Содержание

            Вступление……………………………………………………….3

1. Полиэтилен – общие сведения……………………………………..3

2. Строение полиэтилена………………………………………………5

3. Технологическая схема производства полиэтилена…………….5

4. Физико-химические и потребительские свойства, структура                 потребления, области применения полиэтилена………………..7

5. Проблема полиэтиленовых пакетов……………………………….11

6. Биоразлагаемые полиэтиленовые пакеты: шаг к решению               проблемы утилизации отходов……………………………………13

  Литература………………………………………………………. 

  Приложения…………………………………………………….. 

Вступление

    Сегодня нет практически ни одного предмета, окружающего нас и не содержащего  хоть малую долю полимерных веществ. Пластмасса, полиэтилен, полипропилен - современные, дешевые, относительно надежные и безопасные материалы, заполонившие собой мир. Но так было не всегда. Когда же началась эра полиэтилена, и каково было его развитие, мы и попытаемся выяснить в этом материале.

    Первые  попытки превратить газообразный этилен в высокомолекулярный состав были предприняты в 1884 году. Опыт был поставлен русским ученым Г.Г.Густавсоном, который применил метод полимеризации под воздействием бромистого алюминия. Однако полного эффекта он не достиг. В результате его опытов получались низкомолекулярные продукты, представляющие собой густую жидкость.

    Впервые полиэтилен был получен в 1936 году английским исследователем Е. Фосеттом и советским ученым А. И. Динцесом.

    В 1939 году в Англии полиэтилен использовался  при изготовлении кабеля с полиэтиленовой изоляцией. С 1940 года новый материал стали применять и для изоляции радиочастотных кабелей.

    В первое время полиэтилен производили  при очень высоком давлении 1500-3000 атмосфер и температуре 200° С. В  настоящее время новые, более  совершенные технологии позволяют  изготавливать полиэтилен при достаточно низком давлении, не превышающем несколько десятков атмосфер. Снизилась и температура, необходимая для производства до 100° С.

                                     1. Полиэтилен – общие сведения

    Полиэтилен – синтетический термопластичный неполярный полимер, принадлежащий к классу полиолефинов. Продукт полимеризации этилена. Твердое вещество белого цвета. Выпускается в форме полиэтилена низкого давления (полиэтилена высокой плотности), получаемого суспензионным методом полимеризации этилена при низком давлении  и полиэтилена высокого давления (полиэтилен низкой плотности), получаемого при высоком давлении полимеризацией этилена в трубчатых реакторах или реакторах с перемешивающим устройством с применением инициаторов радикального типа.

    Кроме того, существует несколько подклассов полиэтилена, отличающиеся от традиционных более высокими эксплуатационными характеристиками. В частности, сверхвысокомолекулярный полиэтилен, линейный полиэтилен низкой плотности, полиэтилен, получаемый на металлоценовых катализаторах, бимодальный полиэтилен.

    Как правило, полиэтилен выпускают в  виде стабилизированных гранул (рис.1.) диаметром 2-5 миллиметров в окрашенном и неокрашенном виде. Но возможен и промышленный выпуск полиэтилена в виде порошка.

                                 Рис. 1. Полиэтилен в гранулах 
 

2. Строение полиэтилена

    Полиэтилен  является продуктом полимеризации этилена, химическая формула которого C₂H₄. В процессе полимеризации происходит разрыв двойной связи этилена и образуется полимерная цепь, элементарное звено которой состоит из двух атомов углерода и четырех атомов водорода. 
В процессе полимеризации может происходить разветвление полимерной цепи, когда к растущей главной цепи сбоку присоединяется короткая полимерная группа.

    Разветвленность полимерной цепи препятствует плотной  упаковке макромолекул и приводит к образованию рыхлой аморфно-кристаллической структуры материала и, как следствие, к уменьшению плотности полимера и понижению температуры размягчения. Различная степень разветвленности полимерной цепи полиэтиленов высокого и низкого давления и определяет различие свойств этих материалов.

