PE plastová surovina

PE suroviny: univerzálne plasty s vlastnosťami, výrobou a rozmanitým použitím

PE (polyetylén) je termoplastická živica polymerizovaná z etylénových monomérov. Ako najväčší plast na všeobecné použitie na svete prenikol od industrializácie v 30. rokoch 20. storočia do rôznych oblastí výroby a života vďaka svojmu vynikajúcemu komplexnému výkonu, nízkym nákladom a širokej použiteľnosti. Od každodenných nákupných tašiek až po priemyselné potrubia, od obalov potravín až po poľnohospodárske fólie, PE sa stal v modernej spoločnosti vďaka svojim jedinečným výhodám nevyhnutným základným materiálom a podporuje rozvoj priemyslu polymérnych materiálov.

1. Molekulárna štruktúra a základné charakteristiky PE

Molekulárna štruktúra PE je lineárna alebo rozvetvená s reťazcami uhlíka a vodíka s opakujúcimi sa jednotkami -CH₂-CH₂-. Pravidelnosť a stupeň rozvetvenia molekulárnych reťazcov určujú ich rozdiely vo výkone. Podľa molekulárnej štruktúry sa delí na polyetylén s nízkou hustotou (LDPE), polyetylén s vysokou hustotou (HDPE) a lineárny polyetylén s nízkou hustotou (LLDPE).

Molekulárny reťazec LDPE má vysoký stupeň rozvetvenia a nízku kryštalinitu (50 % – 60 %), čo mu dodáva dobrú flexibilitu a priehľadnosť s hustotou 0,91 – 0,925 g/cm³, mäkký pocit na dotyk, vynikajúcu odolnosť voči nízkym teplotám a húževnatosť pri teplote –60 ℃. HDPE má vysokú pravidelnosť molekulárneho reťazca s kryštalinitou 80 % – 95 % a hustotou 0,941 – 0,965 g/cm³. Má silnú tuhosť, vysokú pevnosť a lepšiu tvrdosť a odolnosť proti opotrebovaniu ako LDPE, ale o niečo nižšiu flexibilitu. LLDPE tvorí krátke rozvetvené reťazce kopolymerizáciou etylénu a alfa-olefínov, čím kombinuje flexibilitu LDPE s pevnosťou HDPE s vynikajúcou odolnosťou proti roztrhnutiu a prepichnutiu.

PE ako celok má vynikajúce vlastnosti: má dobrú chemickú stabilitu, je odolný voči kyselinám, zásadám, soliam a väčšine organických rozpúšťadiel a pri izbovej teplote nereaguje s inými látkami ako so silnými oxidačnými činidlami; vynikajúca elektrická izolácia, nízka dielektrická konštanta, vhodný na izolačné vrstvy drôtov a káblov; dobrý spracovateľský výkon, možno ho tvarovať procesmi ako je vyfukovanie, vstrekovanie, extrúzia atď., má široký rozsah teplôt spracovania a nízku spotrebu energie; je netoxický a bez zápachu, spĺňa normy pre kontakt s potravinami, široko používaný v balení potravín. PE má však obmedzenú teplotnú odolnosť a všeobecne sa používa pri teplotách -40 – 60 ℃. Je náchylný na oxidáciu a starnutie a je potrebné ho zlepšiť pridaním antioxidantov.

2. Výrobný proces a zdroje surovín pre PE

Výroba PE využíva ako hlavnú surovinu etylén, ktorý pochádza najmä z krakovania ropy (krakovanie nafty) a spracovania zemného plynu (dehydrogenácia etánu). V posledných rokoch sa bioetylén vyrába technológiou fermentácie biomasy, čo poskytuje možnosti pre ekologizáciu PE. Výrobný proces sa podľa tlaku delí na vysokotlakovú metódu, strednotlakovú metódu a nízkotlakovú metódu, čo zodpovedá rôznym druhom PE.

Vysokotlaková metóda sa používa hlavne na výrobu LDPE, ktorý sa vytvára polymerizáciou voľných radikálov etylénového monoméru pri tlaku 100 – 300 MPa a teplote 150 – 300 ℃ s použitím kyslíka alebo peroxidu ako iniciátorov. Vysokotlakové prostredie spôsobuje veľké množstvo rozvetvení molekulárnych reťazcov, čím vznikajú produkty s nízkou hustotou a vysokou flexibilitou. Tento proces má vysokú spotrebu energie, ale čistota produktu je vysoká, vďaka čomu je vhodný pre oblasti, ako sú tenké filmy.

