонн (Мт) в год в 2015 году, и ожидается, что оно удвоится в следующие 20 лет. [1].Общее мировое производство пластмасс на сегодняшний день оценивается в 8300×10 6 млн тонн, при этом полиэтилен является наиболее распространенным полимером [2,3], на долю которого приходится примерно 36% всех видов пластмасс [1]. В окружающей среде пластмассы уязвимы для процессов выветривания и деградации, вызванных такими факторами окружающей среды, как свет, тепло, влага, химическое окисление и биологическая активность, которые ответственны за физические и химические изменения в структуре полимера [4].

Полиэтилен, как и другие пластмассы, не является инертным и, как известно, выделяет добавки и другие продукты разложения в окружающую среду на протяжении всего срока службы.Например, добавка бисфенол-А, используемая при производстве многих пластмассовых изделий [5], выщелачивается по мере старения пластмасс, а при высокотемпературном разложении (>202°С) образуются углеводородные газы [6]. Эти химические вещества различаются для разных типов пластика, и после выброса некоторые из них могут быть токсичными и оказывать неблагоприятное воздействие на окружающую среду и здоровье человека [7–9]. Процессы деградации не только влияют на химическую целостность пластика, но и в конечном итоге приводят к фрагментации полимера на более мелкие единицы, увеличивая площадь поверхности, подверженной воздействию элементов.

Большая часть пластика синтезируется из природных газов [10], и ожидается, что выщелачивание произойдет в процессе старения. Однако, насколько нам известно, ни в одном предыдущем исследовании не сообщалось о выбросах углеводородных газов из пластика в естественных условиях. Это исследование направлено на изучение этого явления и его потенциальных экологических последствий.

В нашем исследовании изучалось производство углеводородных газов из полиэтилена и других пластиков при температуре окружающей среды с акцентом на метан (CH 4 ), один из наиболее сильнодействующих атмосферных парниковых газов [11–13], и этилен (C 2 H 4 ), который вступает в реакцию с OH в атмосфере и увеличивает концентрацию монооксида углерода [14,15].Учитывая значительный рост производства пластика во всем мире, важно понимать масштабы выбросов CH 4 и C 2 H 4 от пластика. Кроме того, мы сообщаем о производительности этана (C 2 H 6 ), второго наиболее распространенного углеводорода в атмосфере после CH 4 , который, как известно, повышает уровень тропосферного озона и монооксида углерода [14,16]. , и пропилен (C 3 H 6 ), также углеводородный загрязнитель атмосферы [17].Поскольку пластмассы бывают разного состава и морфологии, мы провели серию экспериментов по оценке газообразования в различных условиях окружающей среды. Мы показываем, что солнечное излучение инициирует образование этих газов для тестируемых полимеров.

Материалы и методы

Экспериментальный проект

Было проведено множество экспериментов для оценки относительного вклада пластика в выбросы углеводородного газа. Чтобы оценить, выделяют ли различные виды пластика углеводородные газы в естественных условиях, а также масштабы этих выбросов, мы протестировали некоторые из наиболее распространенных пластиков, производимых во всем мире.После выбора категории пластика, выделяющей наибольшее количество углеводородных газов, мы проверили влияние изменения плотности и морфологии (например, гранулы, хлопья, порошок) на выбросы углеводородных газов. Факторы окружающей среды, включая солнечную радиацию, УФВ (ультрафиолет В; 280–320 нм) и историю воздействия солнечного излучения, варьировались в рамках этого исследования. Эти тесты проводились параллельно с двумя долгосрочными экспериментами по оценке эффекта старения в течение 212 дней с использованием первичных гранул и в течение 152 дней с использованием морского пластика из океана.Наконец, чтобы определить влияние среды на разложение пластика и выбросы газов, мы протестировали производство газов из пластика, инкубируемого либо в воздухе, либо в воде. Все эксперименты с солнечным излучением проводились на крыше C-MORE Hale, расположенной на Гавайях, на 21,3° с.ш., 157,9° з.д.

Производство углеводородного газа из пластмасс.

Первоначальные испытания проводились с использованием различных материалов, включая поликарбонат (ПК), акрил (АС), полипропилен (ПП), полиэтилентерефталат (ПЭТ), полистирол (ПС), полиэтилен высокой плотности (ПЭВП) и полиэтилен низкой плотности (ПЭНП). ).Каждый тип пластика инкубировали в морской воде и подвергали воздействию солнечного излучения в течение нескольких дней, чтобы измерить выброс CH 4 и C 2 H 4 во время инкубации. Пластмассовые кусочки имели размеры 5,5 х 0,8 см, толщину 0,3 см и весили примерно 1,5 г. Каждый кусок пластика инкубировали отдельно в газонепроницаемых цилиндрических кварцевых флаконах объемом 30 мл (длина 9,6 см и диаметр 2,0 см), заполненных морской водой, отфильтрованной с использованием картриджа с размером пор 0,2 мкм. Морская вода была собрана на глубине 25 м на станции ALOHA, месте долгосрочного мониторинга, расположенном в 100 км к северу от Оаху (Гавайи) в субтропическом круговороте северной части Тихого океана (22.8° с.ш., 158.0° з.д.). Круиз был частью программы Hawaii Ocean Time-series (HOT) (http://hahana.soest.hawaii.edu/hot/) [18], и поскольку он проходил в международных водах, для отбора проб морской воды не требовалось специального разрешения. . В полевых исследованиях не участвовали исчезающие или охраняемые виды. Флаконы инкубировали в открытой неглубокой (глубиной ~15 см) водяной бане с температурой 26°С. Для каждого типа пластика флаконы в трех экземплярах подвергались воздействию окружающего солнечного излучения, а еще один набор флаконов в трех экземплярах инкубировался в темноте (путем обертывания флаконов алюминиевой фольгой) в течение шести и семи дней соответственно.Тройные кварцевые флаконы, заполненные фильтрованной морской водой, но без пластика, инкубировались в светлых и темных условиях в качестве контроля. PS испытывали в отдельном эксперименте с использованием тех же флаконов с кусочками треугольной формы (примерно 5,0 см по периметру), толщиной 0,3 см и весом около 0,2 г. Набор из трех флаконов без пластика служил контролем.

Влияние солнечного излучения и ультрафиолетового излучения на добычу углеводородного газа.

Были проведены эксперименты для определения влияния старения и спектра излучения на добычу углеводородного газа. Для этих экспериментов мы использовали гранулы первичного ПЭНП (Marlex 1017, Chevron Phillips) диаметром приблизительно 5 мм и плотностью 0,917 г·см -3 . Повторные кварцевые флаконы объемом 30 мл (n = 4), содержащие приблизительно 0,2 г гранул ПЭНП в воде MilliQ, инкубировали на крыше C-MORE Hale, а наружные поверхности флаконов очищали и еженедельно встряхивали.Концентрации углеводородного газа измерялись примерно каждые две недели в течение 212-дневного периода. После каждого измерения внутреннюю и внешнюю поверхности флаконов очищали, флаконы наполняли свежей водой MilliQ, добавляли предварительно экспонированные гранулы LDPE и снова инкубировали.

Чтобы определить влияние УФ-излучения на образование углеводородного газа, флаконы в трех экземплярах, содержащие 3,0 г гранул ПЭНП, погруженные в воду MilliQ, инкубировали в течение семи дней либо в газонепроницаемых 40-мл флаконах Pyrex® (11.длиной 8 см и диаметром 2,1 см) или в кварцевых флаконах объемом 30 мл, после чего измеряли концентрацию газов. Темная обработка состояла из первичных гранул LDPE с водой MilliQ во флаконах, обернутых алюминиевой фольгой. Бутылки Pyrex® были просканированы с помощью спектрофотометра и не пропускали УФ-В излучение (280–320 нм), что может помочь в расшифровке важности более коротких длин волн для процессов фотодеградации.

