Polyethylen (PE) patří do skupiny polyolefinů, které jsou nejběžnějším typem polymerů získaných polymerací a kopolymerací nenasycených uhlovodíků (ethylen, propylen, butylen a další alfa-olefiny). Chemická struktura molekuly polyethylenu je jednoduchá a je to řetězec atomů uhlíku, z nichž každý je připojen ke dvěma molekulám vodíku.
Vlastnosti polyethylenu závisí na použité metodě polymerace. Norma ISO 1872 klasifikuje polyethylen podle hustoty a indexu toku taveniny (MFR). V Rusku je polyethylen klasifikován podle ST SEV 3659-82.
V závislosti na technologii polymerace etylenu má polyethylen různou hustotu a dělí se na polyethylen s nízkou hustotou (LDPE), polyethylen s vysokou hustotou (HDPE), lineární polyethylen s nízkou hustotou (LLDPE) atd.
Low-polyetylen (LDPE) se vyrábí za vysokého tlaku od 1000 do 3000 atmosfér polymerací s přídavkem ethylenového radikálu při teplotě 150 až 275 °C, kde je iniciátorem kyslík. V Rusku se často používá zastaralá zkratka – PVD, což znamená, že polyetylen byl vyroben za vysokého tlaku.
HDPE (HDPE) se vyrábí polymerací ethylenu při nízkém tlaku od 1 do 50 barů nebo při středním tlaku od 30 do 40 atmosfér a teplotě od 85° do 180°C za použití katalyzátorů Ziegler-Natta (oxid chrómu nebo oxidu hlinitého) a organického rozpouštědla ( aniontová polymerace). V Rusku se často používá zastaralá zkratka – PND, což znamená, že polyethylen byl vyroben při nízkém tlaku.
Lineární polyetylén s nízkou hustotou (LLDPE) se získává na zařízení pro syntézu LDPE za použití vysoce výkonných katalytických systémů, polymerací ethylenu při tlaku 30-40 atmosfér a teplotě asi 150 °C.
Poměrně nedávno se používá technologie, která využívá tzv. metalocenové (PE-M) katalyzátory, které umožňují dosáhnout vyšší molekulové hmotnosti polymeru, což napomáhá ke zvýšení pevnosti produktu.
Chemické a fyzikální vlastnosti polyethylenu
Polyethylen [–CH2-CH2–]n existuje ve dvou modifikacích, které se liší strukturou a vlastnostmi. Obě modifikace se získají z ethylenu CH2=CH2. V jedné formě jsou monomery spojeny v lineárních řetězcích se stupněm polymerace (DP) typicky 5000 nebo více, a v druhé formě je 4-6 uhlíkových větví náhodně připojeno k hlavnímu řetězci. Lineární polyethyleny se vyrábějí pomocí speciálních katalyzátorů, polymerace probíhá při mírných teplotách (do 150 0C) a tlacích (do 20 atm.).
Polyetylen je termoplastický polymer, neprůhledný v silné vrstvě, krystalizuje v rozmezí teplot od minus 60 °C. Je smáčen vodou, při pokojové teplotě se nerozpouští v organických rozpouštědlech a při teplotách nad 80 °C nejprve bobtná a poté se rozpouští v aromatických uhlovodících a jejich halogenderivátech.
PE je odolný vůči působení vodných roztoků solí, kyselin, zásad, ale při teplotách nad 60°C jej rychle ničí kyselina sírová a dusičná. Krátkodobé ošetření PE oxidačním činidlem (například směsí chrómu) vede k povrchové oxidaci a smáčení vodou, polárními kapalinami a lepidly. V tomto případě lze lepit PE výrobky.
LDPE, HDPE a LLDPE se liší svou strukturou a vlastnostmi a používají se pro různé úkoly. LDPE je měkčí, zatímco HDPE a LLDPE mají tuhou strukturu. Rozdíly se také objevují v hustotě, bodu tání, tvrdosti a pevnosti.
