Die englische Abkürzung lautet MDPE (Medium density Polyethylen)
Polyethylen mittlerer Dichte (MDPE) wird durch die Copolymerisierung von Alpha-Olefinen während des Syntheseprozesses hergestellt, um die Dichte zu steuern.
F&E-Erfahrung
1970 wurde es in den USA im Schlammverfahren hergestellt, und für die Herstellung und Synthese wurde das LLDPE-Verfahren übernommen. Üblicherweise verwendete Alpha-Olefine sind Propylen, 1-Buten, 1-Hexen, 5-Octen usw., und die verwendete Olefinmenge beeinflusst die Dichte. Im Allgemeinen beträgt die verwendete Olefinmenge etwa XNUMX % (Massenanteil).
Molekulare Struktur
Durchschnittlich werden in der Hauptkette von MDPE-Molekülen 20 Methyl- oder 13 Ethyl-Zweige pro 1000 Kohlenstoffatome eingeführt. Die Leistung variiert je nach Anzahl und Länge der Zweige. Durch Copolymerisation kann die Anzahl der Verbindungsketten zwischen kleinen Kristallen erhöht werden.
Leistungsmerkmale und Parameter
MDPE zeichnet sich durch umweltbedingte Spannungsrissbeständigkeit und langfristige Festigkeitserhaltung aus. MDPE hat eine relative Dichte von 0.926–0.953, eine Kristallinität von 70–80 %, ein durchschnittliches Molekulargewicht von 200,000, eine Zugfestigkeit von 8–24 MPa, eine Bruchdehnung von 50–60 %, eine Schmelztemperatur von 126–135 °C, eine Schmelzflussrate von 0.1–35 g/10 Minuten und eine Wärmeverformungstemperatur (0.46 MPa) von 49–74 °C.
Verwendung
MDPE kann durch Extrusion, Spritzguss, Blasformen, Rotationsformen und Pulverformen verarbeitet werden. Die Produktionsprozessparameter ähneln denen von HDPE und LDPE. Es wird häufig für Rohre, Folien, Hohlbehälter usw. verwendet. Das Produkt wird für das Hochgeschwindigkeitsformen verschiedener Flaschen, automatische Hochgeschwindigkeitsverpackungsfolien, verschiedene Spritzgussprodukte, Rotationsformprodukte, Draht- und Kabelummantelungen, wasserdichte Materialien, Wasserrohre, Gasrohre usw. verwendet.
Verarbeitungsmethoden
Es wird in drei Typen unterteilt: Hochdruckmethode, Niederdruckmethode und Mitteldruckmethode. Die Hochdruckmethode wird zur Herstellung von Polyethylen niedriger Dichte verwendet. Diese Methode wurde früh entwickelt, und das mit dieser Methode hergestellte Polyethylen macht etwa 2/3 der gesamten Polyethylenproduktion aus. Mit der Entwicklung der Produktionstechnologie und der Katalysatoren ist seine Wachstumsrate jedoch weit hinter der Niederdruckmethode zurückgeblieben. In Bezug auf seine Implementierungsmethode umfasst die Niederdruckmethode die Aufschlämmungsmethode, die Lösungsmethode und die Gasphasenmethode. Die Aufschlämmungsmethode wird hauptsächlich zur Herstellung von Polyethylen hoher Dichte verwendet, während die Lösungsmethode und die Gasphasenmethode nicht nur Polyethylen hoher Dichte, sondern auch Polyethylen mittlerer und niedriger Dichte durch Zugabe von Comonomeren, auch bekannt als, herstellen können. lineares Polyethylen niedriger Dichte. In den letzten Jahren haben sich verschiedene Niederdruckverfahren rasant entwickelt. Das Mitteldruckverfahren wird noch immer nur von Philips verwendet und produziert hauptsächlich Polyethylen hoher Dichte.
Bei der Hochdruckmethode wird Sauerstoff oder Peroxid als Initiator verwendet, um Ethylen zu Polyethylen niedriger Dichte zu polymerisieren. Nach einer zweistufigen Kompression gelangt Ethylen in den Reaktor (Abbildung 3) und polymerisiert unter Einwirkung eines Initiators bei einem Druck von 100-300 MPa und einer Temperatur von 200-300 °C zu Polyethylen. Die Reaktanten werden durch Dekompression getrennt und das nicht umgesetzte Ethylen wird zurückgewonnen und recycelt. Das geschmolzene Polyethylen wird extrudiert und granuliert, nachdem Kunststoffadditive. (Siehe Farbbild)
Die verwendeten Polymerisationsreaktoren sind Rohrreaktoren (Rohrlänge kann 2000 m erreichen) und Kesselreaktoren. Die Single-Pass-Umwandlungsrate des Rohrprozesses beträgt 20 % bis 34 %, und die jährliche Produktionskapazität einer einzelnen Linie beträgt 100 kt. Die Single-Pass-Umwandlungsrate des Kesselprozesses beträgt 20 % bis 25 %, und die jährliche Produktionskapazität einer einzelnen Linie beträgt 180 kt.