Чтобы определить, продолжается ли выделение углеводородного газа после того, как пластик будет удален от солнечного света, возьмите три флакона, содержащие 3.0 г гранул ПЭНП инкубировали во флаконах с сывороткой объемом 40 мл в темноте в течение 14 дней при 25°С. Гранулы LDPE подвергались воздействию света в течение 270 дней и 15 дней с контрольной обработкой первичных гранул, которые никогда не подвергались воздействию естественного света.

Влияние морфологии и плотности полимера.

В дополнительном тесте для определения влияния морфологии полимера на производство углеводородного газа использовали шесть различных типов полиэтилена. Пять образцов представляли собой ПЭНП, три из которых были в форме гранул, а два других представляли собой порошок или хлопья.Оставшийся образец представлял собой линейный полиэтилен низкой плотности (LLDPE) с плотностью, очень близкой к одной из обработок гранул LDPE. Для каждой обработки 0,4 г пластика инкубировали в газонепроницаемых кварцевых флаконах с водой MilliQ и подвергали воздействию солнечного излучения в течение восьми дней на крыше C-MORE Hale. Для всех экспериментов контрольная обработка (n = 3) состояла из флаконов с водой MilliQ, но без полиэтилена.

Производство углеводородных газов из пластикового мусора, находящегося в окружающей среде.

Помимо первичного пластика, на станции ALOHA был собран морской пластиковый мусор из океана. Кусочки пластика собирали с помощью специализированного трала «манта» [19], скользящего по поверхности океана в течение 30 мин. Собранный пластик (n = 4) очищали путем замачивания в 10% соляной кислоте в течение 2 часов и инкубировали в воде MilliQ на крыше C-MORE Hale в виде отдельных кусков (весом примерно 0,2 г) в течение 152 часов. дней. Измерения концентрации газа проводились каждые две недели, после чего внутренние и внешние поверхности флаконов очищались, заполнялись водой MilliQ, добавлялся ранее экспонированный пластик и снова инкубировались.Флаконы с водой MilliQ и без пластика использовались в качестве контроля для каждой временной точки.

Выбросы углеводородных газов полиэтиленом низкой плотности под воздействием естественного солнечного света в воздух.

Чтобы определить, выделяют ли гранулы первичного ПЭНП углеводороды при прямом контакте с воздухом, и различается ли это производство в темных условиях, предварительно взвешенное количество гранул первичного ПЭНП (3,0 г) помещали в кварцевые флаконы объемом 30 мл, которые были промыты нулем. -CH 4 воздух в течение 20 секунд и немедленно закрывается.Флаконы либо подвергали воздействию полного солнечного света, либо заворачивали в алюминиевую фольгу. Дополнительный набор промытых флаконов (без гранул LDPE) для каждой обработки также инкубировали и использовали в качестве контрольных обработок. В каждый момент времени (1, 3, 9 и 17 дней) извлекали три образца из каждой обработки (контрольный, светлый и темный) и анализировали на концентрации CH 4 и C 2 H 4 в свободном пространстве.

Анализ пластика

Для определения типа пластика, собранного в океане, были получены спектры с использованием микрорамановской системы RXN (Kaiser Optical Systems Inc.), как описано ранее [20]. Лазерное возбуждение с длиной волны 785 нм и столик автоматизированного микроскопа Leica с шириной щели 50 мкм использовались для определения микро-рамановских спектров различных типов пластика. Образцы из окружающей среды сравнивали с известными пластиками, а спектры анализировали с помощью программного обеспечения GRAMS/AI™ Spectroscopy.

Анализ углеводородов

Концентрации растворенных газов определяли количественно с помощью системы продувки и ловушки [21], соединенной с газовым хроматографом (Agilent 7890A), оснащенным пламенно-ионизационным детектором.Известный объем образца переносили из флаконов в барботирующую камеру с использованием избыточного давления, обеспечиваемого гелием сверхвысокой чистоты (Airgas), и барботировали в течение 12 мин (100 мл мин -1 ). Поток элюирующего газа пропускали через осушитель Nafion и колонки Drierite® и Ascarite® для удаления паров воды и CO 2 , а затем подвергали криоловушке на петле для образцов, содержащей Poropak Q 80/100 (Sigma-Aldrich), и погружали в жидкость. азот. Затем ловушку нагревали в течение двух минут примерно до 90°C, а выделившийся газ вводили в 30 м x 0.Аналитическая капиллярная колонка GS-CarbonPLOT диаметром 32 мм (J&W Scientific) с температурной программой 38°С в течение 1,0 мин, 65°С в течение 1,3 мин и 150°С в течение 2,2 мин [22]. Калибровка проводилась путем анализа стандартов сжатого газа, содержащих 10 ± 2% ppm CH 4 , C 2 H 4 , C 2 H 6 и C 3 H 6 6 Скотт-Маррин). Установленные объемы газового стандарта анализировали по той же методике, что и для анализа проб [23].Экспериментальная точность этих измерений, основанная на коэффициенте вариации десяти повторных образцов, для всех газов не превышала 5%. Предел обнаружения, учитывая объем образца, обычно анализируемый для этих экспериментов, составлял приблизительно 0,15 нМ для всех газов. Уровень образования CH 4 и C 2 H 4 в контрольных обработках (т.е. во флаконах, инкубированных в тех же условиях без пластика) составлял примерно 5%.

Статистический анализ

Т-распределение Стьюдента (t-критерий) использовали для определения различий между методами лечения с уровнем значимости P < 0.05.

Результаты

Предварительные эксперименты показали, что все протестированные типы полимеров (PC, AC, PP, PET, PS, HDPE и LDPE) производят измеримые количества CH 4 и C 2 H 4 при воздействии окружающей среды. солнечной радиации (табл. 1). Скорость производства варьировалась более чем на два порядка между различными типами пластика: от 10 до 4100 пмоль г -1 д -1 для CH 4 и от ~ 20 до 5100 пмоль г -1 д -1 для C 2 H 4 .Самые высокие показатели производительности для обоих газов были измерены для LDPE. Большинство образцов, хранившихся в темноте, не выделяли никакого газа, а те, которые производили, имели гораздо более низкую производительность, достигая 120 пмоль CH 4 g -1 d -1 и 60 пмоль C 2 H 4 G -1 D -1 D -1 для PS, и 50 PMOL CH 4 G -1 D -1 и 20 PMOL C 2 H 4 G -1 D -1 для ПЭТ и АС соответственно.Производство газа из всех других типов пластика, инкубированных в темноте, было либо ниже предела обнаружения прибора, либо незначительно отличалось от контрольной обработки (t-критерий, P>0,11).

Спектры, полученные в результате рамановского анализа кусочков пластикового мусора, собранного в открытом океане, сравнивались со спектрами различных типов обычного пластика из коммерческих источников. Спектры соответствовали ПЭНП, и поэтому пластик, собранный в открытом океане, далее именовался «состаренным ПЭНП» (рис. 1E).Для обоих типов пластика кумулятивное количество углеводородных газов увеличивалось со временем, хотя относительный вклад образующихся газов был переменным (рис. 1А и 1В). Скорость образования углеводородного газа нормализована по весу, и для преобразования в площадь поверхности гранулы массой приблизительно 35 мг имели площадь поверхности в диапазоне от прибл. от 70 мм 2 до 315 мм 2 . Для гранул первичного полиэтилена низкой плотности суммарные выбросы газа за 212 дней составили 500, 1700, 340 и 1000 нмоль г и C 3 H 6 соответственно (рис. 1А).Для состаренных пластиков совокупные выбросы газов за 152 дня составили 700, 700, 180 и 160 нмоль г -1 CH 4 , C 2 H 4, C 2 H 900 3 H 6 соответственно (рис. 1В). Скорость образования газа увеличивалась со временем для исходных гранул (рис. 1C), но оставалась относительно постоянной для состаренного пластика (рис. 1D). За исключением CH 4 , нормализованные по весу показатели образования газа были ниже для состаренного пластика по сравнению с первичными гранулами.В этот период времени (декабрь 2016 г. – апрель 2017 г.) интенсивность ФАР в полдень, когда солнце находилось в зените, изменялась от 1496 до 1787 мкМ м -2 с -1 .