    Так у полиэтилена высокого давления разветвленность цепи 15-25 ответвлений на 1000 атомов углерода цепи, а у полиэтилена низкого давления – 3-6 на 1000 атомов углерода цепи. Соответственно, плотность, температуры плавления и размягчения, степень кристалличности у ПЭВД, который еще называют «полиэтиленом с разветвленной цепью», меньше, чем у ПЭНД, способ полимеризации которого обусловливает малую разветвленность.

    3. Технологическая схема производства полиэтилена

    На  первых производствах  ПЭНД приготовление каталитического комплекса проводилось периодическим способом. После выдерживания в течение определенного времени при необходимой температуре концентрированный каталитический комплекс разбавлялся растворителем до рабочей концентрации и непрерывно подавался дозировочным насосом или под давлением инертного газа в реактор.

    При непрерывном приготовлении каталитического  комплекса в аппарате-комплексообразователе должно быть обеспечено необходимое среднее время контакта  с соединением титана до разбавления образовавшегося катализатора разбавителем. Существуют различные конструкции аппаратов, приспособления и способы, позволяющие изменять среднее время контакта смешиваемых компонентов.

    При использовании первых промышленных каталитических систем механическое перемешивание реакционной массы практически было неприемлемо, так как в этом случае происходило обрастание полимером поверхности реактора, вала и лопастей мешалки. По этой же причине был неэффективен отвод тепла через охлаждаемые стенки реактора. 
Более технологичным является перемешивание полимеризационной массы газовым потоком этилена, барботирующего через суспензию полиэтилена в реакторе. При этом происходит и теплосъем, так как испарение растворителя приводит к охлаждению реакционной массы. Для увеличения интенсивности испарения производится принудительная циркуляция этилена и паров бензина через суспензию полимера в реакторе с помощью газодувки или компрессора.

    Готовый продукт подвергается гомогенизации  для усреднения его состава по молекулярной массе. В него в специальных смесителях могут вноситься добавки (стабилизаторы, красители, противокоррозионные добавки и др.), после чего ПЭ либо гранулируется и упаковывается, либо фасуется в виде порошка.

    Использованные  в процессе полимеризации и промывки растворитель и промывной агент подвергаются регенерации и возвращаются в цикл. 
При регенерации растворитель перегоняется с острым паром для отделения низкомолекулярных фракций ПЭ, частиц полимера, попавших из центрифуг, продуктов разложения катализатора, после чего подвергается азеотропной осушке. Аналогичным способом происходит регенерация промывного раствора.

     4. Физико-химические и потребительские свойства, структура потребления, области применения полиэтилена

     полиэтилен  давление

     Химическая  структура молекулы полиэтилена проста и представляет собою цепочку атомов углерода, к каждому из которых присоединены две молекулы водорода.

     Полиэтилен существует в двух модификациях, отличающихся по структуре, а значит, и по свойствам. Обе модификации получаются из этилена. В одной из форм мономеры связаны в линейные цепи со степенью полимеризации (СП) обычно 5000 и более; в другой – разветвления из 4–6 углеродных атомов присоединены к основной цепи случайным способом. Линейные полиэтилены производятся с использованием особых катализаторов, полимеризация протекает при умеренных температурах (до 150 С) и давлениях (до 20 атм.).

     Полиэтилен – термопластичный полимер, непрозрачен в толстом слое, кристаллизуется в диапазоне температур от минус 60°С до минус 369°С; не смачивается водой, при комнатной температуре не растворяется в органических растворителях, при температуре выше 80°С сначала набухает, а затем растворяется в ароматических углеводородах и их галогенопроизводных; ПЭ устойчив к действию водных растворов солей, кислот, щелочей, но при температурах выше 60°С серная и азотная кислоты быстро его разрушают. Кратковременная обработка ПЭ окислителем (например, хромовой смесью) приводит к окислению поверхности и смачиванию ее водой, полярными жидкостями и клеями. В этом случае изделия из ПЭ можно склеивать.

     Этилен  может быть полимеризован несколькими  способами, в зависимости от этого полиэтилен разделяют на: полиэтилен высокого давления (ПЭВД) или низкой плотности (ПЭНП); полиэтилен низкого давления (ПЭНД) или высокой плотности (ПЭВП); а также еще на линейный полиэтилен.

