Polyethylen (PE) ist ein thermoplastischem Harz, das durch Polymerisation von Ethylenmonomeren gewonnen wird. In der Industrie umfasst es auch Copolymere aus Ethylen und einer kleinen Menge α-Olefinen. Polyethylen ist geruchlos, ungiftig, fühlt sich wie Wachs an und weist eine ausgezeichnete Niedertemperaturbeständigkeit auf (die niedrigste Betriebstemperatur kann -100 bis -70 °C erreichen). Es weist eine gute chemische Stabilität auf, da die Polymermoleküle durch Kohlenstoff-Kohlenstoff-Einfachbindungen verbunden sind, und ist korrosionsbeständig gegenüber den meisten Säuren und Basen (nicht beständig gegenüber oxidierenden Säuren). Es ist bei Raumtemperatur in üblichen Lösungsmitteln unlöslich, nimmt wenig Wasser auf und verfügt über eine ausgezeichnete elektrische Isolierung.
Polyethylen ist sehr empfindlich gegenüber Umweltbelastungen (chemische und mechanische Einflüsse) und kann mit allgemeinen thermoplastischen Formverfahren verarbeitet werden. Polyethylen hat ein breites Anwendungsspektrum, hauptsächlich zur Herstellung von Folien, Verpackungsmaterialien, Behältern, Rohren, Monofilamenten, Drähten und Kabeln, Alltagsgegenständen usw. und kann als Hochfrequenz-Isolationsmaterial für Fernseher, Radargeräte usw. verwendet werden. Mit der Entwicklung der Petrochemie hat sich die Polyethylenproduktion rasant entwickelt und ihre Produktion macht etwa 1/4 der gesamten Kunststoffproduktion aus. Ab 2021 beträgt die weltweite Gesamtproduktionskapazität 133 Millionen Tonnen, und es wird erwartet, dass die weltweite Produktionskapazität bis Ende 2023 157.02 Millionen Tonnen erreichen wird.
Am 27. Oktober 2017 veröffentlichte die Internationale Agentur für Krebsforschung der Weltgesundheitsorganisation eine vorläufige Referenzliste von Karzinogenen und Polyethylen wurde in die Liste der Karzinogene der Klasse 3 aufgenommen.
Forschungsgeschichte
Polyethylen wurde erstmals 1922 von ICI in Großbritannien synthetisiert. 1933 entdeckte Brunner Mond Chemical Industries in Großbritannien, dass Ethylen unter hohem Druck polymerisiert werden kann, um Polyethylen herzustellen. Dieses Verfahren wurde 1939 industriell eingesetzt und ist allgemein als Hochdruckverfahren bekannt. 1953 entdeckte K. Ziegler aus der Bundesrepublik Deutschland, dass Ethylen unter Verwendung von TiCl4-Al(C2H5)3 als Katalysator auch unter relativ niedrigem Druck polymerisiert werden kann. Dieses Verfahren wurde 1955 von der Firma Hoechst in der Bundesrepublik Deutschland industriell eingesetzt und ist allgemein als Niederdruckpolyethylen bekannt. In den frühen 1950er Jahren verwendeten die Phillips Oil Company und die Mobil Oil Company Chromoxid- bzw. Molybdänoxid-Katalysatoren, um Polyethylen hoher Dichte bei relativ niedrigen Temperaturen und niedrigem Druck herzustellen, und erreichten 1957 die industrielle Produktion. In den 1960er Jahren begann DuPont in Kanada, Ethylen und a-Olefine zu verwenden, um Polyethylen niedriger Dichte im Lösungsverfahren herzustellen. 1977 verwendeten Union Carbide und Dow Chemical Company in den Vereinigten Staaten nacheinander Niederdruckverfahren zur Herstellung von Polyethylen niedriger Dichte, genannt lineares Polyethylen niedriger Dichte. Unter ihnen war die Gasphasenmethode von Union Carbide die wichtigste. Die Leistung von linearem Polyethylen niedriger Dichte ist der von Polyethylen niedriger Dichte ähnlich, weist jedoch auch einige Eigenschaften von Polyethylen hoher Dichte auf. Darüber hinaus ist der Energieverbrauch bei der Herstellung gering, sodass es sich sehr schnell entwickelt hat und zu einem der auffälligsten neuen Kunstharze geworden ist.
