PE plastična surovina

PE surovine: univerzalne plastike z lastnostmi, proizvodnjo in raznoliko uporabo

PE (polietilen) je termoplastična smola, polimerizirana iz etilenskih monomerov. Kot največja plastika za splošno uporabo na svetu je od industrializacije v tridesetih letih prejšnjega stoletja prodrla v različna področja proizvodnje in življenja zaradi svoje odlične celovite učinkovitosti, nizkih stroškov in široke uporabnosti. Od vsakodnevnih nakupovalnih vrečk do industrijskih cevovodov, od embalaže za živila do kmetijske folije, je PE s svojimi edinstvenimi prednostmi postal nepogrešljiv osnovni material v sodobni družbi in spodbuja razvoj industrije polimernih materialov.

1. Molekularna struktura in ključne značilnosti PE

Molekularna struktura PE je sestavljena iz linearnih ali razvejanih ogljikovo-vodikovih verig s ponavljajočimi se enotami -CH₂-CH₂-. Pravilnost in stopnja razvejanosti molekularnih verig določata njihove razlike v delovanju. Glede na molekularno strukturo ga lahko razdelimo na polietilen nizke gostote (LDPE), polietilen visoke gostote (HDPE) in linearni polietilen nizke gostote (LLDPE).

Molekularna veriga LDPE ima visoko stopnjo razvejanosti in nizko kristaliničnost (50 % -60 %), kar ji daje dobro prožnost in prosojnost, z gostoto 0,91–0,925 g/cm³, mehak otip, odlično odpornost na nizke temperature in lahko vzdržuje žilavost pri -60 ℃. HDPE ima visoko pravilnost molekularne verige, s kristaliničnostjo 80 % -95 % in gostoto 0,941–0,965 g/cm³. Ima močno togost, visoko trdnost ter boljšo trdoto in odpornost proti obrabi kot LDPE, vendar nekoliko manjšo prožnost. LLDPE tvori kratke razvejane verige s kopolimerizacijo etilena in alfa olefinov, ki združujejo prožnost LDPE s trdnostjo HDPE, z izjemno odpornostjo proti trganju in prebadanju.

PE kot celota ima odlične lastnosti: ima dobro kemijsko stabilnost, je odporen na kisline, alkalije, soli in večino organskih topil ter pri sobni temperaturi ne reagira z drugimi snovmi razen z močnimi oksidanti; odlična električna izolacija, nizka dielektrična konstanta, primeren za izolacijske plasti žic in kablov; dobra predelovalna zmogljivost, lahko se oblikuje s postopki, kot so pihanje, brizganje, ekstruzija itd., in ima širok temperaturni razpon obdelave in nizko porabo energije; ni strupen in brez vonja, v skladu s standardi za stik z živili, se pogosto uporablja v embalaži za živila. Vendar ima PE omejeno temperaturno odpornost in se običajno uporablja pri temperaturah od -40 do 60 ℃. Je nagnjen k oksidaciji in staranju, zato ga je treba izboljšati z dodajanjem antioksidantov.

2. Proizvodni proces in viri surovin za PE

Proizvodnja PE uporablja etilen kot osnovno surovino, ki večinoma izvira iz krekinga nafte (kreking nafte) in predelave zemeljskega plina (dehidrogenacija etana). V zadnjih letih se biološki etilen proizvaja s tehnologijo fermentacije biomase, kar ponuja možnosti za okolju prijaznejši PE. Proizvodni proces je glede na tlak razdeljen na visokotlačno metodo, srednjotlačno metodo in nizkotlačno metodo, kar ustreza različnim vrstam PE.

Visokotlačna metoda se uporablja predvsem za proizvodnjo LDPE, ki nastane s polimerizacijo prostih radikalov etilenskega monomera pri 100–300 MPa in 150–300 ℃ z uporabo kisika ali peroksida kot iniciatorja. Visokotlačno okolje povzroči veliko število razvejanih molekularnih verig, kar tvori izdelke z nizko gostoto in visoko prožnostjo. Ta postopek ima visoko porabo energije, vendar je čistost izdelka visoka, zaradi česar je primeren za področja, kot so tanki filmi.