Das Niederdruckverfahren wird in drei Typen unterteilt: Aufschlämmungsmethode, Lösungsmethode und Gasphasenmethode. Mit Ausnahme der Lösungsmethode liegt der Polymerisationsdruck unter 2 MPa. Die allgemeinen Schritte umfassen Katalysatorherstellung, Ethylenpolymerisation, Polymertrennung und Granulierung.
- Das im Slurry-Verfahren hergestellte Polyethylen ist im Lösungsmittel unlöslich und liegt in Form einer Aufschlämmung vor. Die Polymerisationsbedingungen des Slurry-Verfahrens sind mild und einfach durchzuführen. Alkylaluminium wird häufig als Aktivator und Wasserstoff als Molekulargewichtsregler verwendet. Häufig wird ein Kesselreaktor verwendet. Die aus dem Polymerisationskessel austretende Polymeraufschlämmung gelangt durch einen Entspannungskessel und einen Gas-Flüssigkeits-Abscheider zu einem Pulvertrockner und dann zur Granulierung (Abbildung 4). Der Produktionsprozess umfasst auch Schritte wie Lösungsmittelrückgewinnung und Lösungsmittelraffination. Durch Verwendung verschiedener Kombinationen von Polymerisationskesseln in Reihe oder parallel können Produkte mit unterschiedlichen Molekulargewichtsverteilungen erhalten werden.
- Die Lösungspolymerisation wird in einem Lösungsmittel durchgeführt, aber Ethylen und Polyethylen sind beide im Lösungsmittel gelöst und das Reaktionssystem ist eine homogene Lösung. Die Reaktionstemperatur (≥140°C) und der Druck (4-5MPa) sind relativ hoch. Die Merkmale sind kurze Polymerisationszeit, hohe Produktionsintensität und die Fähigkeit, hohe, mittlere und Polyethylen niedriger Dichteund eine bessere Kontrolle der Produkteigenschaften; das durch die Lösungsmethode erhaltene Polymer hat jedoch ein niedriges Molekulargewicht, eine enge Molekulargewichtsverteilung und einen niedrigen Feststoffgehalt.
- Gasphasenverfahren: Ethylen wird im gasförmigen Zustand polymerisiert, und im Allgemeinen wird ein Wirbelschichtreaktor verwendet. Es gibt zwei Arten von Katalysatoren: Chrom und Titan. Sie werden dem Bett quantitativ aus dem Lagertank zugegeben, und eine Hochgeschwindigkeitszirkulation des Ethylens wird verwendet, um die Verflüssigung des Betts aufrechtzuerhalten und die Polymerisationswärme abzuführen. Das erzeugte Polyethylen wird aus dem Boden des Reaktors abgelassen (Abbildung 5). Der Druck des Reaktors beträgt etwa 2 MPa und die Temperatur beträgt 85–100 °C. Das Gasphasenverfahren ist eine Produktionslinie für Polyethylen niedriger Dichte.
Die wichtigste Methode, die Gasphasenmethode, macht die Prozesse der Lösungsmittelrückgewinnung und Polymertrocknung überflüssig und spart im Vergleich zur Lösungsmethode 15 % der Investitionen und 10 % der Betriebskosten. Sie beträgt 30 % der Investitionen der herkömmlichen Hochdruckmethode und 1/6 der Betriebskosten. Daher wurde sie rasch weiterentwickelt. Allerdings muss die Gasphasenmethode hinsichtlich Produktqualität und -vielfalt noch weiter verbessert werden.