Na výrobu HDPE a LLDPE sa používa nízkotlaková metóda (vrátane strednotlakovej metódy) s použitím katalyzátora Ziegler-Natta alebo metalocénového katalyzátora a polymerizáciou za podmienok 0,1 – 5 MPa a 60 – 100 ℃. Nízkotlakové prostredie znižuje rozvetvenie a vytvára HDPE s vysokou kryštalinitou; pridaním alfa-olefínov (ako je butén a hexén) na kopolymerizáciu sa vytvára LLDPE. Nízkotlaková metóda má nízku spotrebu energie a vysokú účinnosť katalyzátora a v súčasnosti je bežným procesom, ktorý dokáže presne kontrolovať molekulovú hmotnosť a hustotu produktov.

PE tavenina získaná po polymerizácii sa extruduje a granuluje do granulovaných surovín a podľa potreby sa pridávajú prísady, ako sú antioxidanty, mazivá a farbivá, aby sa zlepšil výkon spracovania a odolnosť voči poveternostným vplyvom. Výber prísad musí spĺňať požiadavky scenára použitia a PE potravinárskej kvality prísne obmedzuje typy a obsah prísad.

3, Klasifikačná a modifikačná technológia PE

PE možno rozdeliť do troch kategórií na základe hustoty a štruktúry, pričom každá má svoje vlastné charakteristiky a príslušné scenáre. Hranice výkonnosti je možné ďalej rozšíriť pomocou modifikačných techník.

LDPE (polyetylén s nízkou hustotou) má vysoký stupeň rozvetvenia, nízku kryštalinitu, vynikajúcu flexibilitu, transparentnosť a tekutosť pri spracovaní. Má široký rozsah indexov tavenia a je vhodný na vyfukovanie fólií (ako sú vrecká na konzervovanie potravín a plastové fólie), vstrekovanie malých výrobkov (ako sú hračky a uzávery fliaš) a extrúzne povlaky. Jeho pevnosť je však relatívne nízka a odolnosť voči rozpúšťadlám je mierne nízka.

HDPE (polyetylén s vysokou hustotou) má vysokú kryštalinitu, silnú tuhosť, lepšiu pevnosť v ťahu, tvrdosť a teplotnú odolnosť ako LDPE. Má vynikajúcu chemickú odolnosť voči korózii a je vhodný na výrobu dutých nádob (ako sú fľaše na minerálnu vodu a chemické sudy), potrubí (ako sú vodovodné a plynové potrubia), dosiek a ťažkých baliacich fólií. Spracovanie HDPE má nízku tekutosť a vyžaduje vyššie teploty spracovania.

LLDPE (lineárny polyetylén s nízkou hustotou) vyvažuje flexibilitu a pevnosť vďaka svojej štruktúre s krátkym reťazcom, s vynikajúcou odolnosťou proti roztrhnutiu, prepichnutiu a praskaniu v dôsledku napätia. Má vynikajúce pevnostné vlastnosti v ťahu a používa sa hlavne na výrobu strečových fólií (ako sú baliace fólie), poľnohospodárskych fólií, ťažkých baliacich fólií a vstrekovaných výrobkov. Často sa mieša s LDPE na zlepšenie vlastností fólie.

Technológia modifikácie je kľúčom k zlepšeniu výkonu PE: Modifikácia zosieťovaním využíva chemické alebo fyzikálne metódy na vytvorenie sieťovej štruktúry molekulárnych reťazcov, čím sa zvyšuje tepelná odolnosť, odolnosť voči rozpúšťadlám a mechanická pevnosť a používa sa na izolačné vrstvy v teplovodných potrubiach a kábloch; Pridávanie modifikovaných plnív, ako je uhličitan vápenatý a mastenec, na zníženie nákladov a zlepšenie tuhosti a rozmerovej stability; Zlepšenie modifikovaných kompozitných sklenených vlákien, uhlíkových vlákien atď. na zlepšenie pevnosti a modulu, používaných na konštrukčné komponenty; Funkčná modifikácia dodáva antibakteriálne, spomaľovacie, antistatické a ďalšie vlastnosti, ktoré sa rozširujú do medicínskej, elektronickej a iných oblastí.

4. Rozmanité oblasti použitia PE

PE sa vďaka svojmu rozmanitému výkonu a nízkym nákladom široko používa v balení, poľnohospodárstve, priemysle, každodenných potrebách a ďalších oblastiach, čím podporuje fungovanie modernej spoločnosti.

Obalenský priemysel je najväčším trhom s aplikáciami PE, pričom LDPE fólia dominuje v balení potravín, ako sú vrecká na uchovávanie čerstvých potravín a vrecká na chlieb, ktoré sú priehľadné, mäkké a majú dobré tesniace vlastnosti; pevné nádoby vyrobené z HDPE, ako sú detské fľaše a fľaše na pracie prostriedky, sú odolné voči nárazom a bariéram, vhodné na balenie tekutín; strečová fólia LLDPE sa vďaka svojej vysokej rozťažnosti používa na logistické navíjanie a balenie, aby sa znížili straty pri preprave; penový materiál PE (ako napríklad perleťová bavlna) je ľahký a tlmí nárazy a používa sa na balenie elektronických výrobkov a presných prístrojov.

