Уравнение реакции получения полиэтилена из этилена

Видео:Опыты по химии. Получение этилена и опыты с нимСкачать

Реакция получения полиэтилена

Реакция получения полиэтилена – это процесс, в котором происходит расщепление π-связи алкенов и образование линейной макромолекулы. Разрыв двойной связи олефинов обусловлен жестким влиянием среды, которое выражается в увеличении значений давления и температуры по сравнению с величинами, характерными для нормальных условий.

Тип реакции получения полиэтилена из этилена – классическая полимеризация непредельных углеводородов, свойственная всем алкенам.

Видео:Реакция полимеризации. Производство полиэтилена. 10 класс.Скачать

Разновидности синтеза

Существует два основных варианта проведения реакции синтеза полиэтилена. Они отличаются условиями и аппаратным исполнением. В обеих ситуациях процесс проходит при повышенном давлении, температуре, в присутствии катализаторов.

Получение ПЭВД

Полиэтилен получают из этилена в результате реакции, при которой мономер переходит в активное состояние.

При воздействии температуры, значения которой достигают 320 °С, давления, повышенного до 320 мПа, инициирование вызывают образующиеся из пероксидных соединений радикалы. Полиэтилен, реакция полимеризации которого идет по радикальному механизму, имеет низкую плотность, называется продуктом высокого давления, обозначается в международном сообществе аббревиатурой LDPE.

Маленькая плотность упаковки макромолекул обусловлена присутствием разветвлений, как это отображено в уравнении реакции получения полиэтилена.

Процесс проводят в автоклавах при идеальном перемешивании или трубчатых реакторах при идеальном вытеснении продуктов.

Получение ПЭНД

При увеличении давления до 5 мПа образование полиэтилена из этилена — результат реакции без участия радикалов. Активацию мономеров обеспечивают комплексные катализаторы.

Температура до 95 °С позволяет проводить процесс в суспензии, каталитическое действие выполняют сложные неорганические соединения титана.

Реакция полимеризации полиэтилена при температуре до 120 °С проходит с участием оксидов хрома, нанесенных на силикагель.

Комплексные соединения хрома, зафиксированные на силикагеле, позволяют проводить процесс в газовой фазе при температуре, не достигающей 100 °С.

Если полиэтилен получают, используя реакцию с катализаторами, продукт представляет собой линейную макромолекулу без разветвлений, имеет большую плотность, в международной литературе обозначается аббревиатурой HDPE.

Реакция синтеза полиэтилена с комплексными катализаторами приводит к получению продукта, который можно перерабатывать из б/у состояния.

Видео:Полимеры. Ч.3-3. Полимеризация этилена (элементарно о реакции)Скачать

Полимер из вторичного сырья

Полиэтиленовые отходы утилизируют по технологии, включающей очистку вторичного сырья, измельчение, образование агломератов, гранул, последующую экструзию. Графическое уравнение реакции полиэтилена б/у идентично схеме получения ПЭНД потому, что повторная полимеризация не осуществляется.

Реакция получения полиэтилена б/у, по существу, является физическим процессом, при котором происходит изменения агрегатного состояния.

Видео:Получение этилена и изучение его свойств. | Практическая работа № 1.Скачать

Список тематических статей

Полиэтилен

Видео:Реакция этилена с раствором перманганата калияСкачать

Что такое полиэтилен

Полиэтилен (ПЭ, PE) – один из самых первых из крупнотоннажных и самый распространенный полимерный материал. Не будет преувеличением сказать, что полиэтилен известен практически всем людям и само это понятие в быту является синонимом пластмассы, как таковой. Не специалисты часто называют полиэтиленом многие материалы, которые ничего общего с ним не имеют.

ПЭ является простейшим из полиолефинов, его химическая формула (–CH2–)n, где n – степень полимеризации. Основными разновидностями ПЭ являются полиэтилен низкого давления (ПЭНД, ПНД), он же полиэтилен высокой плотности (ПВП, PEHD, HDPE) и полиэтилен высокого давления (ПЭВД, ПВД), он же полиэтилен низкой плотности (ПНП, PELD, LDPE). Далее мы рассмотрим эти и другие виды ПЭ подробнее.