Bei der Mitteldruckmethode wird ein auf Kieselgel geladener Chromkatalysator verwendet, um Ethylen unter mittlerem Druck in einem Schleifenreaktor zu polymerisieren und hochdichtes Polyethylen herzustellen. Die Verarbeitung und Anwendung kann durch Blasformen, Extrusion, Spritzgießen und andere Verfahren erfolgen und wird häufig bei der Herstellung von Folien, Hohlprodukten, Fasern und Alltagsgegenständen verwendet. Bei der tatsächlichen Produktion muss eine kleine Menge Kunststoffzusatz hinzugefügt werden, um die Stabilität von Polyethylen gegenüber ultravioletter Strahlung und Oxidation zu verbessern und die Verarbeitungs- und Verwendungsleistung zu verbessern. Häufig verwendete UV-Absorber sind o-Hydroxybenzophenon oder seine Alkoxyderivate usw., und Ruß ist ein ausgezeichnetes UV-Schutzmittel. Darüber hinaus werden Antioxidantien, Schmiermittel, Farbstoffe usw. hinzugefügt, um den Anwendungsbereich von Polyethylen weiter zu erweitern.
Chinesischer Markt
Auf dem chinesischen Markt ist Polyethylen mittlerer Dichte (MDPE) anscheinend ein neuer Begriff. Da seine Leistung jedoch zwischen der von Polyethylen hoher Dichte (HDPE) und Polyethylen niedriger Dichte (LDPE) liegt, verfügt es nicht nur über die Steifigkeit von HDPE, sondern auch über die Flexibilität und Kriechfestigkeit von LDPE und kombiniert die Vorteile beider Materialien. Es ist bei der Herstellung von Gas- und Wasserverteilungsrohren sowie Kommunikations- und Kabelummantelungen absolut im Vorteil und erregt daher zunehmend die Aufmerksamkeit des Marktes. Einzigartige Leistung begründet Marktposition: MDPE hat sich in den letzten Jahren aufgrund seiner guten Beständigkeit gegen umweltbedingte Spannungsrisse, Schweißbarkeit und langen Lebensdauer rasant weiterentwickelt. Seine Verwendung hat schnell zugenommen. MDPE gilt als das weltweit am besten geeignete Ummantelungsmaterial für Kommunikationskabel und Glasfaserkabel.
Im Ausland ist die Entwicklung von MDPE mit LDPE synchronisiert Kunststoffrohstoffe und HDPE-Kunststoffrohstoffe. Dow Chemical Co., Ltd. hat mithilfe der Insite-Technologie erfolgreich das verbesserte PE-Harz DOW LEX2344 E entwickelt. Dieses Harz ist ein sehr stabiles MDPE, ein Ethylen-Octen-Copolymerharz mit einer speziellen linearen Ethylen-Hauptkette und Octen-Seitenketten, mit überragender Zähigkeit und hervorragender Wasserdruckbeständigkeit auf lange Sicht. Borealis hat verschiedene MDPE-Sorten entwickelt, die weithin bei der Herstellung von Erdgasleitungen, Trinkwasserleitungen, geschäumten Koaxialkabeln, geschäumten isolierten Telefontafeln sowie Kommunikations- und Stromkabelummantelungen verwendet werden. Unter diesen wurde aus dem mithilfe der Bimodal-Technologie von North Star produzierten PE100-Harz erfolgreich das größte Rohr der Welt mit einem Durchmesser von 1600 mm extrudiert. Samsung aus Südkorea hat eine Reihe von MDPE-Produkten in Rotationsformqualität entwickelt, die hauptsächlich für Chemikalienlagertanks, Spielzeuge, Öltanks und Wassertanks verwendet werden. SK aus Südkorea verwendet Mitsui- und Sclairtech-Verfahren für HDPE-Geräte und kombiniert deren Vorteile, um MDPE-Produkte in Rotationsformung, Rohrbeschichtung, Spritzguss und Drahtziehen zu entwickeln. In Europa hat MDPE eine beherrschende Stellung auf dem Markt für Druckrohre für die Gas- und Wasserverteilung eingenommen. Im Bereich der Gasverteilungsrohre mit großem Durchmesser (über 100 mm Außendurchmesser), Gastransportrohre (über 300 mm Außendurchmesser) und Wasserverteilungsrohre (über 200 mm Außendurchmesser) hat MDPE großes Potenzial für den Einstieg in die Metall- und Polyvinylchlorid Gebiete. Allein für Wasserverteilungsrohre beträgt der jährliche MDPE-Verbrauch in Europa 160,000 Tonnen.