Рис. 1. Производство газа из ПЭНП под воздействием окружающего солнечного излучения и идентификация пластика, собранного в открытом океане.

Совокупное количество углеводородных газов, приведенное к массе и производительности CH 4 , C 2 H 4 , C 2 H 6 и C 3 H и (C) чистые гранулы LDPE (0.2 г) и (B) и (D) кусочки пластика LDPE (0,2 г), собранные в открытом океане. Измерения проводились примерно с двухнедельными интервалами в течение инкубационного периода. Столбики погрешностей представляют распространение ошибки стандартного отклонения среднего значения для каждой временной точки. На панели (E) представлены микро-рамановские спектры состаренного ПЭНП, собранного в открытом океане (красный цвет), и первичного гранул ПЭНП (синий цвет).

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0200574.g001

Как показано в предыдущих экспериментах (рис. 1 и таблица 1), LDPE выделяет большое количество CH 4 , C 2 H 4 , C 2 H 6 и C 3 H 6 в морскую воду и воду MilliQ под воздействием солнечных лучей.Производительность CH 4 и C 2 H 4 из первичного ПЭНП-гранул была выше (для аналогичных периодов инкубации), когда пластик подвергался воздействию солнечного света непосредственно на воздухе (рис. 2), а не в воде (рис. 1). ). При этом производительность обоих газов увеличивалась со временем и составляла от 0,11 до 0,44 нмоль CH 4 г -1 d -1 и от 0,32 до 96 нмоль C 2 H 4 г -7070 -1 d -1 после 17 дней инкубации (рис. 2).Эти окончательные скорости примерно в 2 и 76 раз выше, чем у CH 4 и C 2 H 4 из первичных гранул LDPE, инкубированных в воде MilliQ в течение 14 дней (рис. 1 и 2). В контрольной или темной обработках не наблюдалось заметного выделения каких-либо газов (данные не показаны).

Рис. 2. Производительность CH 4 и C 2 H 4 из первичных гранул LDPE, подвергнутых воздействию солнечного света на воздухе.

Средняя производительность CH 4 (A) и C 2 H 4 (B) из первичных гранул LDPE, инкубированных на воздухе под окружающим солнечным излучением в течение 1, 3, 9 и 17 дней.Столбики погрешностей представляют собой стандартное отклонение для трех образцов. Эмиссия CH 4 при обработке в темноте была ниже предела обнаружения и менее 0,3 нмоль г -1 d -1 для C 2 H 4 . Черная стрелка указывает скорость образования CH 4 и C 2 H 4 из первичных гранул LDPE, инкубированных в воде MilliQ в течение 14 дней (рис. 1).

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0200574.g002

Выбросы углеводородных газов измерялись с использованием гранул первичного полиэтилена низкой плотности, подвергавшихся семидневному воздействию полного солнечного спектра (FULL; 280–700 нм) и солнечного излучения без УФ-В ((-)УФ-В; ​​320–700 нм; рис. 3 ). За исключением C 3 H 6 (критерий Стьюдента, P = 0,636), результаты показали значительные различия (критерий Стьюдента, P <0,002) между двумя видами лечения, при этом показатели для лечения (-)УФБ были постоянно ниже. что соответствует 23%, 74% и 68% ПОЛНОЙ обработки для CH 4 , C 2 H 4 и C 2 H 6 соответственно.Все обработки в темноте показали скорость эмиссии менее 0,1 нмоль г -1 d -1 .

Рис. 3. Влияние спектрального излучения на добычу углеводородного газа из ПЭНП.

Уровни добычи углеводородных газов к полному солнечному излучению (280–700 нм) или к солнечному излучению, отфильтрованному для УФВ (320–700 нм).Столбики погрешностей представляют собой стандартное отклонение для трех образцов.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0200574.g003

Гранулы LDPE, инкубированные в темноте после воздействия света, произвели измеримые количества углеводородных газов. Соотношение CH 4 (0,11 нмоль г -1 d -1 ) и C 2 H 4 (0,52 нмоль г -1 d -1 900) и 40%, соответственно, при инкубации осадка на свету (0.20 нмоль CH 4 г -1 d -1 и 1,3 нмоль C 2 H 4 г -1 d -1 ). Кроме того, состаренный в условиях окружающей среды ПЭНП-пластик, собранный в открытом океане и инкубированный в течение 14 дней в темноте при температуре наружного воздуха [18,5–32,5°C], также дал 0,37 ± 0,11, 0,14 ± 0,09, 0,21 ± 0,12 и 0,06 ± 0,03 нмоль. g -1 d -1 CH 4 , C 2 H 4, C 2 H 6, и C 3 Гранулы, которые ранее подвергались воздействию естественного солнечного излучения в течение 270 дней и инкубировались при 25°C, были одними из самых высоких показателей образования всех газов с 0,23 ± 0,02, 0,41 ± 0,05, 2,6 ± 0,22 и 0,70 ± 0,09 нмоль/г -1 d -1 CH 4 , C 2 H 4, C 2 H 6, и C 3 H 6 0 Эти результаты показывают, что однажды начавшись, производство углеводородных газов продолжается в темноте.

Морфология оказывает важное влияние на добычу углеводородного газа. Порошок ПЭНП показал нормализованную по массе производительность CH 4 и C 2 H 4 , которая была в 488 и 132 раза выше, чем у гранул ПЭНП соответственно (таблица 2). Все формы LDPE, за исключением LLDPE, производят измеримые количества углеводородных газов с CH 4 и C 2 H 4 производительностью в диапазоне от 0,08 до 55 нмоль CH 4 г -1 d -1 -1 и 0.от 16 до 21 нмоль C 2 H 4 г -1 d -1 . Что касается гранул ПЭНП различной плотности, то между обработками наблюдались значительные различия в производстве CH 4 (критерий Стьюдента, P<0,03), с самыми низкими показателями для обработки с самой низкой плотностью и самыми высокими показателями для обработки с самой высокой плотностью. Никакой другой закономерности для других углеводородных газов с различной плотностью не наблюдалось. Интересно, что соотношение различных образующихся газов варьировалось в зависимости от плотности гранул ПЭНП.Например, соотношение C 2 H 4 : CH 4 варьировалось от 1,3 до 4,4, а соотношение C 2 H 4 :C 2 H 6 9020 процессы деградации были переменными для различных морфологий в этих экспериментальных условиях.

Обсуждение

Влияние пластиковой композиции на добычу углеводородного газа

Наши результаты показывают, что различные типы пластмасс, широко используемые и рассеянные в окружающей среде по всему миру, производят CH 4 и C 2 H 4 в условиях окружающей среды.Мы предполагаем, что относительное количество низкомолекулярных молекул углеводородного газа, высвобождаемых из пластиковых подложек, зависит от молекулярной структуры пластика, в том числе от степени разветвления, добавления пластификаторов, а также от производственного процесса. Например, среди протестированных пластиковых материалов LDPE произвел наибольшее количество CH 4 и C 2 H 4 , вероятно, из-за его более слабой структуры и более открытых углеводородных ветвей.Напротив, при более компактной структуре, более низкой проницаемости и меньшем количестве доступных активных центров разложение ПЭВП приводило к более низкой эмиссии.