Полиэтилен – синтетический полимер, его получают при помощи полимеризации этилена (химическое название – этен) по свободно-радикальному механизму. Крупнотоннажный синтез ПЭВД и ПЭНД производится практически всеми ведущими мировыми нефтяными и газовыми концернами. В России полиэтилен производится на нефтехимических заводах «Роснефти», «Лукойла», «Газпрома», СИБУРа, на «Казаньоргсинтезе» и «Нижнекамскнефтехиме». В странах бывшего СССР полимер выпускают в Белоруссии, Узбекистане, Азербайджане. Серийные марки полиэтилена выпускают в виде гранул размером 2-5 мм, однако существуют и марки в виде порошка, например так выпускают в продажу сверхвысокомолекулярный полиэтилен (СВМПЭ).

Рис.1. Полимер в гранулах

Полиэтилену уже более 100 лет. Впервые его получил инженер из Германии Ганс фон Пехманн в 1899 году, с тех пор он считается изобретателем этого полимера. Но, как часто бывает, важное открытие сразу не нашло применения. Оно пришло только к концу 1920-х годов, а в 1930-е годы производство полиэтилена было окончательно налажено, в чем сыграли большую роль инженеры Эрик Фосет и Реджинальд Гибсон. Изначально они синтезировали низкомолекулярный парафиновый продукт, который можно назвать полиэтиленовым олигомером. В итоге большой работы, в 1936 году изыскания инженеров по разработке установки высокого давления закончились получением патента на ПЭНП (ПЭВД). В 1938 году производство товарного полиэтилена стартовало. Первоначально он предназначался для производства оболочек телефонных кабелей и несколько позже – для выпуска упаковки.

Технологию производства полиэтилена высокой плотности (ПЭНД) начали разрабатывать также в 1920-х годах. Большую роль в производстве этого материала сыграл Карл Циглер – известный в среде пластмасс изобретатель катализаторов ионно-координационной полимеризации, самым важным из которых позже было присвоено имя Циглера-Натта. Окончательно процесс получения ПЭНД был полностью описан лишь в 1954 году и тогда же на нее был выдан патент. Промышленное производство нового полиэтилена с более высокими, чем ПЭВД свойствами стартовало несколько позже.

Видео:Реакция полимеризации. 1 часть. 11 класс.Скачать

Получение полиэтилена

Опишем вкратце технологию производства обоих главных типов полиэтиленов.

ПЭВД (LDPE)

Этот полиэтилен, как понятно из названия, синтезируют при повышенном давлении. Синтез обычно проводят в реакторе трубчатого типа или автоклаве. Синтез проходит под действием окислителей – кислорода, пероксидов или и того, и другого. Этилен смешивают с инициатором полимеризации, сжимают до величины давления в 25 МПа и нагревают до 70 градусов С. Обычно реактор состоит из двух ступеней: в первой смесь еще больше разогревают, а во второй уже непосредственно проводят полимеризацию при еще более жестких условиях – температуре до 300 градусов С и давлении до 250 МПа.

Стандартное время нахождения этиленовой смеси в реакторе 70-100 секунд. За этот промежуток 18-20 процентов этилена преобразуется в полиэтилен. Затем непрореагировавший этилен отправляется на рециркуляцию, а получившийся ПЭ охлаждают до и подвергают грануляции. Полиэтиленовые гранулы вновь охлаждаются, сушатся и отправляются на упаковку. Полиэтилен низкой плотности производят в форме неокрашенных гранул.

ПЭНД (HDPE)

ПНД (ПЭ высокой плотности) производят при низком давлении в реакторе. Для синтеза применяют три основные вида техпроцесса полимеризации: суспензионный, растворный, газофазный.

