полиэтилен

ПОЛИЭТИЛЕН (петротен, алкатен, хостален LD, стафлен юнипол, карлон, хостален G, хей-жекс и др.) (—CH₂CH₂—)_n

твердый белый полимер; термопласт. В зависимости от способа получения различают П. высокого давления, или низкой плотности, мол. м. 3∙10⁴-4∙10⁵ (П.вд) и П. низкого давления, или высокой плотности, мол. м. 5∙10⁴–10⁶ (П.нд). Они отличаются друг от друга структурой макромолекул (наличием у П. вд длинноцепочечных ответвлений), а следовательно, и свойствами (см. табл.). Степень кристалличности 60% (П.вд) и 70–90% (П.нд). П. обладает низкой газо- и паропроницаемостью (наименьшей для сильнополярных веществ, наибольшей для углеводородов). Хим. стойкость зависит от мол. массы, ММР и плотности. П. не реагирует со щелочами любой концентрации, с растворами любых солей, в т. ч. и солей-окислителей, карбоновыми, конц. соляной и плавиковой кислотами. Он разрушается 50%-ной HNO₃, а также жидкими и газообразными Cl₂ и F₂. Бром и иод через П. диффундируют. П. не раств. в органических растворителях при комнатной температуре и ограниченно набухает в них.

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

П. можно модифицировать: посредством хлорирования, сульфирования, бромирования, фторирования придать ему каучукоподобные свойства, улучшить теплостойкость, хим. стойкость; сополимеризацией с др. олефинами, полярными мономерами повысить стойкость к растрескиванию, эластичность, прозрачность, адгезионные характеристики; смешением с др. полимерами или сополимерами улучшить теплостойкость, ударную вязкость и т. д. (см., напр., полиолефины хлорированные, полиэтилен хлорсульфированный).

В промышленности П. получают полимеризацией этилена (Э.). Процесс при высоком давлении протекает по радикальному механизму под действием O₂, пероксидов, напр. лаурила или бензоила, или их смесей. При производстве П. в трубчатом реакторе Э., смешанный с инициатором, сжатый компрессором до 25 МПа и нагретый до 70 °C, поступает сначала в первую зону реактора, где подогревается до 180 °C, а затем во вторую, где полимеризуется при 190–300 °C и давлении 130–250 МПа. Среднее время пребывания Э. в реакторе 70–100 с, степень превращения 18–20% в зависимости от количества и типа инициатора. Из П. удаляют непрореагировавший Э., расплав охлаждают до 180–190 °C и гранулируют. Гранулы, охлажденные водой до 60–70 °C, подсушивают теплым воздухом и упаковывают в мешки.

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

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

Процесс получения П. в растворе (чаще в гексане) проводят при 160–250 °C, давлении 3,4–5,3 МПа, время контакта с катализатором 10–15 мин (кат. — CrO₃ на силикагеле, Ti-Mg или др.). П. из раствора выделяют удалением растворителя последовательно в испарителе, сепараторе и вакуумной камере гранулятора. Гранулы П. пропаривают водяным паром при температуре, превышающей температуру плавления П. (в воду переходят низкомол. фракции П. и нейтрализуются остатки катализатора). Преимущества метода перед суспензионным: исключение стадий отжима и сушки полимера, возможность утилизации теплоты полимеризации для испарения растворителя, более легкое регулирование мол. массы П.

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

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

П. перерабатывают при 120–280 °C всеми известными методами, применяемыми для переработки термопластов (см. полимерных материалов переработка).

Наиб. широко П. применяют для производства пленок техн. и бытового назначения (см. пленки полимерные). Из П. изготовляют емкости для хранения агрессивных сред, конст-рукц. детали, арматуру, вентиляц. установки, гальванич. ванны, струйные насосы, детали автомашин, протезы внутр. органов, электроизоляцию, высокопрочное волокно (см. полиолефиновые волокна), пенополиэтилен (см. пенопласты), предметы домашнего обихода и др.

Мировое производство П. более 30 млн .т/год (1988). Крупномасштабное производство П. вд сокращается благодаря получению "линейного" П. при низком давлении.

Впервые П. получен в 1932 методом высокого давления в Великобритании, методом низкого давления — в 1953 в ФРГ.

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

_{С. С. Иванчев}