Долгосрочные выбросы углеводородных газов из пластмасс

Выделение парниковых газов из первичного и состаренного пластика с течением времени указывает на то, что полимеры продолжают выделять газы в окружающую среду в течение неопределенного периода времени. Увеличение выделения углеводородных газов со временем из первичных окатышей мы связываем с фотодеградацией пластика, а также с образованием поверхностного слоя, отмеченного изломами, микротрещинами и ямками [24–26].Со временем эти дефекты увеличивают площадь поверхности, доступную для дальнейшего фотохимического разложения, и, следовательно, могут способствовать увеличению скорости образования газа. Также известно, что в конечном итоге образуются более мелкие частицы вторичного происхождения, называемые «микропластиками» [27, 28], которые могут еще больше ускорить образование газа. Исходная форма полимера также является потенциальным фактором, влияющим на изменчивость добычи углеводородов, поскольку изделия одинаковой массы, но разной формы имеют разное отношение площади поверхности к объему.Небольшие фрагменты не только имеют большее отношение поверхности к объему, чем более крупные предметы, но и имеют большую длину края по сравнению с их объемом [29]. Это предсказывает, что в окружающей среде по мере того, как пластиковые частицы разлагаются и становятся меньше, они также будут выделять больше углеводородных газов на единицу массы. Выброс газов из состарившегося пластика, собранного в океане (возраст неизвестен на момент начала эксперимента), указывает на то, что производство может продолжаться в течение всего срока службы пластика.Мы предполагаем, что более низкие темпы производства из экологически состаренного пластика, вероятно, связаны с наличием пластификаторов, которые замедляют фотодеградацию, противодействуя негативному воздействию УФ-излучения.

Факторы, влияющие на выбросы газов

Манипуляции со спектром излучения показали, что УФВ увеличивает образование углеводородных газов по сравнению с более длинными волнами, что согласуется с его ключевой ролью в процессах фотоокислительной деградации полиэтилена [26].Действительно, поток солнечных фотонов, особенно в УФ-части спектра, обеспечивает энергию активации, необходимую для инициирования деградации из-за разрыва связи и деполимеризации, что влияет на механические свойства материала [26,30,31]. Мы предполагаем, что в результате этого процесса образуются молекулы углеводородного газа, которые выбрасываются в окружающую среду. Хотя выброс углеводородных газов усиливается за счет фотодеградации в УФ-спектре, наши результаты показывают, что УФ-излучение не является существенным для инициирования или непрерывного производства углеводородов с течением времени.После инициирования солнечным излучением выброс газов продолжается в темноте со скоростью, которая зависит от предыдущего радиационного облучения.

Влияние морфологии и плотности полиэтилена на выбросы газов

В то время как производство углеводородных газов преобладало в LDPE, различные морфологии и плотности в продуктах LDPE привели к изменению относительных концентраций различных газов. ПЭНП в виде порошка с гораздо большей площадью поверхности, чем гранулы с той же плотностью и весом, производил наибольшее количество углеводородных газов.Наряду с морфологией и плотностью средняя молекулярная масса, которая варьируется в зависимости от длины полимерной цепи и, следовательно, количества открытых разветвленных молекул, также может быть фактором, контролирующим выбросы углеводородов. К сожалению, эта информация является частной и очень редко доступна у поставщиков. Кроме того, даже полиэтилен, который, как известно, является простейшим полиолефином, может образовывать различные конформационные структуры макромолекулярных цепей, которые в своем твердом состоянии принимают различные состояния межмолекулярного порядка [10].Эта неоднородность в одном и том же типе пластика может повлиять на скорость производства различных углеводородных газов и, следовательно, на их соотношение. Тем не менее, из-за неоднородности продуктов даже в пределах одного и того же типа пластика природа реакций неизвестна. Укорочение длинной полимерной цепи и ее расщепление на более мелкие звенья могут быть вызваны различными механизмами, такими как случайный разрыв цепи, разрыв концевой цепи, обрыв цепи или сшивание [28]. Эти реакции приведут к образованию углеводородных газов, в том числе представленных в этом исследовании.

Заключительные комментарии

Мировое производство пластика велико [1], и количество пластиковых отходов, образовавшихся в 2010 году в 192 странах, составило 275×10 6 Мт, из которых от 4,8×10 6 до 12,7×10 6 Мт, по оценкам, выйти в океан [32]. К 2025 году количество пластиковых отходов, поступающих в морские системы, может увеличиться на порядок, если управление отходами не будет улучшено [32]. Поскольку полиэтилен является наиболее распространенным полимером, ожидается, что он станет наиболее распространенной формой пластикового загрязнения поверхностных вод океана во всем мире [33–35].Кроме того, по мере производства микропластика с большей площадью поверхности скорость производства углеводородного газа, вероятно, возрастет. Результаты этого исследования показывают, что производство углеводородного газа может продолжаться бесконечно в течение всего срока службы пластмасс. Количество пластикового материала в среде, подверженной воздействию прямых солнечных лучей, превышает количество пластика, погруженного в воду. Наши эксперименты показали, что выбросы углеводородных газов еще больше (до 2 раз выше для CH 4 и до 76 раз выше для C 2 H 4 ) в воздухе по сравнению с водой.Разница в скорости выделения пластика в воде по сравнению с пластиком, находящимся на воздухе, частично связана с температурой и накоплением тепла [36], что приводит к тому, что пластиковый материал достигает температуры выше, чем температура окружающей среды. Кроме того, пластик, подвергающийся воздействию воздуха, подвергается меньшему биологическому обрастанию, чем в водной среде, из-за отсутствия жидкой среды, которая способствует оседанию микроорганизмов на пластиковой подложке, что приводит к большему количеству поверхностей, непосредственно подвергающихся воздействию солнечного излучения, и в большей степени способствует деформации, деградации и образованию углеводородов. .Таким образом, в теплом климате ожидается более высокая скорость образования углеводородов для пластика, подвергающегося воздействию воздуха, по сравнению с пластиком, находящимся в водной среде.

На данном этапе очень мало известно о вкладе пластика в баланс CH 4 , C 2 H 4 и других углеводородных газов. В этом исследовании сообщается о первых измерениях производства углеводородов пластиком в условиях окружающей среды. Судя по темпам, измеренным в этом исследовании, и количеству пластика, производимого во всем мире, производство пластмасс CH 4 , вероятно, будет незначительным компонентом глобального бюджета CH 4 .Однако для других углеводородных газов с гораздо более низкими глобальными выбросами в атмосферу по сравнению с CH 4 производство из пластмасс может иметь большее экологическое и глобальное значение. Судьба этих газов также недостаточно определена, но поглотителями, вероятно, будут бактериальное окисление до двуокиси углерода, при этом часть этих газов выбрасывается в атмосферу. Учитывая текущую скорость, с которой пластик производится, используется и подвергается воздействию на суше, а также будущую тенденцию неправильного обращения с пластиковыми отходами, попадающими в морские системы [32], количество пластика, подвергающегося воздействию окружающей среды, вероятно, со временем будет увеличиваться, а также количество CH 4 и C 2 H 4 , выделенных из полимеров.Кроме того, разложение пластика в окружающей среде приводит к образованию микропластика с большей площадью поверхности, что может ускорить производство углеводородного газа. Из-за долговечности пластика и большого количества пластика, сохраняющегося в окружающей среде, вопросы, связанные с ролью пластика в глобальных бюджетах CH 4 и C 2 H 4 , должны быть приоритетными и решаться научным сообществом. .

Благодарности

Мы благодарим Эрика Бэра, директора Центра многослойных полимерных систем (CLIPS) за советы по характеристикам полимеров, Анупама Мишру и Шива Шарму за использование оборудования для рамановской спектроскопии в Гавайском университете, Ланса Фуджиеки за помощь в метеорологических измерениях. и Блейк Уоткинс за сбор пластика в море.Мы также благодарим LabQMC за выполнение анализа Брунауэра-Эммета-Теллера для определения площади поверхности наших образцов.