Srovnávací charakteristiky LDPE a HDPE
Polyetylénové
Molekulová hmotnost, g/mol
Hustota, g / cm3
Teplota tání 0 °C
Modul pružnosti, MPa
V rast., MPa
Relativní prodloužení, %
Nízká hustota (vysoký tlak)
vysoká hustota (nízký tlak)
Spolu s krystalickou fází existuje vždy amorfní fáze obsahující nedostatečně uspořádané oblasti makromolekul. Poměr těchto fází závisí na způsobu získání PE a na podmínkách jeho krystalizace. Určuje také vlastnosti polymeru. LDPE fólie jsou 5-10x propustnější než HDPE fólie.
Mechanické vlastnosti PE se zvyšují s rostoucí hustotou (stupeň krystalinity) a molekulovou hmotností. Ve formě tenkých filmů má PE (zejména polymer s nízkou hustotou) větší pružnost a určitou průhlednost a ve formě listů se stává tužším a neprůhledným.
Polyetylen je odolný proti nárazu. Mezi nejdůležitější vlastnosti polyethylenu lze zaznamenat mrazuvzdornost. Lze je provozovat při teplotách od -70°C do 60°C (LDPE) a až 100°C (HDPE), některé druhy si zachovávají své cenné vlastnosti i při teplotách pod -120°C.
Významnou nevýhodou polyethylenu je jeho rychlé stárnutí, které se zastavuje pomocí speciálních přísad – antioxidantů (fenoly, aminy, saze). LDPE má vyšší rychlost toku taveniny než HDPE, takže jej lze snadněji zpracovat na produkty.
Podle elektrických vlastností PE se jako nepolární polymer řadí mezi kvalitní vysokofrekvenční dielektrika, dielektrická konstanta a tangens dielektrických ztrát se mění málo se změnami frekvence elektrického pole, teplota v rozmezí od minus 80 °C do 100 °C a vlhkosti. Zbytky katalyzátoru v HDPE však zvyšují tečnu dielektrických ztrát, zejména při změnách teploty, což vede k určitému zhoršení izolačních vlastností.
Aplikace polyethylenu
Polyethylen s vysokou hustotou (HDPE)
HDPE má tepelnou odolnost některých stupňů až do 110 °С a umožňuje ochlazení až na –80 °С. Teplota tání těchto druhů je 120–135 °C a teplota skelného přechodu je asi –20 °C. HDPE poskytuje lesklý povrch a vyznačuje se dobrou odolností proti nárazu a vyšší tepelnou odolností než LDPE.
Vlastnosti HDPE jsou vysoce závislé na hustotě materiálu. Zvýšení hustoty vede ke zvýšení pevnosti, tuhosti, tvrdosti a chemické odolnosti. Současně se zvýšením hustoty klesá odolnost proti nárazu při nízkých teplotách, tažnost při přetržení a propustnost pro plyny a páry.
HDPE vykazuje vysoké tečení při dlouhodobém zatížení. Má velmi vysokou chemickou odolnost (vyšší než LDPE) a vynikající dielektrické vlastnosti. Biologicky inertní. Snadno zpracované.
Charakteristika sortimentu značky HDPE
(minimální a maximální hodnoty pro průmyslové jakosti)
Ukazatele, (v 23 ° C)
Hodnoty pro nevyplněné značky
Vysokohustotní polyethylen se používá především pro výrobu nádob a obalů. V zahraničí se asi třetina vyrobeného polymeru používá na výrobu nádob vyfukováním (nádoby na potravinářské výrobky, parfémy a kosmetiku, automobilovou a domácí chemii, palivové nádrže a sudy).
Zároveň je třeba poznamenat, že ve srovnání s jinými oblastmi roste použití HDPE pro výrobu obalových fólií rychlejším tempem. HDPE se také používá při výrobě trubek a potrubních dílů, kde se využívají takové výhody materiálu, jako je odolnost (životnost – 50 let), snadné svařování na tupo, nízká cena (v průměru o 30 % nižší ve srovnání s kovovými trubkami).
Polyethylen s nízkou hustotou (LDPE)
Nízkohustotní polyetylén je tepelně odolný do 60°C bez zatížení (u některých jakostí až 90°C) a umožňuje chlazení různých jakostí v rozsahu od -45 do -120°C).
Vlastnosti LDPE jsou vysoce závislé na hustotě materiálu. Zvýšení hustoty vede ke zvýšení pevnosti, tuhosti, tvrdosti a chemické odolnosti. Současně se zvýšením hustoty klesá rázová houževnatost při nízkých teplotách, tažnost při přetržení, odolnost proti praskání a propustnost pro plyny a páry. LDPE je náchylný k praskání pod napětím a není rozměrově stálý.