Die Kerntechnologie des Niederdruckverfahrens ist der Katalysator. TiCl4-Al(C2H5)3, erfunden von Ziegler aus Deutschland, ist der Katalysator der ersten Generation für Polyolefine. Seine katalytische Effizienz ist gering und pro Gramm Titan können etwa mehrere Kilogramm Polyethylen gewonnen werden. 1963 entwickelte das belgische Unternehmen Solvay als Erster einen Katalysator der zweiten Generation mit Magnesiumverbindungen als Träger, dessen katalytische Effizienz Zehn- bis Hunderttausende Gramm Polyethylen pro Gramm Titan erreichte. Durch die Verwendung eines Katalysators der zweiten Generation kann auch die Nachbehandlung zur Entfernung von Katalysatorrückständen eingespart werden. Später wurde ein hocheffizienter Katalysator für die Gasphasenmethode entwickelt. 1975 entwickelte die italienische Monte Edison Group einen Katalysator, mit dem die Granulierung eingespart und direkt sphärisches Polyethylen hergestellt werden kann. Dieser Katalysator der dritten Generation stellt eine weitere Revolution in der Herstellung von Polyethylen hoher Dichte dar.
Klassifikation
Polyethylen kann in Polyethylen hoher Dichte (HDPE), Polyethylen niedriger Dichte (LDPE), lineares Polyethylen niedriger Dichte (LLDPE) und Polyethylen ultrahochmolekularen Gewichts (UHMWPE), abhängig von der Polymerisationsmethode, dem Molekulargewicht und der Kettenstruktur.
LDPE
Eigenschaften: Geschmacksneutral, geruchlos, ungiftig, matte Oberfläche, milchig-weiße Wachspartikel, Dichte ca. 0.920 g/cm3, Schmelzpunkt 108 °C bis 126 °C. Unlöslich in Wasser, schwach löslich in Kohlenwasserstoffen usw. Korrosionsbeständig gegenüber den meisten Säuren und Basen, geringe Wasseraufnahme, behält seine Weichheit auch bei niedrigen Temperaturen und hohe elektrische Isolierung.
Produktionsverfahren: Es gibt hauptsächlich zwei Arten: Hochdruckrohrverfahren und Kesselverfahren. Um die Reaktionstemperatur und den Reaktionsdruck zu senken, wird beim Rohrverfahren im Allgemeinen ein Niedertemperatur- und Hochaktivitätsinitiator verwendet, um das Polymerisationssystem zu starten. Es verwendet hochreines Ethylen als Hauptrohstoff, Propylen, Propan usw. als Dichteregler und verwendet Hochaktivitätsinitiatoren, um Polymerisationsreaktionen bei etwa 200 °C bis 330 °C und 150 bis 300 MPa durchzuführen. Ethylen und Niederdruck-Zirkulationsgas werden im vorderen Turbokompressor auf 25 bis 30 MPa komprimiert und dann vom hinteren Kolben-Ultrahochdruckkompressor auf den Reaktionsdruck (250 bis 320 MPa) komprimiert. Sie werden auf 150 bis 200 °C vorgewärmt und dann in den Rohrreaktor geleitet. Im Rohrreaktor wird die Polymerisationsreaktion unter Verwendung von Luft, Sauerstoff oder organischem Peroxid als Initiator durchgeführt. Nach dem Abkühlen wird das Reaktionsprodukt extrahiert und das Polymer und nicht umgesetztes Ethylen im Hochdruckabscheider getrennt.