Каталожные номера

  1. 1. Гейер Р., Джамбек Дж. Р., Лоу К. Л. Производство, использование и судьба всех когда-либо произведенных пластмасс. Научная реклама 2017;3: 25–29.
  2. 2. Андради А.Л., Нил М.А. Применение и социальная польза пластмасс. Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci. 2009; 364: 1977–1984 гг. пмид:19528050
  3. 3. ПластмассыЕвропа. Пластмассы – факты 2016.2016; https://doi.org/10.1016/j.marpolbul.2013.01.015
  4. 4. Геверт Б., Плассманн М.М., Маклеод М. Пути деградации пластиковых полимеров, плавающих в морской среде. Воздействие на экологические научные процессы. Королевское химическое общество; 2015; 17: 1513–1521. пмид:26216708
  5. 5. Huang YQ, Wong CKC, Zheng JS, Bouwman H, Barra R, Wahlström B, et al. Бисфенол А (БФА) в Китае: обзор источников, уровней в окружающей среде и потенциального воздействия на здоровье человека. Окружающая среда Интерн.ООО «Эльзевир»; 2012; 42: 91–99. пмид:21596439
  6. 6. Бейлер CL, Хиршлер MM. Термическое разложение полимеров. Справочник SPE по технике противопожарной защиты. 2001. стр. 111–131.
  7. 7. Teuten EL, Saquing JM, Knappe DRU, Barlaz MA, Jonsson S, Björn A, et al. Транспортировка и выброс химических веществ из пластмасс в окружающую среду и дикую природу. Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci. 2009; 364: 2027–45. пмид:19528054
  8. 8. Томпсон Р.С., Мур С.Дж., фон Саал Ф.С., Свон С.Х.Пластмассы, окружающая среда и здоровье человека: текущий консенсус и будущие тенденции. Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci. 2009; 364: 2153–2166. пмид:19528062
  9. 9. Мур CJ. Синтетические полимеры в морской среде: быстрорастущая долгосрочная угроза. Окружающая среда Рез. 2008; 108: 131–139. пмид:18949831
  10. 10. Василе М.Д. С. Справочник по полиолефинам. 2-е изд. ре. C. Василе, доктор медицинских наук, редактор. Нью-Йорк; 2000.
  11. 11. Сонуа М., Джексон Р.Б., Буске П., Поултер Б., Канаделл Дж.Г.Возрастающая роль метана в антропогенном изменении климата. Environ Res Lett. Издательство ИОП; 2016; 11: 1–5.
  12. 12. Ригби М., Принн Р.Г., Фрейзер П.Дж., Симмондс П.Г., Лангенфельдс Р.Л., Хуанг Дж. и др. Возобновление роста атмосферного метана. Geophys Res Lett. 2008; 35: 2–7.
  13. 13. Dlugokencky EJ, Bruhwiler L, White JWC, Emmons LK, Novelli PC, Montzka S.A., et al. Наблюдательные ограничения на недавнее увеличение нагрузки Ch5 в атмосфере. Geophys Res Lett. 2009; 36: 1–5.
  14. 14. Айкин А.С., Герман Дж.Р., Майер Э.Дж., Маккуиллан С.Дж. Атмосферная химия этана и этилена. J Geophys Res Ocean. 1982; 87: 3105–3118.
  15. 15. Ганта М., Фэйи Д., Субраманиам Б. Воздействие на окружающую среду производства этилена из различных видов сырья и источников энергии. Appl Petrochemical Res. 2014;4: 167–179.
  16. 16. Айдин М., Ферхулст К.Р., Зальцман Э.С., Баттл М.О., Монцка С.а., Блейк Д.Р. и соавт. Недавнее снижение выбросов этана и метана в результате сжигания ископаемого топлива из фирнового воздуха.Природа. 2011; 476: 198–201. пмид:21833087
  17. 17. Доклад Межправительственной группы экспертов по изменению климата. МГЭИК (2014 г.) Изменение климата, 2014 г.: сводный отчет. Вклад рабочих групп I, II и III в пятую оценку. Кембридж; 2014.
  18. 18. Карл Д.М., Лукас Р. Программа временных рядов океана на Гавайях (HOT): предыстория, обоснование и реализация на местах. Deep-Sea Res Part II Top Stud Oceanogr. 1996; 43: 129–156.
  19. 19. Браун Д.М., Ченг Л.Новая сеть для взятия проб с поверхности океана. Mar Ecol Prog Сер. 1981; 5: 225–227.
  20. 20. Мисра А.К., Шарма С.К., Камемото Л., Зинин П.В., Ю К., Ху Н. и соавт. Новые подложки с микрополостями для улучшения рамановского сигнала от материалов субмикронного размера. Прил Спектроск. 2009; 63: 373–377. пмид:19281655
  21. 21. Тилбрук Б.Д., Карл Д.М. Источники, распределение и поглотители метана от прибрежных вод Калифорнии до олиготрофного круговорота в северной части Тихого океана. Мар хим. 1995; 49: 51–64.
  22. 22. Репета Д.Дж., Феррон С., Соса О.А., Джонсон К.Г., Репета Л.Д., Акер М. и др. Парадокс морского метана объясняется бактериальной деградацией растворенного органического вещества. Нат Геоски. 2016;9: 884–887.
  23. 23. Уилсон С.Т., Феррон С., Карл Д.М. Межгодовая изменчивость метана и закиси азота в субтропическом круговороте северной части Тихого океана. Geophys Res Lett. 2017; 9885–9892.
  24. 24. Таварес А.С., Гульмине Дж.В., Лепиенски С.М., Акселруд Л. Влияние ускоренного старения на поверхностные механические свойства полиэтилена.Полим Деград Стаб. 2003; 81: 367–373.
  25. 25. Куппер Л., Гульмине Дж. В., Янишек П. Р., Хайзе Х. М. Инфракрасная спектроскопия нарушенного полного отражения для микродоменного анализа образцов полиэтилена после ускоренного старения в камерах выветривания. Виб Спектроск. 2004; 34: 63–72.
  26. 26. Андрей АЛ. Микропластик в морской среде. Мар Поллут Бык. 2011; 62: 1596–1605. пмид:21742351
  27. 27. Браун М.А., Галлоуэй Т., Томпсон Р. Микропластик — новый загрязнитель, вызывающий потенциальную озабоченность? Integr Environ Assess Manag.2007;3: 559–561. пмид:18046805
  28. 28. Артур С., Бейкер Дж., Бамфорд Х. Материалы международного исследовательского семинара по возникновению, влиянию и судьбе микропластикового морского мусора. Технический меморандум NOAA NOS-OR&R-30 Артур С., Бак Дж., Бэмфорд Х. (редакторы). 2009 г.; 530.
  29. 29. Райан ПГ. Влияют ли размер и плавучесть на перемещение плавающих обломков на большие расстояния? Environ Res Lett. 2015;10: 1–6.
  30. 30. Ракес Х-М, Буржуа А., Хайди Дж., Деджи П., Александр М., Дюбуа П.Влияние расширяемого графита и модифицированного полифосфата аммония на огнезащитные и механические свойства композитов древесная мука-полипропилен. J Appl Polym Sci. 2011; 122: 489–496.
  31. 31. Амин М.Б., Хамид Х.С., Хан Дж.Х. Фотоокислительная деградация полиэтиленовой тепличной пленки в суровых условиях. Джей Полим Инж. 1995; 14: 253–268.
  32. 32. Jambeck JR, Geyer R, Wilcox C, Siegler TR, Perryman M, Andrady A, et al. Попадание пластиковых отходов с суши в океан.Наука. 2015; 347: 768–771. пмид:25678662
  33. 33. Frias JPGL, Otero V, Sobral P. Доказательства микропластика в образцах зоопланктона из португальских прибрежных вод. Мар Энвайрон Рез. 2014; 95: 89–95. пмид:24461782
  34. 34. Идальго-Руз В., Гутоу Л., Томпсон Р.С., Тиль М. Микропластик в морской среде: обзор методов, используемых для идентификации и количественного определения. Технологии экологических наук. 2012; 46: 3060–3075. пмид:22321064
  35. 35. Reisser J, Shaw J, Wilcox C, Hardesty BD, Proietti M, Thums M, et al.Загрязнение моря пластиком в водах вокруг Австралии: характеристики, концентрации и пути распространения. ПЛОС Один. 2013;8: 1–11. пмид:24312224
  36. 36. Андрей АЛ. Выветривание полиэтилена (LDPE) и улучшенного фоторазлагаемого полиэтилена в морской среде. J Appl Polym Sci. 1990; 39: 363:370.