Das Tempo der chinesischen Forschung und Entwicklung muss beschleunigt werden: Die Entwicklung von MDPE-Harz auf dem chinesischen Markt hinkt hinterher und es gibt nicht viele Produkte auf dem Markt. Die meisten Kabelmantelhersteller können nur verwenden Vermischung. Die von Maoming Petrochemical und Zhongyuan Ethylene Company eingeführten Produktionsanlagen für Polyethylen hoher Dichte verfügen über MDPE-Sorten wie das Rohrmaterial DGDA-2401 und für Rotationsformen DNDD-7152, aber die Produktion ist sehr gering. Die von der Yanhua Company neu eingeführte LDPE-Produktionseinheit von EXXON Chemical Company mit einer Kapazität von 200,000 Tonnen/Jahr verfügt über drei MDPE-Sorten (117, 151, 157) mit Dichtewerten im Bereich von 0.9280 g/cm³ bis 0.9355 g/cm³. Zwei der Sorten, 117 und 151, haben 600 Tonnen Produkte hergestellt, aber die Produktdichte ist gering und es handelt sich nicht um ein Copolymerprodukt. Es weist eine schlechte Spannungsrissbeständigkeit auf und ist nicht für die Herstellung von Druckrohren wie Gasrohren geeignet. Die 250,000 von der Shanghai Petrochemical Company in Betrieb genommene Polyethylenanlage mit einer Kapazität von 2004 Tonnen pro Jahr verwendet die bimodale Polyethylentechnologie von Borealis Chemicals und kann Spezialmaterialien für PE100-Rohre produzieren. Die Produktsortierung wird jedoch erst 2004 abgeschlossen sein, was bedeutet, dass die in China verwendeten Rohstoffe weiterhin importiert werden müssen. Das Marktnachfragepotenzial ist beträchtlich: Die Bereiche, in denen MDPE in China verwendet wird, umfassen Draht- und Kabelummantelungsmaterialien, Wasserleitungen, unterirdische Gasleitungen, landwirtschaftliche Bewässerungsschläuche (-bänder) usw., und die Nachfrage nach Verwendung steigt.
Die meisten Hersteller verwenden HDPE und LDPE zur Herstellung von MDPE-Kommunikationskabeln und Glasfaserkabelmantelmaterialien mit einer jährlichen Produktion von etwa 30,000 Tonnen. Gasrohrmaterialien müssen gut schweißbar, spannungsrissbeständig und rissbeständig sein, und alle Hersteller verwenden importierte MDPE-Rohstoffe. Landwirtschaftliche Bewässerungsschläuche (-bänder) sind ebenfalls ein Anwendungsbereich von MDPE. Um die Preise zu senken und die Produktionskosten zu kontrollieren, verwenden nur wenige dieser Hersteller importiertes MDPE und die meisten verwenden chinesisches LDPE und LLDPE. Einige Hersteller fügen der Mischung eine kleine Menge HDPE hinzu, um die Steifigkeit zu erhöhen. Der weltbeste automatische Sprinkler mit Schlauchaufroller ist ein Sprinkler, der für die Bedingungen in China geeignet ist. Der auf der Maschine aufgewickelte PE-Schlauch muss nicht nur Biegung, Zugspannung und innerem Wasserdruck standhalten, sondern auch Bodenreibung, Sonne und Regen, Wechsel zwischen Hitze und Kälte und anderen kombinierten Effekten standhalten. MDPE-Rohre wurden im Ausland entwickelt, um die Lebensdauer des Schlauchs mit der des Sprinklers zu synchronisieren. China hat diesen Sprinklertyp Mitte bis Ende der 1980er Jahre entwickelt. Es gibt jedoch keinen Bericht über die erfolgreiche Entwicklung von qualitativ hochwertigen MDPE-Schläuchen, die diesem entsprechen, und die Marktnachfrage liegt bei etwa 20,000 bis 30,000 Tonnen/Jahr. Die Entwicklung der West-Ost-Gasübertragungs- und West-Ost-Stromübertragungsprojekte im Westentwicklungsbereich sowie der Bau von städtischen Erdgasübertragungspipelines, städtischen und ländlichen Wasser- und Gaspipelines und Chinas Status als großes Agrarland zeichnen allesamt eine glänzende Zukunft für den neuen Favoriten der PE-Familie – MDPE und seine Produkte. Für den chinesischen Markt haben chinesische Benutzer jedoch sowohl rational als auch emotional ein sehr unzureichendes Verständnis von MDPE. Man geht jedoch davon aus, dass MDPE durch die verstärkte Bekanntheit und Entwicklung der MDPE-Marken allmählich von der Bevölkerung anerkannt wird und immer mehr herausragende Beiträge zum Aufbau und zur Entwicklung des Landes leistet.