     ПЭВД  полимеризуется радикальным способом под давлением от 1000 до 3000 атмосфер и при температуре 180 градусов. Инициатором служит кислород.

     ПЭНД  полимеризуется при давлении не менее 5 атмосфер и температуре 80 градусов при помощи катализаторов Циглера-Натта и органического растворителя.

     Линейный  полиэтилен (есть еще название полиэтилен среднего давления) получают при 30–40 атмосферах и температуре около 150 градусов. Такой полиэтилен является как бы «промежуточным» продуктом между ПЭНД и ПЭВД, что касается свойств и качеств.

     Не  так давно начала применяться  технология, где используются так  называемые металлоценовые катализаторы. Смысл технологии заключается в том, что удается добиться более высокой молекулярной массы полимера, это, соответственно, увеличивает прочность изделия.

     По  своей структуре и свойствам (несмотря на то, что используется один и тот же мономер), ПЭВД, ПЭНД, линейный полиэтилен отличаются, и, соответственно, применяются для различных задач. ПЭВД мягкий материал, ПЭНД и линейный полиэтилен имеют жесткую структуру.

     Также отличия проявляются в плотности, температуре плавления, твердости, и прочности.

     Полиэтилен  ПНД (высокой плотности) применяется преимущественно для выпуска тары и упаковки. За рубежом примерно третья часть выпускаемого полимера используется для изготовления контейнеров выдувным формованием (емкости для пищевых продуктов, парфюмерно-косметических товаров, автомобильных и бытовых химикатов, топливных баков и бочек). При этом стоит отметить, что по сравнению с другими областями, опережающими темпами растет использование ПЭНД для производства упаковочных пленок. ПЭ НД находит также применение в производстве труб и деталей трубопроводов, где используются такие достоинства материала как долговечность (срок службы – 50 лет), простота стыковой сварки, дешевизна (в среднем на 30% ниже по сравнению с металлическими трубами).

     Полиэтилен  высокого давления.

     Другие  обозначения: PE-LD, PEBD (французское и испанское обозначение).

     Легкий  эластичный кристаллизующийся материал с теплостойкостью без нагрузки до 60°С (для отдельных марок до 90°С). Допускает охлаждение (различные марки в диапазоне от -45 до -120°С).

     Свойства  сильно зависят от плотности материала. Увеличение плотности приводит к повышению прочности, жесткости, твердости, химической стойкости. В то же время при увеличении плотности снижается ударопрочность при низких температурах, удлинение при разрыве, трещиностойкость, проницаемость для газов и паров. Склонен к растрескиванию при нагружении. Не отличается стабильностью размеров.

     Обладает  отличными диэлектрическими характеристиками. Имеет очень высокую химическую стойкость. Не стоек к жирам, маслам. Не стоек к ультра-фиолетовому излучению. Отличается повышенной радиационной стойкостью. Биологически инертен. Легко перерабатывается.

     Полиэтилен  низкой плотности используется в основном в производстве пищевых, технических, сельскохозяйственных пленок (рис. 2.) и для изоляции трубопроводов. В последние годы за рубежом наиболее активно растет объем потребления и производства линейного полиэтилена низкой плотности (рис. 3), который в ряде зарубежных стран в значительной степени вытеснил из основных сегментов рынка полиэтилен низкой плотности.

                                   Рис. 2. Полиетиленовая пленка

                              Рис.3 Вспененный полиэтилен

5. Проблема полиэтиленовых пакетов

    В наши дни различные полиэтиленовые пакеты стали неотъемлемой частью жизни современного человека. Многие люди во всех странах мира пользуются полиэтиленовыми пакетами в быту. Такая популярность пакетов обусловлена тем, что они исключительно удобны для транспортировки и хранения продуктов, а также защищают их от внешних воздействий. Но, в то же время, во многих странах мира начались обширные кампании по борьбе с использованием полиэтиленовых пакетов. Такая двойственность в отношении к этому продукту современной жизни ставит перед потребителями выбор. С одной стороны, полиэтиленовые пакеты - это дешево и удобно. С другой стороны, нужно думать о будущем планеты, экологии.