Для производства ПЭ чаще всего применяют раствор этилена в гексане, который нагревают до 160-250 градусов С. Процесс проводят при давлении 3,4-5,3 МПа в течение времени контакта смеси с катализатором 10-15 минут. Готовый ПЭНД отделяют при помощи испарения растворителя. Гранулы получившегося полиэтилена проходят пропарку паром при температуре выше Т плавления ПЭ. Это нужно для перевода в водный раствор низкомолекулярных фракций ПЭ и удаления следов катализаторов. Как и ПЭВД, готовый ПЭНД обычно бывает бесцветным и отгружается в мешках по 25 кг, реже в биг-бэгах, цистернах или другой таре.

Видео:Реакция полимеризации.Производство полиэтиленаСкачать

Виды полиэтилена

Помимо детально описанных в этой статье ПЭНД и ПЭВД промышленностью производятся и используются другие многочисленные типы полиэтиленов, основными группами из которых являются:

ЛПНП, LLDPE — линейный полиэтилен низкой плотности. Этот тип завоевывает всё большую популярность. По свойствам этот полиэтилен подобен ПЭВД, однако превосходит его по многим параметрам, в том числе по прочности и стойкости изделий к короблению.

mLLDPE, MPE — металлоценовый ЛПЭНП.

MDPE — ПЭ средней плотности.

ВМПЭ, HMWPE, VHMWPE — высокомолекулярный.

СВМПЭ, UHMWPE — сверхвысокомолекулярный.

Также существует большое количество сополимеров этилена с различными другими мономерами. Наиболее известными из них являются сополимеры с пропиленом, которые производят под общими названиями рандом- или статсополимер и блоксополимер. Помимо них производят сополимеры этилена с акриловой кислотой, бутил- и этилакрилатом, метилакрилатом и метилметилакрилатом, винилацетатом и т.д. Существуют и эластомеры на основе этилена, их обозначают аббревиатурами POP и POE.

Видео:Как производят полиэтилен?Скачать

Свойства полиэтилена

Говоря о характеристиках ПЭ нужно понимать, что свойства различных типов этого полимера сильно отличаются. Рассмотрим, как и в случае с синтезом, показатели двух наиболее распространенных типов.

ПЭ высокого давления (LDPE)

Молекулярная масса ПЭВД колеблется от 30 000 до 400 000 атомных единиц.

ПТР в зависимости от марки варьируется от 0,2 до 20 г/10 минут.

Степень кристалличности ПВД примерно составляет 60 процентов.

Температура стеклования равна минус 4 градуса С.

Температура плавления марок материала от 105 до 115 градусов С.

Плотность около 930 кг/куб.м.

Технологическая усадка при переработке от 1,5 до 2 процентов.

Основное свойство структуры полиэтилена высокого давления – разветвленное строение. Отсюда проистекает его низкая плотность, обусловленная рыхлой аморфно-кристаллической структурой материала на молекулярном уровне.

ПЭ низкого давления (HDPE)

Молекулярная масса ПЭНД колеблется от 50 000 до 1 000 000 атомных единиц.

ПТР в зависимости от марки варьируется от 0,1 до 20 г/10 минут..

Степень кристалличности ПНД составляет от 70 до 90 процентов.

Температура стеклования равна 120 градусов С.

Температура плавления марок материала от 130 до 140 градусов С.

Плотность около 950 кг/куб.м3.

Технологическая усадка при переработке от 1,5 до 2,0 процентов.

Общие свойства полиэтиленов

Химические свойства. ПЭ имеет низкую газопроницаемость. Его химстойкость зависит от молекулярной массы и от плотности полимера. ПЭ инертен к разбавленным и концентрированным основаниям, растворам всех солей, некоторым сильнейшим кислотам, органическим растворителям, маслам и смазкам. Полиэтилен не стоек к 50-процентной азотной кислоте и галогенам, например чистому хлору и брому. Причем бром и йод имею свойство диффузии сквозь полиэтилен.

Физические характеристики. Полиэтилен является эластичным достаточно жестким материалом (ПЭВД – существенно мягче, ПЭНД – жестче). Морозостойкость изделий из полиэтилена – до минус 70 градусов С. Высокая ударная вязкость, прочность, хорошие диэлектрические характеристики. Водо- и паропоглощение у полимера невысокое. С точки зрения физиологии и экологии ПЭ является нейтральным инертным веществом, без запаха и вкуса.

