Materie primă din plastic PE

Materii prime PE: materiale plastice universale cu caracteristici, producție și aplicații diverse

PE (polietilenă) este o rășină termoplastică polimerizată din monomeri de etilenă. Fiind cel mai utilizat plastic de uz general din lume, a pătruns în diverse domenii de producție și de viață încă de la industrializarea din anii 1930 datorită performanței sale excelente, costului redus și aplicabilității largi. De la pungile de cumpărături de zi cu zi la conductele industriale, de la ambalajele alimentare la folia agricolă, PE a devenit un material de bază indispensabil în societatea modernă, cu avantajele sale unice, promovând dezvoltarea industriei materialelor polimerice.

1. Structura moleculară și caracteristicile principale ale PE

Structura moleculară a PE este reprezentată de lanțuri de carbon-hidrogen liniare sau ramificate, cu unități repetitive de -CH₂-CH₂-. Regularitatea și gradul de ramificare al lanțurilor moleculare determină diferențele de performanță ale acestora. Conform structurii moleculare, aceasta poate fi împărțită în polietilenă de joasă densitate (LDPE), polietilenă de înaltă densitate (HDPE) și polietilenă liniară de joasă densitate (LLDPE).

Lanțul molecular LDPE are un grad ridicat de ramificare și o cristalinitate scăzută (50%-60%), ceea ce îi conferă o bună flexibilitate și transparență, cu o densitate de 0,91-0,925 g/cm³, o senzație tactilă moale, o rezistență excelentă la temperaturi scăzute și își poate menține tenacitatea la -60 ℃. HDPE are o regularitate ridicată a lanțului molecular, cu o cristalinitate de 80%-95% și o densitate de 0,941-0,965 g/cm³. Are o rigiditate puternică, o rezistență ridicată și o duritate și rezistență la uzură mai bune decât LDPE, dar o flexibilitate puțin mai mică. LLDPE formează lanțuri scurte ramificate prin copolimerizarea etilenei și alfa-olefinelor, combinând flexibilitatea LDPE cu rezistența HDPE, cu o rezistență remarcabilă la rupere și perforare.

PE în ansamblu are caracteristici excelente: are o bună stabilitate chimică, este rezistent la acizi, alcali, săruri și majoritatea solvenților organici și nu reacționează cu alte substanțe decât oxidanții puternici la temperatura camerei; Izolație electrică excelentă, constantă dielectrică scăzută, potrivită pentru straturile izolatoare ale firelor și cablurilor; Performanțe bune de procesare, poate fi format prin procese precum turnarea prin suflare, turnarea prin injecție, extrudare etc. și are o gamă largă de temperaturi de procesare și un consum redus de energie; Non-toxic și inodor, respectă standardele de contact cu alimentele, utilizat pe scară largă în ambalajele alimentare. Cu toate acestea, PE are o rezistență limitată la temperatură și este utilizat în general la temperaturi de -40-60 ℃. Este predispus la oxidare și îmbătrânire și trebuie îmbunătățit prin adăugarea de antioxidanți.

2. Procesul de producție și sursele de materii prime pentru PE

Producția de PE utilizează etilena ca materie primă principală, care provine în principal din cracarea petrolului (cracarea naftei) și din prelucrarea gazelor naturale (dehidrogenarea etanului). În ultimii ani, etilena biologică a fost produsă prin tehnologia de fermentare a biomasei, oferind posibilități pentru ecologizarea PE. Procesul de producție este împărțit în metoda de înaltă presiune, metoda de presiune medie și metoda de presiune joasă, în funcție de presiune, corespunzătoare diferitelor varietăți de PE.

Metoda de înaltă presiune este utilizată în principal pentru producerea de LDPE, care este generat prin polimerizarea cu radicali liberi a monomerului de etilenă la 100-300 MPa și 150-300 ℃ folosind oxigen sau peroxid ca inițiatori. Mediul de înaltă presiune provoacă un număr mare de ramificări ale lanțurilor moleculare, formând produse cu densitate mică și flexibilitate ridicată. Acest proces are un consum ridicat de energie, dar puritatea produsului este ridicată, fiind potrivit pentru domenii precum peliculele subțiri.