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.


Настройка браузера на прием файлов cookie

Существует множество причин, по которым файл cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее распространенные причины:

  • В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки браузера, чтобы принять файлы cookie, или спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
  • Ваш браузер спрашивает, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файл cookie.
  • Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Попробуйте другой браузер, если вы подозреваете это.
  • Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы это исправить, установите правильное время и дату на своем компьютере.
  • Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Предоставить доступ без файлов cookie потребует от сайта создания нового сеанса для каждой посещаемой вами страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.


Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в файле cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файле cookie может храниться только та информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, если вы не решите ввести его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступ к остальной части вашего компьютера, и только сайт, создавший файл cookie, может его прочитать.

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности.Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.


Настройка браузера на прием файлов cookie

Существует множество причин, по которым файл cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее распространенные причины:

  • В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки браузера, чтобы принять файлы cookie, или спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
  • Ваш браузер спрашивает, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались.Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файл cookie.
  • Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Попробуйте другой браузер, если вы подозреваете это.
  • Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы это исправить, установите правильное время и дату на своем компьютере.
  • Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie.Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Предоставить доступ без файлов cookie потребует от сайта создания нового сеанса для каждой посещаемой вами страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.


Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в файле cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файле cookie может храниться только та информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, если вы не решите ввести его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступ к остальной части вашего компьютера, и только сайт, создавший файл cookie, может его прочитать.

Разница между этиленгликолем и полиэтиленгликолем

Основное отличие — этиленгликоль и полиэтиленгликоль

Несмотря на то, что названия у них почти одинаковые, полиэтиленгликоль и этиленгликоль являются очень разными соединениями в зависимости от их химической структуры и общих свойств.Этиленгликоль представляет собой спиртовое соединение. Полиэтиленгликоль представляет собой полиэфирное соединение. Оба эти соединения смешиваются с водой благодаря наличию групп –ОН. Основное различие между этиленгликолем и полиэтиленгликолем заключается в том, что этиленгликоль имеет фиксированное значение молекулярной массы, тогда как полиэтиленгликоль не имеет фиксированного значения молекулярной массы.

Ключевые области охвата

1. Что такое этиленгликоль
      – определение, свойства, применение
2.Что такое полиэтиленгликоль?

Ключевые термины: этиленгликоль, водородные связи, полидисперсность, полиэтиленгликоль, полимеризация

Что такое этиленгликоль

Этиленгликоль представляет собой бесцветное спиртовое соединение без запаха, имеющее химическую формулу C 2 H 6 O 2 .Молярная масса этого соединения составляет примерно 62,07 г/моль. При комнатной температуре и давлении этиленгликоль представляет собой сиропообразную жидкость. Это вязкая жидкость. Температура кипения этой жидкости составляет около 198 °C.

Рисунок 1: Химическая структура этиленгликоля

Этиленгликоль состоит из двух групп –ОН. Следовательно, эта молекула способна образовывать водородные связи с молекулами воды. Следовательно, этиленгликоль смешивается с водой. Две группы –ОН присоединены к соседним атомам углерода.

Этиленгликоль — сиропообразная жидкость со сладким вкусом. Наиболее распространенные области применения этиленгликоля включают его использование в качестве сырья для производства полиэфирных волокон и автомобильного антифриза. Автомобильный антифриз — это жидкость, используемая в радиаторе и системе охлаждения двигателя внутреннего сгорания транспортных средств. Однако это умеренно токсичное соединение.

Что такое полиэтиленгликоль

Полиэтиленгликоль представляет собой полиэфирное соединение. Общая формула этого соединения представлена ​​​​как H-(O-CH 2 -CH 2 ) n -OH.Молекулярная масса соединения варьируется в зависимости от значения «n» в этой общей формуле.

Рисунок 2: Молекулярная формула полиэтиленгликоля

Производство полиэтиленгликоля может осуществляться путем реакции между этиленоксидом и водой, этиленгликолем или олигомерами этиленгликоля. Для этой реакции нужен кислотный или основной катализатор. При использовании воды для реакции с этиленоксидом конечный продукт имеет высокую полидисперсность (продукт имеет высокое молекулярно-массовое распределение).Поэтому конечный продукт дает множество полимерных соединений с различной молекулярной массой. Но если вместо воды использовать этиленгликоль или олигомеры, то получается конечный продукт с низкой полидисперсностью.

Тип полимеризации зависит от типа катализатора. Это может быть как катионная полимеризация, так и анионная полимеризация. Однако анионная полимеризация дает низкую полидисперсность. Поэтому он более предпочтителен. Кроме того, можно использовать суспензионную полимеризацию.

Полиэтиленгликоль имеет множество применений, включая медицинские, химические, биологические, промышленные и т. д. Например, он используется в качестве наполнителя во многих фармацевтических продуктах.

Разница между этиленгликолем и полиэтиленгликолем

Определение

Этиленгликоль: Этиленгликоль представляет собой бесцветное спиртовое соединение без запаха, имеющее химическую формулу C 2 H 6 O 2 .

Полиэтиленгликоль: Полиэтиленгликоль представляет собой полиэфирное соединение, что означает, что он имеет много эфирных групп.

Общая формула

Этиленгликоль: Общая формула этиленгликоля C 2 H 6 O 2 .

Полиэтиленгликоль: Общая формула полиэтиленгликоля: H-(O-CH 2 -CH 2 ) n -OH.

Производство

Этиленгликоль: Этиленгликоль получают в результате реакции между этиленоксидом и водой.

Полиэтиленгликоль: Полиэтиленгликоль получают в результате реакции между этиленоксидом и водой, этиленгликолем или олигомерами этиленгликоля.

Молекулярный вес

Этиленгликоль: Молекулярная масса этиленгликоля составляет около 62,07 г/моль.

Полиэтиленгликоль: Молекулярная масса полиэтиленгликоля зависит от значения «n» в его общей формуле.

Использование

Этиленгликоль: Этиленгликоль в основном используется для производства полиэфирных волокон и в качестве автомобильного антифриза.

Полиэтиленгликоль: Полиэтиленгликоль имеет множество применений, включая медицинские, химические, биологические, промышленные и т. д.

Заключение

Как этиленгликоль, так и полиэтиленгликоль очень важны с коммерческой точки зрения и используются в ряде приложений. Этиленгликоль представляет собой сиропообразную жидкость при комнатной температуре, тогда как полиэтиленгликоль представляет собой твердое вещество. Основное различие между этиленгликолем и полиэтиленгликолем заключается в том, что этиленгликоль имеет фиксированное значение молекулярной массы, тогда как полиэтиленгликоль не имеет фиксированного значения молекулярной массы.