Эксплуатационные свойства полиэтилена. Деструкция ПЭ в атмосфере начинается с температуры 80 градусов С. Полиэтилен без специальных добавок не стоек к солнечной радиации и больше всего к ультрафиолету, легко подвергается фотодеструкции. Для уменьшения этого эффекта в композиции ПЭ добавляют стабилизаторы, например сажу для светостабилизации. Полиэтилен не выделяет вредные для здоровья и природы химикаты в окружающую среду, при этом он самостоятельно разлагается очень медленно – процесс занимает десятилетия. ПЭ довольно пожароопасен и поддерживает горение, этот факт нужно учитывать при его использовании.

Видео:Предельные углеводороды. Алканы. 10 класс.Скачать

Применение полиэтилена

Полиэтилен является самым популярным полимером в мире. Он неприхотлив в переработке и отлично поддается повторному использованию. Получить изделия из полиэтилена можно практически всеми разработанными на сегодняшний день методами переработки пластмасс. Он не требователен к качеству и конструкции оборудования и оснастке, ПЭ не нуждается в специальной подготовке перед переработкой, например сушке. Индустрией концентратов и добавок к полимерам производится огромное количество суперконцентратов пигментов для ПЭ и на основе полиэтилена. Во многих случаях они применимы для окраски в массе изделий не только из других полиолефинов, но и прочих полимеров.

В случае переработки полиэтилена методом экструзии получают пленку, применяющуюся на каждом шагу как в чистом виде, так и в виде пакетов в упаковке, фасовке, сельском хозяйстве; ПЭ трубы для водоснабжения и газа; оболочки кабелей; листы; вспененные профили и т.д..

Литьем полиэтилена под давлением производят многочисленные упаковочные изделия, например крышки и пробки, баночки. Также литьем производят медицинские изделия, хозяйственные товары бытового назначения, канцтовары, игрушки.

Полиэтилен можно переработать экструзионно-выдувным и инжекционно-выдувным формованием, ротоформованием, каландрованием, а также пневмо- или вакуумформованием из листов.

Более редкие, специализированные типы полиэтилена, например сшитый, хлорсульфированный, сверхвысокомолекулярный используют во многих отраслях, но больше всего в строительстве. Например сверхвысокомолекулярный ПЭ входит в состав композиций для выпуска оболочек оптиковолоконного кабеля. Армированный полиэтилен, в отличие от чистого полимера, может являться конструкционным материалом. Изделия из ПЭ хорошо поддаются сварке любыми методами: термоконтактным, газовым, с применением присадочного прутка, трением и т.п.

Видео:78. Что такое реакции полимеризацииСкачать

Экология и вторичное использование полиэтилена

В последние годы полиэтилен подвергается серьезному давлению из-за своей якобы не экологичности. На самом деле этот материал – один из самых безопасных. Проблема ПЭ в том, что это основной полимер, применяемый для производства пленок, в том числе тонких, и пакетов из них. Не имея адекватной политики по раздельному сбору мусора, многие низкоразвитые страны занимаются захоронением огромного количества ПЭ отходов, что приводит к попаданию полиэтилена в окружающую среду и водные ресурсы и загрязнению их.

Рис.3. Пакеты для мусора – типичное применение вторичного ПЭ

При этом в случае правильного сбора и сортировки мусора, полиэтиленовые отходы становятся ценным ресурсом и отличным вторичным сырьем. Уже достаточно большое количество предприятий в странах бывшего СССР закупают отходы полимера для переработки во вторсырье, получением гранул и последующим использованием в своем производстве или продажей вторичного ПЭ на рынке. Таким образом загрязнение планеты полиэтиленом должно в скором времени сойти на нет.

Видео:ПолиэтиленСкачать

Полиэтилен

Полиэтилен — термопластичный полимер этилена

Полиэтилен (Polyethylene) — термопластичный полимер этилена.