LDPE má vynikající dielektrické vlastnosti, má velmi vysokou chemickou odolnost, není odolný vůči tukům, olejům, není odolný vůči UV záření, má vysokou radiační odolnost a je biologicky inertní. Snadno zpracované.
Charakteristika sortimentu značky LDPE
Indikátory, (při 23 °С)
Hodnoty pro nevyplněné značky
Nízkohustotní polyethylen se používá hlavně při výrobě potravinářských, technických, zemědělských fólií a pro izolaci potrubí. V posledních letech v zahraničí nejaktivněji roste objem spotřeby LDPE a výroba lineárního nízkohustotního polyetylenu, který v řadě zahraničí LDPE do značné míry vytlačil z hlavních segmentů trhu.
Lineární polyetylén s nízkou hustotou (LLDPE)
LLDPE má tepelnou odolnost do 118 °C a větší odolnost proti praskání, rázovou houževnatost a tepelnou odolnost než nízkohustotní polyethylen (LDPE), biologicky inertní. LLDPE poskytuje menší deformaci a větší rozměrovou stabilitu než LDPE. Snadno zpracované.
Charakteristika sortimentu značky
Ukazatele, (v 23 ° C)
Hodnoty pro nevyplněné značky
Struktura spotřeby polyetylénu
Komplex fyzikálně-mechanických, chemických a dielektrických vlastností polyethylenu určuje jeho spotřebitelské vlastnosti a umožňuje jeho široké využití v mnoha průmyslových odvětvích (kabelové, radiotechnické, chemické, světelné, lékařství atd.).
Kabel s polyetylenovou izolací má výhody oproti kabelu s pryžovou izolací. Je lehčí, pružnější a má větší elektrickou pevnost. Drát potažený tenkou vrstvou polyethylenu může mít vrchní vrstvu z měkčeného polyvinylchloridu, který tvoří dobrou mechanickou ochranu proti poškození.
Při výrobě kabelů se používá LDPE zesíťovaný malým množstvím (1-3 %) organických peroxidů nebo ozářený rychlými elektrony.
Filmy a listy. Fólie a desky mohou být vyrobeny z PE libovolné hustoty. Při výrobě tenkých a elastických fólií se více používá LDPE.
Fólie se vyrábějí dvěma způsoby: vytlačováním roztaveného polymeru prstencovou štěrbinou s následným vyfukováním nebo vytlačováním plochou štěrbinou s následným tažením. Vyrábějí se o tloušťce 0,03-0,30 mm, šířce až 1400 mm (v některých případech až 10 m) a délce až 300 m.
Kromě tenkých fólií se z PE vyrábí plechy o tloušťce 1-6 mm a šířce do 1400 mm, používají se jako obkladový a elektroizolační materiál a vakuovým tvářením se zpracovávají na technické a domácí výrobky.
Většina výrobků LDPE slouží jako obalový materiál, konkuruje jiným fóliím (celofán, PVC, PVC, PVC, polyethylentereftalát, polyvinylalkohol atd.), menší část se používá pro výrobu různých výrobků (sáčky, tašky, podšívky pro krabice, krabice a jiné typy kontejnerů).
Fólie se široce používají pro balení mraženého masa a drůbeže, při výrobě balónků a balónků pro meteorologická a jiná studia horních vrstev atmosféry a pro ochranu ropovodů a plynovodů před korozí. V zemědělství se průhledná fólie používá jako náhrada skla ve sklenících a sklenících. Černá fólie se používá k pokrytí půdy za účelem uchování tepla při pěstování zeleniny, ovoce a bobulovin a luštěnin, dále k obložení silážních jam, dna nádrží a kanálů. Stále více se plastová fólie používá jako materiál na střechy a stěny při stavbě skladovacích zařízení, zemědělských strojů a dalších zařízení.
Z plastové fólie se vyrábí domácí potřeby: pláštěnky, ubrusy, závěsy, ubrousky, zástěry, šátky atd. Fólii lze jednostranně nanést na různé materiály: papír, látku, celofán, kovovou fólii.