Za proizvodnjo HDPE in LLDPE se uporablja nizkotlačna metoda (vključno s srednjetlačno metodo) z uporabo katalizatorja Ziegler-Natta ali metalocenskega katalizatorja in polimerizacijo v pogojih 0,1–5 MPa in 60–100 ℃. Nizkotlačno okolje zmanjšuje razvejanje in tvori HDPE z visoko kristaliničnostjo; z dodajanjem alfa olefinov (kot sta buten in heksen) za kopolimerizacijo nastane LLDPE. Nizkotlačna metoda ima nizko porabo energije in visoko učinkovitost katalizatorja ter je trenutno glavni postopek, ki lahko natančno nadzoruje molekulsko maso in gostoto izdelkov.

Talina PE, pridobljena po polimerizaciji, se ekstrudira in granulira v granulirane surovine, dodatki, kot so antioksidanti, maziva in barvila, pa se dodajo glede na povpraševanje, da se izboljša učinkovitost obdelave in odpornost na vremenske vplive. Izbira dodatkov mora ustrezati zahtevam scenarija uporabe, pri PE živilske kakovosti pa so vrste in vsebnost dodatkov strogo omejene.

3、 Tehnologija klasifikacije in modifikacije PE

PE lahko glede na gostoto in strukturo razdelimo v tri kategorije, vsaka s svojimi značilnostmi in ustreznimi scenariji. Meje delovanja je mogoče dodatno razširiti s tehnikami modifikacije.

LDPE (polietilen nizke gostote) ima visoko stopnjo razvejanosti, nizko kristaliničnost, odlično fleksibilnost, prosojnost in pretočnost pri obdelavi. Ima širok razpon talilnih indeksov in je primeren za folije za pihanje (kot so vrečke za konzerviranje hrane in plastične folije), brizganje majhnih izdelkov (kot so igrače in pokrovčki za steklenice) in ekstruzijske premaze. Vendar je njegova trdnost relativno nizka, odpornost na topila pa nekoliko slaba.

HDPE (polietilen visoke gostote) ima visoko kristaliničnost, močno togost, boljšo natezno trdnost, trdoto in temperaturno odpornost kot LDPE. Ima izjemno kemično odpornost proti koroziji in je primeren za izdelavo votlih posod (kot so steklenice za mineralno vodo in kemični sodi), cevovodov (kot so cevi za oskrbo z vodo in plinske cevi), plošč in težkih embalažnih folij. Predelava HDPE ima slabo pretočnost in zahteva višje temperature obdelave.

LLDPE (linearni polietilen nizke gostote) s svojo kratkoverižno strukturo uravnava prožnost in trdnost, z odlično odpornostjo na trganje, prebadanje in razpoke zaradi napetosti. Ima izjemne natezne lastnosti in se uporablja predvsem za raztegljive folije (kot so ovojne folije), kmetijske folije, težke embalažne folije in izdelke, brizgane z brizganjem. Pogosto se meša z LDPE za izboljšanje učinkovitosti folije.

Tehnologija modifikacije je ključ do izboljšanja učinkovitosti PE: modifikacija z zamreženjem uporablja kemične ali fizikalne metode za oblikovanje mrežne strukture molekularnih verig, kar poveča odpornost na toploto, odpornost na topila in mehansko trdnost ter se uporablja za izolacijske plasti v ceveh in kablih za toplo vodo; dodajanje modificiranih polnil, kot sta kalcijev karbonat in smukec v prahu, za zmanjšanje stroškov ter izboljšanje togosti in dimenzijske stabilnosti; izboljšanje modificiranih kompozitnih steklenih vlaken, ogljikovih vlaken itd. za izboljšanje trdnosti in modula, ki se uporabljajo za strukturne komponente; funkcionalna modifikacija daje antibakterijske, ognjevarne, antistatične in druge lastnosti, ki se širijo na medicino, elektroniko in druga področja.

4. Raznolika področja uporabe PE

PE se zaradi svoje raznolike učinkovitosti in nizkih stroškov pogosto uporablja v embalaži, kmetijstvu, industriji, vsakodnevnih potrebščinah in drugih področjih, kar podpira delovanje sodobne družbe.

Embalažna industrija je največji trg za PE, pri čemer prevladuje LDPE folija pri embalaži za živila, kot so vrečke za shranjevanje svežih živil in vrečke za kruh, ki so prozorne, mehke in imajo dobre tesnilne lastnosti; trdne posode iz HDPE, kot so otroške stekleničke in stekleničke za detergente, so odporne na udarce in pregrade, primerne za embalažo tekočin; raztegljiva folija LLDPE se zaradi svoje močne raztegljivosti uporablja za logistično navijanje embalaže za zmanjšanje izgub pri transportu; penasti material PE (kot je biserni bombaž) je lahek in blaži udarce ter se uporablja za pakiranje elektronskih izdelkov in preciznih instrumentov.