    Полиэтиленовые  пакеты, как и многие современные  продукты, были изобретены в США и вошли в обиход жителей этой страны еще в конце 80-х годов прошлого столетия. Поначалу в них упаковывали, в основном, хлеб, а затем им нашли более широкое применение. В удобные пакеты-майки стали упаковывать фрукты и овощи, предметы быта и одежду. Такое повсеместное использование было обусловлено рядом замечательных свойств полиэтиленовых пакетов: прочность, но при этом легкость самого пакета, низкая цена для потребителей и себестоимость для производителей, защита продуктов и вещей от загрязнений и влаги, удобство в процессе транспортировки, разнообразие вариантов изделий, их расцветок и форм ручек и многие другие качества.

    Но  сегодня полиэтиленовые пакеты - это  уже не только средство для транспортировки  продуктов, но и инструмент, с помощью  которого многие компании формируют свой имидж. Такое применение пакетам нашли сравнительно недавно. На Западе около 20 лет назад, в Украине - около 10. Глядя на триумфальное шествие рекламных или маркетинговых технологий для процветания бизнеса, отечественные компании стали перенимать зарубежный опыт. И использование полиэтиленовых пакетов для осуществления имиджевой политики компании стало одной из таких технологий. Глядя на человека, идущего с покупками, мы можем составить представление о том где он был и какую продукцию он приобрел. Передвижная реклама с продолжительным жизненным циклом - вот что такое полиэтиленовые пакеты в современной рыночной действительности. Так, плотные глянцевые красочные полиэтиленовые пакеты говорят о стабильном положении компании на рынке. Но это не значит, что стандартный пакет-майка означает бедственное положение компании. Такие пакеты, как правило, выдаются в супермаркетах бесплатно, соответственно, выбор такого типа пакетов оптимален для больших торговых точек. Теперь помимо размещения рекламы на бумажных и электронных носителях в маркетинговых агентствах в традиционный набор услуг по продвижению организаций входит и печать логотипа компаний на пакетах.

    Таким образом, незаменимые полиэтиленовые пакеты вошли не только в быт человека, но и заняли прочную нишу на рекламном рынке как один из эффективных инструментов маркетинговой политики. Но такое положение вещей не устраивает борцов за поддержание чистоты окружающей среды. Во многих СМИ появилась информация о том, какой ущерб экологии нашей планеты наносит повсеместное использование полиэтиленовых пакетов.

    Экологи утверждают, что десятая часть  всего мусора Земли - это полиэтиленовые пакеты. Кроме того, этот продукт не подвергается естественной утилизации, что делает проблему очень актуальной. А при сжигании - традиционном способе утилизации пакетов - в атмосферу выделяется огромное количество углекислого газа, что приводит к образованию новых дыр в озоновом слое планеты. Трудно не согласиться с тем, что борцы за окружающую среду не преувеличивают значение проблемы. Ведь, если производство и потребление полиэтиленовых пакетов будет продолжаться такими же темпами как сейчас, они займут гораздо большую долю земного мусора.

    Во  многих странах Европы уже приняты  меры: в одних на пакеты вводится высокий налог, в других дизайнеры пытаются ввести в моду "потребительскую сумку" из экологически чистых материалов, к тому же дающую скидку на продукты как дисконтная карта. Несомненно, в таких странах во много раз сократилось использование полиэтиленовых пакетов в быту.

    Какова  же ситуация в Украине? Правительство пытается поднять эту проблему, придать ей значимость, но будут ли попытки правительства эффективными? Ответ прост - скорее всего, в ближайшее время не будут. И причиной тому - гораздо более низкий уровень жизни украинцев по сравнению с европейцами. Во-первых, сосредоточенность на повседневных проблемах отвлекает от глобальных вопросов. Во-вторых, вряд ли люди так быстро откажутся от дешевого и удобного пакета. Мало кто пойдет покупать экологически чистую сумку за энную стоимость, которая будет в сотни или тысячи раз превышать стоимость одного пакета.