Verwendung: Wird hauptsächlich als Agrarfolie, Industrieverpackungsfolie, Verpackungsfolie für Arzneimittel und Lebensmittel, für mechanische Teile, Artikel des täglichen Bedarfs, Baumaterialien, Draht- und Kabelisolierung, Beschichtung und synthetisches Papier usw. verwendet.
LLDPE
Eigenschaften: Aufgrund der erheblichen Unterschiede in der Molekularstruktur von LLDPE und LDPE unterscheiden sich auch ihre Eigenschaften. Im Vergleich zu LDPE weist LLDPE eine hervorragende Beständigkeit gegen umweltbedingte Spannungsrisse und elektrische Isolierung sowie eine höhere Hitzebeständigkeit, Schlagfestigkeit und Durchstoßfestigkeit usw. auf. Produktionsprozess: LLDPE-Harz wird hauptsächlich unter Verwendung von Polyethylen hoher Dichte hergestellt. Die repräsentativen Produktionsverfahren sind das Innovene-Verfahren und das Unipol-Verfahren von UCC.
Verwendung: Kann zur Herstellung von Folien, Gegenständen des täglichen Bedarfs, Rohren, Drähten und Kabeln usw. verwendet werden.
HDPE
Eigenschaften: Natürliche Farbe, zylindrische oder abgeflachte Partikel, glatte Partikel, die Größe der Partikel in jeder Richtung sollte 2 bis 5 mm betragen, frei von mechanischen Verunreinigungen und thermoplastisch. Das Pulver ist weiß und qualifizierte Produkte dürfen eine leicht gelbe Farbe aufweisen. Es ist bei Raumtemperatur in allgemeinen Lösungsmitteln unlöslich, kann jedoch nach längerem Kontakt in aliphatischen Kohlenwasserstoffen, aromatischen Kohlenwasserstoffen und halogenierten Kohlenwasserstoffen aufquellen und ist über 70 °C in Toluol und Amylacetat leicht löslich. Es oxidiert, wenn es an der Luft erhitzt und durch Sonnenlicht beeinflusst wird. Es widersteht der Korrosion durch die meisten Säuren und Basen. Es hat eine geringe Wasseraufnahme, behält seine Flexibilität auch bei niedrigen Temperaturen und verfügt über eine hohe elektrische Isolierung.
Herstellungsverfahren: Es werden zwei Herstellungsverfahren verwendet: Gasphasenmethode und Slurry-Methode.
Verwendung: Es kann zur Herstellung von Folienprodukten, verschiedenen Hohlbehältern unterschiedlicher Größe für den täglichen Bedarf und die industrielle Nutzung, Rohren, kalandrierten Bändern und Ligaturen für Verpackungen, Seilen, Fischernetzen und Webfasern, Drähten und Kabeln usw. verwendet werden.
UHMWPE
Polyethylen mit ultrahohem Molekulargewicht (UHMWPE) ist ein allgemeiner Begriff für Polyethylen mit einem Molekulargewicht von mehr als 1 Million. Es wird hauptsächlich in High-End-Bereichen verwendet, wie Kunststoffmodifikation, Rohre, hochfeste Platten, Fasern usw. Polyethylen mit ultrahohem Molekulargewicht wird durch die Polymerisation von Ethylen hergestellt. Der Produktionsprozess ähnelt dem von gewöhnlichem Polyethylen hoher Dichte in Aufschlämmung. Beide verwenden Ziegler-Katalysatoren, um Ethylen unter bestimmten Bedingungen zu polymerisieren, d. h. Ethylenpolymerisation, Trennung und Trocknung.