V poľnohospodárstve PE fólia udržiava vlhkosť, zvyšuje teplotu a podporuje rast plodín. LDPE fólia má dobrú flexibilitu a ľahko sa inštaluje, zatiaľ čo LLDPE fólia je odolná voči prepichnutiu a má dlhú životnosť; PE fólia do skleníkov pre priepustnosť svetla a izoláciu, stavbu skleníkov; PE sieťované vrecia sa používajú na balenie ovocia a zeleniny, sú priedušné a odolné voči vlhkosti.

V priemyselnej oblasti sa HDPE rúry široko používajú na zásobovanie vodou v mestách, prepravu plynu a vypúšťanie priemyselných odpadových vôd vďaka svojej chemickej odolnosti voči korózii, nízkej odolnosti voči tekutinám a jednoduchej inštalácii; Výroba skladovacích nádrží, obložení a antikoróznych zariadení s použitím PE dosiek; Izolačná vrstva zosieťovaného PE káblov má dobrú elektrickú izoláciu a odolnosť voči starnutiu, čím zaisťuje bezpečnosť prenosu energie.

V oblasti denných potrieb sú PE výrobky všadeprítomné: vstrekované výrobky, ako sú plastové vedrá, umývadlá a hračky, sú ľahké a odolné; PE vlákno (polypropylén) sa používa na výrobu rybárskych sietí, filtračných tkanín a kobercov, ktoré sú odolné voči opotrebovaniu a poveternostným vplyvom; Pena PE (ako sú papuče, podložky na jogu) je mäkká a pohodlná s dobrým tlmiacim účinkom.

V medicíne sa na výrobu infúznych vakov, krytov striekačiek atď. používa PE potravinárskej kvality. Je netoxický a chemicky stabilný a možno ho sterilizovať parou; PE fólia sa používa na chirurgické plášte a baliace fólie na blokovanie baktérií a zabezpečenie priedušnosti.

5. Trendy ochrany životného prostredia a rozvoja PE

Ochrana životného prostredia z PE získala pozornosť a hoci čelí výzve znečistenia životného prostredia d"bielym farbivom d", smeruje k udržateľnému rozvoju prostredníctvom recyklácie a inovácií v oblasti zelených technológií.

Systém recyklácie PE je relatívne vyspelý, pričom hlavnou metódou je fyzická recyklácia: odpadový PE sa triedi, čistí, drví, taví a granuluje a recyklovaný PE sa používa na výrobu odpadkových košov, recyklovaných fólií, plastových misiek atď. Chemická recyklácia rozkladá PE na nízkomolekulárne uhľovodíky, ktoré sa môžu použiť ako palivo alebo chemické suroviny a majú výhody pri spracovaní zložitého odpadu. Globálna miera recyklácie PE sa postupne zvyšuje a podpora politík a technologický pokrok pomáhajú podporovať obehové hospodárstvo.

Bio PE je smer zeleného vývoja, ktorý využíva etylén vyrobený fermentáciou biomasy (ako je cukrová trstina a kukurica) ako surovinu. Jeho uhlíková stopa je nižšia ako u PE na báze ropy a biologicky odbúrateľné varianty PE (ako je PE s pridanými degradačnými látkami) sa môžu prirodzene rozkladať v špecifických prostrediach, čím sa znižuje dlhodobé znečistenie.

Budúci vývoj PE sa zameriava na tri smery: vysokovýkonný vývoj prostredníctvom molekulárneho dizajnu a kompozitných technológií, vývoj PE s vysokým modulom pružnosti, odolného voči vysokým a nízkym teplotám a rozširovanie inžinierskych aplikácií; funkčný výskum a vývoj antibakteriálneho PE s inteligentnou odozvou (ako je napríklad teplotne citlivá degradácia) na splnenie potrieb najvyššej kvality; nízka karbonizácia podporuje industrializáciu biosurovín a chemickú recykláciu, buduje slučku výroby, spotreby a regenerácie a kombinuje ľahkú konštrukciu na zníženie spotreby materiálu.

PE, ako základný univerzálny plast, podporuje rozvoj viacerých oblastí vďaka svojim vynikajúcim vlastnostiam. Tvárou v tvár environmentálnym výzvam, prostredníctvom recyklácie a zelených inovácií, PE dosiahne udržateľný rozvoj a zároveň si zachová praktickosť, čím poskytne kľúčovú materiálnu podporu pre zelenú a nízkouhlíkovú spoločnosť.