    Поэтому очень важно, чтобы усилия экологов распространялись и на нашу территорию, одной Европы мало, для того, чтобы  планета очистилась от мусора. С  другой стороны проблема полиэтиленовых пакетов затрагивает и другую глобальную для человечества проблему - уровень жизни. И без решения этой проблемы нашему правительству не удастся найти способ заинтересовать граждан в защите окружающей среды.

6. Биоразлагаемые полиэтиленовые пакеты: шаг к решению проблемы утилизации отходов

    В нашей стране, как, впрочем, и во всем мире, крайне остро стоит вопрос утилизации огромного количества отходов, в числе которых находятся и отработанные пластиковые пакеты, коими завалены улицы городов, свалки, леса и поля... К счастью, первый шаг к решению этой проблемы сделан! Производство биоразлагаемых полимеров - это инвестиции в экологию нашей многострадальной планеты! Многие  предприятия, занимающиеся изготовлением упаковочных материалов, в том числе и известная компания "Элит Пак", производят сегодня упаковку будущего - биоразлагаемые полиэтиленовые пакеты. Более того, объемы производства такого экологически чистого упаковочного материала неуклонно растут. К примеру, "Элит Пак" за последний квартал увеличила объем производства биоразлагаемых пакетов на 18%! Это свидетельствует о том, что данный вид упаковки становится все более востребованным и спрос на него неуклонно растет. Но что представляют собой биоразлагаемые пакеты и чем же они лучше обычной полиэтиленовой упаковки?  

    По  своему внешнему виду и эксплуатационным характеристикам они ничем не отличаются от привычных полиэтиленовых пакетов. Единственное отличие - это период распада. Обычный пластик чрезвычайно прочен и его жизненный цикл составляет более 400 лет. Представьте только, простая пластиковая бутылка полностью разрушается за 200 лет, полиэтиленовый пакет - за 100 лет... Пластиковая упаковка начала активно использоваться с 1930 годов и за все эти годы были произведены миллиарды тонн пластика, которые ныне захламляют нашу планету (рис. 4).  

                                   Рис. 4. Попытки утилизации

    Период  распада биоразлагаемого пакета составляет всего около 1,5-2 лет, то есть за это время такой пакет полностью  разлагается под воздействием таких факторов окружающей среды, как ультрафиолетовой излучение, вода, температура и т.д. Надо сказать, что технология производства эко-пакетов достаточно проста: для того, что бы обычный полиэтиленовый пакет превратился в биоразлагаемый, в сырье для его изготовления всего лишь нужно добавить специальный компонент. Поэтому любое предприятие, производящее обычные полиэтиленовые пакеты майка, пакеты с вырубной ручкой и прочие виды пластиковой упаковки, может без особых проблем наладить выпуск эко-пакетов, ведь для этого не потребуется дорогостоящего переоборудования уже функционирующего производства полиэтиленовой тары. Конечный продукт ничем не будет отличаться от ранее производимого, ведь, как уже говорилось ранее, пакеты, изготовленные из биоразлагаемых полимеров, сохраняют все свойства обычного полиэтиленового пакета: они прозрачны, прочны и водонепроницаемы.  

    Преимущества  биоразлагаемых пакетов очевидны. Во-первых, как уже упоминалось ранее, такая  упаковка в природе полностью  распадается за короткий промежуток времени, что позволяет хотя бы частично решить одну из главных экологических проблем - проблему утилизации мусора. Во-вторых, распадаясь, биоразлагаемые полимеры выделяют углекислый газ, а двуокись углерода, как известно, в меньшей степени способствует развитию "парникового эффекта", чем метан, выделяемый при распаде обычного пластика. В-третьих, материал, из которого изготавливаются биоразлагаемые пакеты, может быть снова использован, пройдя вторичную переработку.  

    Изготовление  пакетов из биоразлагаемых полимеров налажено сегодня более чем в 60 странах мира. К счастью, наша страна не составляет исключения. Одним из первых предприятий, начавших производство экологически чистой упаковки, стала вышеупомянутая компания "Элит Пак". Сегодня же все больше и больше предприятий, работающих в сфере изготовления упаковки, переходят на производство пакетов из биоразлагаемого сырья.

Приложения

Приложение А

Трубы из полиэтилена

     Размещено н

     Приложение  Б

Полиэтиленовые  мешки