Каталожные номера:

1.Уэйд, Лерой Г. «Этиленгликоль». Encyclopædia Britannica, Encyclopædia Britannica, Inc., 2 декабря 2011 г., доступно здесь.
2. «ЭТИЛЕНГЛИКОЛЬ». Национальный центр биотехнологической информации. База данных соединений PubChem, Национальная медицинская библиотека США, доступна здесь.

Изображение предоставлено:

1. «Этиленгликоль» Сандера де Йонга — собственная работа (общественное достояние) через Commons Wikimedia
2. «Полиэтиленгликоль» Клауса Хоффмайера — собственная работа, общественное достояние) через Commons Wikimedia

Вы используете его ежедневно.Но что такое полиэтиленовый пластик?

101 на этом вездесущем современном материале

Полиэтилен на сегодняшний день является наиболее распространенным типом потребительского пластика и используется во многих повседневных материалах. Это термопластичный продукт, а это означает, что его можно расплавить до жидкого состояния, а затем многократно охладить до твердого состояния. Различные условия обработки приводят к получению различных марок полиэтилена, которые можно использовать для самых разных целей — от гибкой пищевой пленки на одном конце спектра до жестких покрытий для столбов на другом.

Одним из наиболее привлекательных свойств полиэтилена является его долговечность. Он устойчив к выцветанию и сколам, а также непроницаем для многих химических веществ, таких как кислоты и щелочные растворы. Полиэтилен является отличным диэлектриком. Он сохраняет свои свойства в экстремально холодных условиях, но может плавиться при высоких температурах.

Полиэтиленовый пластик: молекула углерод-водород

Полиэтилен состоит из молекул этилена с 2 атомами углерода и 4 атомами водорода.
Молекулярная структура и общие свойства

Полиэтилен состоит из углеводородных цепочек, основным компонентом которых является молекула этилена, состоящая из 2 атомов углерода и 4 атомов водорода. Когда молекулы этилена объединяются в прямые или разветвленные цепи, образуется полиэтилен. Этот процесс включает расщепление двойной связи между двумя атомами углерода и создание свободного радикала для присоединения к следующей молекуле этилена. Макромолекулы не связаны ковалентно, а удерживаются вместе в кристаллической структуре за счет межмолекулярных сил.Чем меньше количество боковых ответвлений, тем ниже кристалличность и, следовательно, выше плотность, что можно наблюдать в различных свойствах для разных типов полиэтилена.

Полиэтилен

устойчив к атмосферным воздействиям, но может стать хрупким при длительном воздействии солнечных лучей. Это ограничение может быть преодолено за счет добавления УФ-стабилизаторов. Он может воспламениться и будет продолжать гореть после того, как источник воспламенения будет удален с желтым голубым пламенем на конце, из-за чего пластик будет капать.Поверхностные свойства полиэтилена препятствуют его склеиванию или отпечатыванию без предварительной обработки. Полиэтилен может быть прозрачным, молочно-непрозрачным или непрозрачным в зависимости от марки материала, толщины изделия и наличия добавок.

Графическое изображение разветвленных цепей полиэтилена
Классификация полиэтилена

Полиэтилен низкой плотности (ПЭНП)  образован как с длинными, так и с короткими ответвлениями в полимерных цепях. Наличие этих ответвлений не позволяет цепям быть слишком плотно упакованными, что придает полиэтилену низкой плотности гибкость, которая делает его пригодным для таких применений, как пластиковые пакеты, изоляция проводов и пластиковая упаковка.LDPE обладает высокой устойчивостью к большинству химических веществ, включая кислоты, щелочи, спирты, альдегиды, кетоны и растительные масла. Он также имеет очень низкое водопоглощение.

Линейный полиэтилен низкой плотности (LLDPE) похож на LDPE, но состоит в основном из линейных цепей с множеством коротких боковых ответвлений. Его часто производят с помощью сополимеризации этилена с альфа-олефинами, такими как 1-бутен, 1-гексен и 1-октен. Характеристики готового продукта можно изменять, регулируя составляющую формулу.

Полиэтилен высокой плотности (ПЭВП)  состоит в основном из молекул с прямой цепью, удерживаемых вместе за счет межмолекулярных сил. Отсутствие боковых ответвлений обеспечивает плотное прилегание цепей друг к другу. Такая высокая плотность приводит к тому, что продукт является умеренно жестким, что делает его пригодным для таких применений, как разделочные доски, контейнеры для сока, пластиковые пиломатериалы и игрушки. HDPE обладает хорошей химической стойкостью и остается прочным при очень низких температурах (-76 градусов по Фаренгейту).Имеет восковую текстуру поверхности, устойчивую к атмосферным воздействиям.

Полиэтилен сверхвысокой молекулярной массы (UWMPE)  имеет чрезвычайно длинные цепи, и из него можно формовать нити с более высокой прочностью на растяжение, чем у стали. Сила межмолекулярных сил между длинными прямыми цепями создает прочный материал с очень высокой ударной вязкостью. Он используется в таких приложениях, как пуленепробиваемые жилеты. Как и другие типы полиэтилена, СВМПЭ устойчив к большинству химических веществ, за исключением окисляющих кислот.Он также имеет низкое влагопоглощение, но его самосмазывающиеся свойства делают его очень устойчивым к истиранию.-5 дюйм/дюйм/градус F)

Максимальная температура непрерывного использования (по умолчанию F)

Прибл.-5 дюймов/дюйм/градус F)

Максимальная температура непрерывного использования (по умолчанию F)

Прибл. температура плавления (градус F)

Диэлектрическая прочность (В/мил) кратковременно, толщина 1/8″

Химический завод по производству полиэтилена.

Как производится полиэтилен?

Основным строительным блоком полиэтилена является молекула этена, состоящая из 2 атомов углерода и 4 атомов водорода. Этен содержится в природном газе, а также образуется при переработке сырой нефти.Одним из продуктов первой стадии переработки нефти является нафта, которую перерабатывают в установке каталитического крекинга для получения высокооктанового сырья. Этот процесс крекинга также производит этен, который отделяют от других продуктов для дальнейшей переработки в полиэтилен. Этен — это газ.

Существуют различные методы переработки полиэтилена в зависимости от качества получаемого продукта.

ПЭНП

производится путем сжатия газа этилена до давления 50 000 фунтов на квадратный дюйм, после чего он охлаждается и подается в реактор.В реактор добавляют инициатор, который вызывает протекание реакции полимеризации. Постоянное перемешивание материала в реакторе обеспечивает максимальную скорость превращения. После реакции неиспользованный этен отделяют от продукта и возвращают обратно в компрессор. Полимер экструдируют, нарезают на гранулы и сушат перед поступлением в бункеры для хранения. Гранулы обычно упаковываются в пакеты для отправки клиентам, где они будут переплавлены и переработаны в готовые потребительские товары.

ПЭВП

производится в каталитическом процессе, который позволяет производить полиэтилен при более низких температурах и давлениях.Катализаторы Циглера-Натта и хромовые катализаторы использовались первыми, но постоянно разрабатываются новые типы катализаторов для улучшения производственных процессов и характеристик продуктов. Некоторые процессы даже смешивают разные типы полиэтилена в одну партию, стирая границы между разными сортами продукции.

LLDPE также производится в каталитическом процессе с добавлением сополимеров, таких как альфа-олефины (бутан, гексан). Молекулярная структура LLDPE представляет собой длинную цепь с множеством коротких разветвлений.

UHMWPE производится с использованием металлоценовых катализаторов, что приводит к чрезвычайно длинным углеводородным цепям (более 100 000 молекул мономерного компонента). Вторичный процесс, называемый гель-прядением, использует нагретый гель СВМПЭ и выдавливает его через фильеру. Продукт охлаждают на водяной бане. Этот процесс прядения дает волокно с высокой степенью молекулярной ориентации (95%), что придает ему чрезвычайно высокую прочность на растяжение.