Является органическим соединением и имеет длинные молекулы …-CH2-CH2-CH2-CH2-…, где «-» обозначает ковалентные связи между атомами углерода.

Самый распространенный в мире пластик.

Представляет собой воскообразную массу белого цвета (тонкие листы прозрачны и бесцветны).

Химически- и морозостоек, изолятор, не чувствителен к удару (амортизатор), при нагревании размягчается (80-120°С), при охлаждении застывает, адгезия (прилипание) — чрезвычайно низкая.

Иногда в народном сознании отождествляется с целлофаном — похожим материалом растительного происхождения.

Обычно полиэтилен классифицируют по плотности, но есть различные используемые названия гомополимеров и сополимеров:

• полиэтилен низкой плотности (высокого давления) — ПЭНП, ПВД, LDPE (Low Density Polyethylene);
• полиэтилен высокой плотности (низкого давления) — ПЭВП, ПНД, HDPE (High Density Polyethylene);
• полиэтилен среднего давления (высокой плотности) — ПСД;
• линейный полиэтилен средней плотности — ПЭСП, MDPE;
• линейный полиэтилен низкой плотности — ЛПЭНП, LLDPE;
• полиэтилен очень низкой плотности — VLDPE;
• полиэтилен сверхнизкой плотности — ULDPE;
• металлоценовый линейный полиэтилен низкой плотности — MPE;
• сшитый полиэтилен — PEX, XPE;
• высокомолекулярный полиэтилен — ВМПЭ, HMWPE, VHMWPE;
• сверхвысокомолекулярный полиэтилен — UHMWPE;
• полиэтилен повышенной термостойкости (сополимер с октеном) — PE-RT (тип I и тип II)

Получение

Получение полиэтилена высокого давления

Полиэтилен высокого давления (ПЭВД), или полиэтилен низкой плотности (ПЭНП), образуется при следующих условиях:

• температура 200-260°C;
• давление 150-300 МПа;
• присутствие инициатора (кислород или органический пероксид);
• в автоклавном или трубчатом реакторах.

Реакция идет по радикальному механизму. Получаемый по этому методу полиэтилен имеет средневесовой молекулярный вес 80 000-500 000 и степень кристалличности 50-60%. Жидкий продукт впоследствии гранулируют. Реакция идет в расплаве.

Получение полиэтилена среднего давления

Полиэтилен среднего давления (ПЭСД) образуется при следующих условиях:

• температура 100-120°C;
• давление 3-4 МПа;
• присутствие катализатора (катализаторы Циглера — Натта, например, смесь TiCl4 и AlR3);
• продукт выпадает из раствора в виде хлопьев.

Получаемый по этому методу полиэтилен имеет средневесовой молекулярный вес 300 000-400 000, степень кристалличности 80-90%.

Получение полиэтилена низкого давления

Полиэтилен низкого давления (ПЭНД), или полиэтилен высокой плотности (ПЭВП), образуется при следующих условиях:

• температура 120-150°C;
• давление ниже 0.1-2 МПа;
• присутствие катализатора (катализаторы Циглера-Натта, например, смесь TiCl4 и AlR3).

Другие способы получения полиэтилена

Существуют и другие способы полимеризации этилена, например, под влиянием радиоактивного излучения, однако они не получили промышленного распространения.

🔍 Видео

Полимеризация и поликонденсация | Химия ЕГЭ с Юлией ВишневскойСкачать

Все химические свойства алкенов в одном вебинаре | Химия ЕГЭ | УмскулСкачать

Химия 9 класс — Как определять Степень Окисления?Скачать

Практическая работа "Получение этилена и опыты с ним" 10 классСкачать

ВСЕ ПРО АЛКАНЫ за 8 минут: Химические Свойства и ПолучениеСкачать

Получение и изучение свойств этилена. Опыт 2Скачать

Реакция полимеризации. 9 класс.Скачать

Как решать ОРГАНИЧЕСКИЕ ЦЕПОЧКИ? Основные типы химических реакцийСкачать

Как написать уравнения реакции полимеризации?Скачать