V kmetijstvu PE folija ohranja vlago, zvišuje temperaturo in spodbuja rast pridelkov. LDPE folija ima dobro prožnost in jo je enostavno položiti, LLDPE folija pa je odporna proti prebadanju in ima dolgo življenjsko dobo; PE folija za rastlinjake za prenos svetlobe in izolacijo, gradnjo rastlinjakov; PE mrežaste vrečke se uporabljajo za pakiranje sadja in zelenjave, so zračne in odporne na vlago.

V industriji se HDPE cevi pogosto uporabljajo za oskrbo z vodo v občinah, transport plina in odvajanje industrijskih odpadnih voda zaradi svoje kemične odpornosti proti koroziji, nizke odpornosti na tekočine in enostavne namestitve; Izdelava rezervoarjev za shranjevanje, oblog in protikorozijske opreme z uporabo PE plošč; Zamrežena PE izolacijska plast kablov ima dobro električno izolacijo in odpornost proti staranju, kar zagotavlja varnost prenosa energije.

Na področju vsakodnevnih potrebščin so izdelki iz PE povsod: izdelki, izdelani z brizganjem, kot so plastična vedra, umivalniki in igrače, so lahki in trpežni; PE vlakna (polipropilen) se uporabljajo za izdelavo ribiških mrež, filtrirnih tkanin in preprog, ki so odporne proti obrabi in vremenskim vplivom; Pena iz PE (kot so copati, podloge za jogo) je mehka in udobna ter ima dobro blažilno delovanje.

V medicini se PE živilske kakovosti uporablja za izdelavo infuzijskih vrečk, pokrovčkov za brizge itd. Je nestrupen in kemično stabilen ter ga je mogoče sterilizirati s paro; PE folija se uporablja za kirurške obleke in embalažne folije za blokiranje bakterij in zagotavljanje zračnosti.

5. Trendi varstva okolja in razvoja PE

Varstvo okolja iz polietilena (PE) je deležno pozornosti in čeprav se sooča z izzivom belega onesnaževanja (d"), se z recikliranjem in inovacijami zelenih tehnologij premika proti trajnostnemu razvoju.

Sistem recikliranja PE je relativno zrel, pri čemer je glavna metoda fizično recikliranje: odpadni PE se sortira, čisti, zdrobi, topi in granulira, reciklirani PE pa se uporablja za izdelavo smetnjakov, recikliranih folij, plastičnih pladnjev itd. Kemično recikliranje razgradi PE na ogljikovodike z majhnimi molekulami, ki se lahko uporabljajo kot gorivo ali kemične surovine in imajo prednosti pri predelavi kompleksnih odpadkov. Svetovna stopnja recikliranja PE se postopoma povečuje, spodbujanje politik in tehnološki napredek pa prispevata k spodbujanju krožnega gospodarstva.

Biorazgradljivi PE je zelena razvojna smer, ki kot surovino uporablja etilen, proizveden s fermentacijo biomase (kot sta sladkorni trs in koruza). Njegov ogljični odtis je manjši kot pri PE na osnovi nafte, biorazgradljive različice PE (kot je PE z dodanimi pomožnimi sredstvi za razgradnjo) pa se lahko naravno razgradijo v določenih okoljih, kar zmanjšuje dolgoročno onesnaževanje.

Prihodnji razvoj PE se osredotoča na tri smeri: visokozmogljiv razvoj z molekularnim načrtovanjem in kompozitno tehnologijo, razvoj visokomodularnega, visoko- in nizkotemperaturnega PE ter širitev inženirskih aplikacij; funkcionalne raziskave in razvoj antibakterijskega in inteligentno odzivnega (kot je temperaturno občutljiva razgradnja) PE za zadovoljevanje potreb visokega cenovnega razreda; nizka ogljičnost spodbuja industrializacijo bioloških surovin in kemično recikliranje, gradi zanko proizvodnje, porabe in regeneracije ter združuje lahko zasnovo za zmanjšanje porabe materiala.

PE kot osnovna univerzalna plastika s svojo odlično zmogljivostjo podpira razvoj več področij. Soočen z okoljskimi izzivi bo PE z recikliranjem in zelenimi inovacijami dosegel trajnostni razvoj, hkrati pa ohranil praktičnost in zagotovil ključno materialno podporo za zeleno in nizkoogljično družbo.