Vyztužená polyetylenová fólie je odolnější než běžná fólie stejné tloušťky. Materiál se skládá ze dvou fólií, mezi nimiž jsou výztužné nitě ze syntetických nebo přírodních vláken nebo vzácné skleněné tkaniny.
Ubrusy jsou vyrobeny z velmi tenkých vyztužených fólií, stejně jako fólie pro skleníky; ze silnějších fólií – sáčků a obalového materiálu. Vyztuženou fólii vyztuženou vzácnou skelnou tkaninou lze použít k výrobě ochranných oděvů a použít jako podšívkový materiál pro různé nádoby.
Na bázi PE fólií lze vyrobit lepicí (adhezivní) fólie nebo pásky vhodné pro opravy kabelových vedení vysokofrekvenční komunikace a pro ochranu ocelových podzemních potrubí před korozí. Polyetylenové fólie a pásky s adhezivní vrstvou obsahují na jedné straně vrstvu nízkomolekulárního polyisobutylenu, někdy ve směsi s butylkaučukem. Vyrábějí se o tloušťce 65-96 mikronů, šířce 80-I50 mm.
LDPE a HDPE se také používají k ochraně kovových výrobků před korozí. Ochranná vrstva se nanáší plamenem a vířivým nástřikem.
Polyetylenové trubky. Ze všech typů plastů našel PE největší uplatnění pro výrobu extruzí a odstředivého lití trubek, vyznačující se lehkostí, odolností proti korozi, nízkou odolností vůči pohybu tekutiny, snadnou instalací, flexibilitou, mrazuvzdorností a snadností svařování.
Kontinuální metodou se vyrábí trubky libovolné délky s vnitřním průměrem 6-300 mm a tloušťkou stěny 1,5-10 mm. Polyetylenové trubky malého průměru jsou navinuty na bubnech. Vstřikováním se vyrábí tvarovky pro trubky, které zahrnují kolenové trubky ohnuté pod úhlem 45 a 90 stupňů; T-kusy, spojky, kříže, odbočky. Odstředivým litím se vyrábí trubky velkého průměru (až 1600 mm) s tloušťkou stěny do 25 mm.
Polyetylenové trubky se pro svou chemickou odolnost a elasticitu používají k dopravě vody, roztoků solí a zásad, kyselin, různých kapalin a plynů v chemickém průmyslu, k výstavbě vnitřních a vnějších vodovodních sítí, v zavlažovacích systémech a sprinklerových zařízeních. .
LDPE trubky mohou pracovat při teplotách do 60 0C a od HDPE – do 100 0C. Takové trubky se nezhroutí při nízkých teplotách (až – 60 0С) a když voda zamrzne; nepodléhají půdní korozi.
Vyfukované a lisované výrobky. Z polyetylenových fólií získaných vytlačováním nebo lisováním lze vyrábět různé výrobky lisováním, ohýbáním podle vzoru nebo vakuovým tvarováním. Z polyetylenového prášku lze vyrobit i velkorozměrové výrobky (čluny, vany, nádrže atd.) slinováním na vyhřáté formě. Jednotlivé části výrobků lze svařovat proudem horkého vzduchu ohřátým až na 250 0C.
Ventily, uzávěry, nádoby, části ventilátorů a čerpadel na kyseliny, míchadla, filtry, různé nádoby, kbelíky atd. lze vyrobit lisováním a svařováním.
Jednou z hlavních metod zpracování PE na výrobky je vstřikování. Polyetylenové lahve o objemu od 25 do 5000 ml, stejně jako nádobí, hračky, elektrotechnické výrobky, drátěné koše a krabice, jsou široce používány ve farmaceutickém a chemickém průmyslu.
Volba jednoho nebo druhého technologického postupu je určena především potřebou získat značkový sortiment s určitým souborem vlastností. Suspenzní metoda je vhodná pro výrobu potrubního polyetylénu a jakosti polyetylenu určených pro zpracování extruzí, jakož i pro výrobu vysokomolekulárního polyetylénu.
Zapojením technologií řešení se LPEND získává pro vysoce kvalitní obalové fólie, polyetylenové třídy pro výrobu produktů odléváním a rotačním lisováním. Metodou v plynné fázi se vyrábí značkový sortiment polyethylenu určený pro výrobu spotřebního zboží.