Leistung
Allgemeine Merkmale
Polyethylenharz ist ein ungiftiges, geruchloses weißes Pulver oder Granulat mit milchig-weißem Aussehen und wachsartigem Griff. Es hat eine niedrige Wasserabsorptionsrate von weniger als 0.01 %. Polyethylenfolie ist transparent und nimmt mit zunehmender Kristallinität ab. Polyethylenfolie hat eine geringe Wasserdurchlässigkeit, aber eine hohe Luftdurchlässigkeit. Es ist nicht für Frischhalteverpackungen geeignet, aber für feuchtigkeitsdichte Verpackungen. Es ist entflammbar und hat einen Sauerstoffindex von 17.4. Es erzeugt beim Verbrennen wenig Rauch und eine kleine Menge geschmolzener Tröpfchen. Die Flamme ist oben gelb und unten blau und hat einen Paraffingeruch. Polyethylen ist gut wasserbeständig. Die Oberfläche des Produkts ist unpolar und schwer zu verkleben und zu bedrucken, was durch Oberflächenbehandlung verbessert werden kann. Es hat viele Seitenketten, was es wenig beständig gegen Lichtabbau und Oxidation macht.
Das Molekulargewicht von Polyethylen liegt im Bereich von 10,000 bis 100,000. Das Molekulargewicht von Polyethylen liegt über 100,000 und wird als ultrahochmolekulares Polyethylen bezeichnet. Je höher das Molekulargewicht, desto besser sind seine physikalischen und mechanischen Eigenschaften und desto näher kommt es den Anforderungen an technische Materialien. Je höher das Molekulargewicht ist, desto schwieriger ist es jedoch zu verarbeiten. Der Schmelzpunkt von Polyethylen liegt bei 100 bis 130 °C und es weist eine ausgezeichnete Niedertemperaturbeständigkeit auf. Es kann auch bei -60 °C noch gute mechanische Eigenschaften beibehalten und die Betriebstemperatur liegt bei 80 bis 110 °C.
Bei Raumtemperatur ist es in allen bekannten Lösungsmitteln unlöslich, kann jedoch bei Temperaturen über 70 °C in kleinen Mengen in Toluol, Amylacetat, Trichlorethylen und anderen Lösungsmitteln gelöst werden.
Chemische Eigenschaften
Polyethylen weist eine gute chemische Stabilität auf. Bei Raumtemperatur ist es beständig gegen verdünnte Salpetersäure, verdünnte Schwefelsäure und jede Konzentration von Salzsäure, Flusssäure, Phosphorsäure, Ameisensäure, Ammoniak, Aminen, Wasserstoffperoxid, Natriumhydroxid, Kaliumhydroxid und anderen Lösungen. Es ist jedoch nicht korrosionsbeständig gegenüber starken oxidierenden Säuren wie rauchender Schwefelsäure, konzentrierter Salpetersäure und einer Mischung aus Chromsäure und Schwefelsäure. Bei Raumtemperatur korrodiert es Polyethylen langsam. Bei 90–100 °C korrodieren konzentrierte Schwefelsäure und konzentrierte Salpetersäure Polyethylen schnell und führen zu dessen Zerstörung oder Zersetzung. Polyethylen wird leicht photooxidiert, thermisch oxidiert und durch Ozon zersetzt. Es wird leicht durch Einwirkung von ultravioletten Strahlen abgebaut. Ruß hat eine ausgezeichnete lichtabschirmende Wirkung auf Polyethylen. Nach der Bestrahlung kann es auch Reaktionen wie Vernetzung, Kettenbruch und die Bildung ungesättigter Gruppen eingehen.
Mechanische Eigenschaften
Die mechanischen Eigenschaften von Polyethylen sind durchschnittlich, mit geringer Zugfestigkeit, schlechter Kriechfestigkeit und guter Schlagfestigkeit. Schlagfestigkeit LDPE > LLDPE > HDPE und andere mechanische Eigenschaften LDPE < LLDPE < HDPE. Sie wird hauptsächlich durch Dichte, Kristallstruktur und relatives Molekulargewicht beeinflusst. Mit zunehmenden Werten dieser Indikatoren verbessern sich die mechanischen Eigenschaften. Die Beständigkeit gegen umweltbedingte Spannungsrisse ist schlecht, verbessert sich jedoch mit zunehmendem relativen Molekulargewicht. Die Durchstoßfestigkeit ist gut, wobei LLDPE am besten ist.