Литье пластмасс с использованием полиэтилена

Полиэтилен

поставляется с завода в виде гранул и сортируется в соответствии со спецификациями.Клиенты используют эти гранулы в качестве сырья в своих собственных производственных процессах, которые включают их плавление с применением тепла и давления, а затем формование жидкого пластика в его окончательную форму. Существуют различные способы формования полиэтилена в зависимости от сорта сырья и вида требуемого готового продукта:

Полиэтилен перерабатывается в изделия с помощью термопластавтоматов.
  1. Литье под давлением
    Литье под давлением является одним из двух наиболее распространенных методов создания готовых изделий из полиэтилена.Гранулы подаются в нагретый цилиндр, где вращающийся шнек проталкивает плавящийся пластик через заслонку в форму. Фиксированное количество полиэтилена впрыскивается под высоким давлением 10 000-30 000 фунтов на квадратный дюйм. После завершения впрыска форма охлаждается, после чего открывается и извлекается готовый продукт. Это типичный процесс, используемый для производства изделий массового производства, таких как ведра и крышки для бутылок.
  2. Выдувное формование
    Выдувное формование используется для создания таких изделий, как бутылки и шприцы, в которых имеется полость.В процессе выдувного формования первый этап включает формование преформы вокруг штифта сердечника с использованием стандартной формы для литья под давлением. После охлаждения преформа помещается в центр второй формы. Преформа повторно нагревается, и через штифт сердечника подается сжатый воздух, который выдувает расплавленный пластик на внутренние стенки окончательной формы, создавая таким образом внутреннюю полость. После остывания булавку удаляют.
  3. Компрессионное формование
    Компрессионное формование в основном используется для термореактивных пластиков, которые не могут подвергаться многократному повторному нагреву и формованию.В смесь можно добавлять порошки и другие материалы, чтобы придать особые свойства или укрепить конечный продукт. В этом процессе пластик формуется нагретыми пластинами, которые оказывают давление на пластик. Короткое время цикла в этом процессе делает его привлекательным для крупносерийных применений, таких как детали для автомобильной промышленности.
  4. Трансферное формование
    Трансферное формование включает нагревание пластика до расплавленного состояния перед его передачей в процесс компрессионного формования.Когда есть много маленьких отверстий или металлических вставок, расплавленный пластик легче образуется вокруг них, не нарушая выравнивания.
  5. Формование пленочных вставок
    Этот процесс включает в себя вставку пленки или тканевого материала в форму для литья под давлением перед впрыскиванием пластика, так что пленка захватывается в готовом изделии.
  6. Экструзия
    Наряду с литьем под давлением экструзия является одним из самых популярных методов придания полиэтилену желаемой формы.Гранулы подаются через бункер в нагретую камеру, где шнек продвигает плавящийся пластик вперед. В конце нагретой камеры находится матрица, которая формирует пластик, когда он выходит в атмосферу. Этот процесс используется для создания непрерывных листов, труб, кабелей, трубопроводов и многого другого. Готовый продукт попадает на конвейерную ленту, где он охлаждается воздухом (иногда с помощью вентиляторов). Продукт также можно поместить в воду, чтобы ускорить процесс охлаждения.
  7. Литье под давлением с использованием газа
    При литье под давлением с использованием газа стандартный процесс литья под давлением дополняется дополнительным этапом.Форма заполняется на 70% от общего количества требуемого расплавленного пластика, затем в камеру закачивается газ, который проталкивает пластик в конец формы. Чистый эффект заключается в том, что конечный продукт имеет полый центр из-за продувки газом, и используется меньше пластика.
  8. Ротационное формование
    Порошкообразный пластик помещается в полую форму и крепится к вращающейся втулке. Ступица вращается по 2 осям внутри печи, в результате чего пластик плавится и покрывает внутренние стенки формы. Ступица продолжает вращаться в цикле охлаждения, который часто включает распыление воды снаружи пресс-формы.Наконец, готовое изделие удаляется. Преимуществом этого метода является простота форм, отсутствие необходимого давления, а также отсутствие сварных швов и соединений в готовом изделии.
  9. Формование конструкционной пены
    Расплавленный пластик впрыскивается в аккумулятор вместе со сжатым газом для создания эффекта пены в пластике. Из аккумулятора пенопласт впрыскивается в форму. Падение давления от аккумулятора до формы заставляет пластик расширяться и заполнять форму.После охлаждения кожа гладкая, но внутренняя сердцевина вспенивается, что придает готовому изделию высокую жесткость.
  10. Термоформование
    Термоформование и вакуумное формование осуществляются путем нагревания листа пластика до мягкости, а затем надевания его на форму. В некоторых случаях применяется положительное давление воздуха, в то время как в других создается вакуум, чтобы прижать пластик к форме. После охлаждения готовый продукт выгружается.
  11. Реакционное литье под давлением
    Реакционное литье под давлением — это новая технология формования пластиковых изделий.Пластик смешивается с другими компонентами при более низкой температуре, чем при традиционном литье под давлением. Внутри формы происходит экзотермическая реакция, которая создает давление в пластике. Поскольку требуются более низкие температуры и давления, затраты на производство снижаются. Также в смесь можно добавить стекловолокно для придания прочности готовому изделию.
Пластиковые крышки для столбов представляют собой одно изделие из полиэтилена.

Техническое обслуживание

Полиэтилен — очень прочный материал, который не изнашивается и не ослабевает.Однако длительное воздействие солнечных лучей может со временем привести к ломкости изделия. Для трубопроводов или резервуаров, подверженных воздействию элементов, рекомендуется цикл проверки для выявления паутины или трещин из-за хрупкости.

Долговечность и долговечность изделий из полиэтилена настолько высока, что многие производители описывают их как не требующие обслуживания.

приложений

Полиэтилен является наиболее распространенной формой термопласта, используемого в потребительских товарах, и имеет широкий спектр применений.Ниже приведены некоторые из наиболее распространенных применений:

  • Материал для упаковки пищевых продуктов:  Поскольку полиэтилен настолько устойчив к водопоглощению и химическим повреждениям, он сертифицирован как безопасный для использования в пищевой упаковке.
  • Медицинские трубки: Отсутствие пористости полиэтилена делает его идеальным материалом для катетеров и других медицинских изделий благодаря устойчивости к загрязнению.
  • Ведра, бутылки и урны:  Благодаря твердости пластика и его устойчивости к нагрузкам он подходит для потребительских товаров.
  • Бронежилеты: Волокна СВМПЭ обладают высокой прочностью на растяжение, но при этом очень легкие, что делает их идеальными для обеспечения безопасности.
  • Высокопрочные кабели:  Они легкие, поэтому их легко монтировать, но они прочные, поэтому их можно использовать в сложных промышленных приложениях.

Переработка

Пластиковые изделия получили много негативных отзывов в прессе за их воздействие на окружающую среду, но, как и в случае с большинством потенциальных загрязнителей, именно поведение людей, а не сам продукт, наносит ущерб окружающей среде.Полиэтилен не поддается биологическому разложению, что делает его непригодным для утилизации на свалках.

Однако свойства полиэтилена делают его идеальным для вторичной переработки, поскольку его можно переплавить и превратить в другой продукт. Кроме того, его устойчивость к химическому загрязнению и поглощению жидкостей означает, что переработанный продукт не содержит многих примесей. Иногда переработанный и первичный материал смешивают вместе в процессе формирования готовых потребительских товаров.Номер переработки № 2 относится к ПЭВП и № 4 к ПЭНП; многие предприятия по переработке могут перерабатывать оба этих сорта для повторного использования.

Многие материалы, ранее считавшиеся опасными для окружающей среды (например, резина), перерабатываются с большей скоростью, поскольку люди переходят к устойчивому образу жизни и развиваются технологии переработки.

Связанные статьи

Источники

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *