ПОЛИЭТИЛЕН ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ

метода производства полиэтилена

В настоящее время в мировой промышленности существуют четыре метода производства полиэтилена: один метод при высоком давлении и три — при низком давлении.

Производство полиэтилена при высоком давлении осуществляется полимеризацией этилена в массе по свободнорадикальному механизму в интервале давлений 150—350 МПа.

Разновидностью процесса производства полиэтилена при высоком давлении является производство так называемого линейного полиэтиле­на низкой плотности (ЛПЭНП), представляющего собой сополимер эти­лена с высшими а-олефинами. Один из способов получения ЛПЭНП (на­ряду с сополимеризацией при низком давлении) - сополимеризация в массе при высоком давлении, протекающая по ионно-координационно - му механизму.

Производство полиэтилена при низком давлении осуществляется полимеризацией этилена по ионно-координационному механизму при давлении 2—4 МПа в суспензии, в растворе или в газовой фазе.

Раньше (до середины 60-х годов) в промышленности прй высоком давлении получали только полиэтилен низкой плотности (917—925 кг/м3), ч а при низком давлении — только полиэтилен высокой плотности (950— 970 кг/м3). Поэтому правомерна была номенклатура — полиэтилен высокого давления (ПЭВД), или полиэтилен низкой плотности (ПЭНП), и соответственно полиэтилен низкого давления (ПЭНД), или полиэтилен высокой плотности (ПЭВП).

При совершенствовании технологических процессов производства полиэтилена при высоком и низком давлении в результате сополимери - зации с различными высшими а-олефинами, применения новых эф­фективных катализаторов достигнута возможность получения поли­мера с полным диапазоном плотностей (910-970 кг/м3) как при вы­соком, так и при низком давлении. И поскольку границы по плотности для ПЭВД и ПЭНД больше не существует, не следует называть ПЭВД полиэтиленом низкой плотности, а ПЭНД - полиэтиленом высокой плотности.

Целесообразно ли использовать в промышленности все четыре мето­да синтеза полиэтилена, если каждым из них можно получить полимер в любом интервале плотностей? Прежде всего следует иметь в виду, что плотность, хотя и является одной из важнейших характеристик полиэти­лена, не определяет полностью качества полимера и возможных областей его применения.

Проведем сравнение свойств ПЭВД (получаемого методом радикаль­ной полимеризации) и ПЭНД (получаемого всеми методами):

Плотность, кг/м3 Показатель текучести расплава, г/10 мин, при массе груза

2,16 кг

5.0 кг

Среднемассовая молекулярная масса

Mw - кг»

Полидисперсность MJMn Предел текучести при растяжении, МПа Прочность при разрыве, МПа Относительное удлинение при разрыве, % Ударная вязкость (образец с надре­зом) , кДж/м2

Модуль упругости при изгибе, МПа Теплостойкость по Вика, °С Стойкость к растрескиванию под напряжением, ч

Содержание экстрагируемых веществ, % Содержание золы, %

ПЭВД 910-935

0,2-30 0,8-70 800-100

10-30

15- 9

16- 9 700-400

Прогибается без разрушения

260- 80 110-100 Более 500-0,1

0,1-1,4 Отсутствие

ПЭНД 910т-965

0,01-80 5000-50

3-20 35-10 45-15 1200-25 150-2

1200-100 130-110 Более 1000-0,1

Отсутствие 0,006-0,035

Эти данные показывают, что методы производства полиэтилена при \ низком давлении позволяют получить полимер с более широким диапа­зоном плотности и с большей возможностью регулирования молекуляр - но-массового распределения за счет подбора каталитических систем. Линейная молекула полиэтилена низкого давления обеспечивает по сравнению с разветвленной молекулой полиэтилена высокого давления при одинаковых значениях плотности и показателя текучести расплава по­лимера большую прочность и жесткость материала, более высокий модуль упругости и ударную вязкость, особенно при низких температурах.

Казалось бы, из сказанного можно сделать вывод, что ПЭВД целе­сообразно заменить на ПЭНД низкой плотности (ПЭНД НП) и тем са­мым повысить прочностные показатели изделий или, уменьшив толщи­ну изделий при сохранении прочности, обеспечить экономию материала. Действительно, при такой замене можно уменьшить толщину изделий на 20-30 %.

Возникает вопрос, весь ли ПЭВД можно заменить на ПЭНД НП.

Около 60% ПЭВД расходуется для изготовления пленок. Исполь­зование для этой цели ПЭНД НП потребовало бы замены всего парка зкструзионного оборудования, применяемого для производства пленок, и существенного повышения расхода электроэнергии в процессе пере­работки из-за более высокой температуры плавления ПЭНД НП. К тому же повышенная жесткость пленок из ПЭНД НП (в зависимости от при­меняемых сомономеров) ограничивает их использование в ряде областей применения.

ПЭВД имеет целый ряд преимуществ по применению в тех областях, где требуется высокая прозрачность и чистота материала, поскольку не содержит остатков катализаторов. Более эффективен ПЭВД для изго­товления толстостенных эластичных изделий (например, оболочек для кабельной изоляции).

Кроме того, только по методу синтеза при высоком давлении можно получать в промышленности сополимеры этилена с полярными мономе­рами (с винилацетатом, акриловыми соединениями и др.).

Таким образом, ПЭВД должен использоваться для многих областей применения и заменять его на ПЭНД НП можно лишь частично.

При выборе метода производства полиэтилена необходимо провести сравнение технико-экономических показателей каждого метода; в ко­нечном счете, определяющими являются два показателя — капитальные вложения и себестоимость продукции.

Ряд зарубежных фирм, которые занимаются экономическими вопро­сами в области пластмасс, провели сравнение и анализ технико-экономи­ческих показателей указанных выше четырех методов промышленного производства полиэтилена. Аналогичные исследования были проведены и нами. При сравнении для получения корректных выводов принимались технологические линии одинаковой производительности, приведенные к одной географической точке.

В результате сравнения было показано, что для установок одинако­вой единичной мощности при современном уровне технического оснаще­ния капитальные вложения для каждого из методов близки и различают­ся не более чем на 5 %. Что касается эксплуатационных расходов, то раз­ница в себестоимости для каждого из методов еще меньше, чем для капитальных вложений. Основную долю затрат в производстве полиэти­лена по любому из методов составляют стоимость сырья и затраты на содержание и ремонт оборудования.

Таким образом, технико-экономические показатели всех промыш­ленных методов производства полиэтилена близки и не могут быть ре­шающим фактором при выборе технологии для создания новых про­изводств.

Резюмируя, можно сказать, что в мировом производстве полиэти­лена будут существовать и развиваться все методы производства, вклю­чая и синтез при высоком давлении. В настоящее время ПЭВД является наиболее крупнотоннажным полимером из всех полиолефинов. Мощ­ность производства ПЭВД составила в 1985 г. около 14 млн. т [1] или 50 % от общего производства полиэтилена.