Metoda de joasă presiune (inclusiv metoda de presiune medie) este utilizată pentru a produce HDPE și LLDPE, utilizând catalizator Ziegler Natta sau catalizator metalocen, și polimerizând în condiții de 0,1-5 MPa și 60-100 ℃. Mediul de joasă presiune reduce ramificarea și formează HDPE cu cristalinitate ridicată; Adăugarea de alfa-olefine (cum ar fi butena și hexena) pentru copolimerizare produce LLDPE. Metoda de joasă presiune are un consum redus de energie și o eficiență ridicată a catalizatorului și este în prezent procesul principal care poate controla cu precizie greutatea moleculară și densitatea produselor.

Topitura de PE obținută după polimerizare este extrudată și granulată în materii prime granulare, iar aditivi precum antioxidanți, lubrifianți și agenți de colorare sunt adăugați în funcție de cerere pentru a îmbunătăți performanța de procesare și rezistența la intemperii. Selecția aditivilor trebuie să îndeplinească cerințele scenariului de aplicare, iar PE de calitate alimentară limitează strict tipurile și conținutul de aditivi.

3. Tehnologia de clasificare și modificare a PE

PE poate fi împărțit în trei categorii în funcție de densitate și structură, fiecare cu propriile caracteristici și scenarii aplicabile. Limitele de performanță pot fi extinse în continuare prin tehnici de modificare.

LDPE (polietilenă de joasă densitate) are un grad ridicat de ramificare, cristalinitate scăzută, flexibilitate excelentă, transparență și fluiditate la procesare. Are o gamă largă de indici de topire și este potrivit pentru filmele de turnare prin suflare (cum ar fi pungi de conservare a alimentelor și folii de plastic), turnarea prin injecție a produselor mici (cum ar fi jucării și capace de sticle) și acoperiri extrudate. Dar rezistența sa este relativ scăzută, iar rezistența la solvenți este puțin slabă.

HDPE (polietilenă de înaltă densitate) are o cristalinitate ridicată, o rigiditate puternică, o rezistență la tracțiune, o duritate și o rezistență la temperatură mai bune decât LDPE. Are o rezistență remarcabilă la coroziune chimică și este potrivită pentru fabricarea de recipiente goale (cum ar fi sticle de apă minerală și butoaie pentru substanțe chimice), conducte (cum ar fi conducte de alimentare cu apă și conducte de gaz), plăci și folii grele pentru ambalaje. Prelucrarea HDPE are o fluiditate slabă și necesită temperaturi de procesare mai ridicate.

LLDPE (polietilenă liniară de joasă densitate) echilibrează flexibilitatea și rezistența prin structura sa cu lanț scurt, cu o rezistență excelentă la rupere, rezistență la perforare și rezistență la fisurare sub tensiune. Are proprietăți remarcabile de tracțiune și este utilizată în principal pentru pelicule elastice (cum ar fi peliculele de ambalare), pelicule agricole, pelicule de ambalare grea și produse turnate prin injecție. Este adesea amestecată cu LDPE pentru a îmbunătăți performanța peliculei.

Tehnologia de modificare este cheia îmbunătățirii performanței PE: Modificarea prin reticulare utilizează metode chimice sau fizice pentru a forma o structură de rețea din lanțuri moleculare, sporind rezistența la căldură, rezistența la solvenți și rezistența mecanică și este utilizată pentru straturile de izolație din conductele de apă caldă și cabluri; Adăugarea de materiale de umplutură modificate, cum ar fi carbonatul de calciu și pulberea de talc, pentru a reduce costurile și a îmbunătăți rigiditatea și stabilitatea dimensională; Îmbunătățirea fibrei de sticlă compozite modificate, a fibrei de carbon etc. pentru a îmbunătăți rezistența și modulul de elasticitate, utilizată pentru componente structurale; Modificarea funcțională conferă proprietăți antibacteriene, ignifuge, antistatice și de altă natură, extinzându-se în domenii medicale, electronice și altele.

4. Diversele domenii de aplicare ale PE

PE este utilizat pe scară largă în ambalaje, agricultură, industrie, necesități zilnice și alte domenii datorită performanțelor sale diverse și costului redus, susținând funcționarea societății moderne.

Industria ambalajelor este cea mai mare piață de aplicare pentru PE, folia LDPE dominând ambalajele alimentare, cum ar fi pungile pentru păstrarea prospețimii și pungile pentru pâine, care sunt transparente, moi și au proprietăți bune de etanșare; Recipientele rigide fabricate din HDPE, cum ar fi biberoanele și sticlele de detergent, sunt rezistente la impact și la bariere, potrivite pentru ambalarea lichidelor; folia stretch LLDPE, cu extensibilitatea sa puternică, este utilizată pentru ambalarea logistică a ambalajelor pentru a reduce pierderile din transport; materialul spumat PE (cum ar fi vata perlată) este ușor și absorbant de șocuri, utilizat pentru ambalarea produselor electronice și a instrumentelor de precizie.

În domeniul agriculturii, folia de acoperire din PE păstrează umiditatea, crește temperatura și promovează creșterea culturilor. Folia LDPE are o flexibilitate bună și este ușor de așezat, în timp ce folia LLDPE este rezistentă la perforare și are o durată lungă de viață; folia de seră din PE pentru transmiterea luminii și izolare, pentru construirea de sere; pungile din plasă din PE sunt utilizate pentru ambalarea fructelor și legumelor, fiind respirabile și impermeabile.

În domeniul industrial, țevile HDPE sunt utilizate pe scară largă pentru alimentarea cu apă municipală, transportul gazelor și evacuarea apelor uzate industriale datorită rezistenței lor la coroziune chimică, rezistenței reduse la fluide și instalării ușoare; Producția de rezervoare de stocare, căptușeli și echipamente anticorozive folosind foi de PE; Stratul de izolație a cablurilor din PE reticulat are o bună izolație electrică și rezistență la îmbătrânire, asigurând siguranța transmisiei energiei.

În domeniul necesităților zilnice, produsele din PE sunt peste tot: produsele turnate prin injecție, cum ar fi gălețile, bazinele și jucăriile din plastic, sunt ușoare și durabile; fibra de PE (polipropilenă) este utilizată pentru a fabrica plase de pescuit, pânză filtrantă și covoare, care sunt rezistente la uzură și la intemperii; spuma de PE (cum ar fi papucii, saltelele de yoga) este moale și confortabilă, cu performanțe bune de amortizare.

În domeniul medical, PE de calitate alimentară este utilizat pentru a fabrica pungi de perfuzie, capace pentru seringi etc. Este netoxic și stabil din punct de vedere chimic și poate fi sterilizat cu abur; folia de PE este utilizată pentru halate chirurgicale și folii de ambalare pentru a bloca bacteriile și a asigura respirabilitatea.

5. Tendințe de protecție a mediului și de dezvoltare în domeniul educației fizice

Protecția mediului înconjurător în cadrul PE a atras atenție și, deși se confruntă cu provocarea poluării albe, se îndreaptă către o dezvoltare durabilă prin reciclare și inovare tehnologică verde.

Sistemul de reciclare a PE este relativ matur, cu reciclarea fizică ca metodă principală: PE-ul uzat este sortat, curățat, zdrobit, topit și granulat, iar PE-ul reciclat este utilizat pentru a fabrica coșuri de gunoi, folii reciclate, tăvi de plastic etc. Reciclarea chimică descompune PE-ul în hidrocarburi cu molecule mici, care pot fi utilizate drept combustibil sau materii prime chimice și prezintă avantaje în procesarea deșeurilor complexe. Rata globală de reciclare a PE crește treptat, iar promovarea politicilor și progresul tehnologic contribuie la promovarea unei economii circulare.

PE-ul biodegradabil este o direcție de dezvoltare ecologică, care utilizează etilena produsă prin fermentarea biomasei (cum ar fi trestia de zahăr și porumbul) ca materie primă. Amprenta sa de carbon este mai mică decât cea a PE-ului pe bază de petrol, iar varietățile de PE biodegradabil (cum ar fi PE cu adaos de agenți de degradare) se pot degrada în mod natural în medii specifice, reducând poluarea pe termen lung.

Dezvoltarea viitoare a PE se concentrează pe trei direcții: dezvoltare de înaltă performanță prin design molecular și tehnologie compozită, dezvoltarea de PE cu modul ridicat, rezistent la temperaturi ridicate și scăzute și extinderea aplicațiilor inginerești; cercetare funcțională și dezvoltare de PE antibacterian și cu răspuns inteligent (cum ar fi degradarea sensibilă la temperatură) pentru a satisface nevoile de înaltă calitate; carbonizarea redusă promovează industrializarea materiilor prime biologice și reciclarea chimică, construiește o buclă de regenerare a consumului de producție și combină designul ușor pentru a reduce consumul de materiale.

PE, ca plastic universal de bază, susține dezvoltarea în multiple domenii datorită performanței sale excelente. Confruntat cu provocările de mediu, prin reciclare și inovație ecologică, PE va realiza o dezvoltare durabilă, menținând în același timp caracterul practic, oferind un suport material cheie pentru o societate verde și cu emisii reduse de carbon.