Thermische Eigenschaften
Die Hitzebeständigkeit von Polyethylen ist nicht hoch, verbessert sich jedoch mit zunehmender relativer Molekularmasse und Kristallstruktur. Es weist eine gute Kältebeständigkeit auf und seine Versprödungstemperatur kann im Allgemeinen unter -50 °C liegen; mit zunehmender relativer Molekularmasse kann es ein Minimum von -140 °C erreichen. Der lineare Ausdehnungskoeffizient von Polyethylen ist groß und kann bis zu (20~24)×10-5/K erreichen. Die Wärmeleitfähigkeit ist relativ hoch.
Elektrische Eigenschaften
Da Polyethylen unpolar ist, weist es hervorragende elektrische Eigenschaften wie geringe dielektrische Verluste und hohe Durchschlagsfestigkeit auf. Es kann als Frequenzmodulationsisolationsmaterial, koronaresistenter Kunststoff und Hochspannungsisolationsmaterial verwendet werden.
Umwelteigenschaften
Polyethylen ist ein inertes Alkanpolymer mit guter chemischer Stabilität. Es ist bei Raumtemperatur korrosionsbeständig gegenüber Säuren, Laugen und salzhaltigen wässrigen Lösungen, jedoch nicht beständig gegenüber starken Oxidationsmitteln wie rauchender Schwefelsäure, konzentrierter Salpetersäure und Chromsäure. Polyethylen ist in üblichen Lösungsmitteln unter 60 °C unlöslich, quillt jedoch auf oder reißt, wenn es über längere Zeit mit aliphatischen Kohlenwasserstoffen, aromatischen Kohlenwasserstoffen, halogenierten Kohlenwasserstoffen usw. in Kontakt kommt. Bei Temperaturen über 70 °C kann es in kleinen Mengen in Toluol, Amylacetat, Trichlorethylen, Terpentin, Mineralöl und Paraffin gelöst werden.
Da Polyethylenmoleküle eine kleine Menge an Doppelbindungen und Etherbindungen enthalten, führt die Einwirkung von Sonnenlicht und Regen zur Alterung. Um dies zu verbessern, müssen Antioxidantien und Lichtstabilisatoren hinzugefügt werden.
Verarbeitungseigenschaften
LDPE und HDPE haben eine gute Fließfähigkeit, eine niedrige Verarbeitungstemperatur, eine mäßige Viskosität, eine niedrige Zersetzungstemperatur und zersetzen sich nicht bei hohen Temperaturen von 300 °C in einem Inertgas. Sie sind also Kunststoffe mit guten Verarbeitungseigenschaften. LLDPE hat jedoch eine etwas höhere Viskosität, was eine Erhöhung der Motorleistung um 20–30 % erfordert. Es neigt zum Schmelzbruch, was eine Vergrößerung des Düsenspalts und die Zugabe von Verarbeitungshilfsmitteln erfordert. Außerdem ist die Verarbeitungstemperatur mit 200–215 °C etwas höher. Polyethylen hat eine geringe Wasseraufnahmerate und muss vor der Verarbeitung nicht getrocknet werden.
Polyethylenschmelze ist eine nicht-newtonsche Flüssigkeit. Ihre Viskosität schwankt leicht mit der Temperatur, nimmt jedoch mit zunehmender Schergeschwindigkeit in linearer Beziehung schnell ab. Unter ihnen nimmt die Viskosität bei LLDPE am langsamsten ab.
Polyethylenprodukte neigen dazu, während des Abkühlungsprozesses zu kristallisieren. Daher sollte während der Verarbeitung auf die Formtemperatur geachtet werden, um die Kristallinität des Produkts zu kontrollieren und ihm unterschiedliche Eigenschaften zu verleihen. Polyethylen weist eine hohe Formschrumpfungsrate auf, die bei der Gestaltung der Form berücksichtigt werden muss.
Geändert
Die modifizierten Polyethylensorten umfassen hauptsächlich chloriertes Polyethylen, chlorsulfoniertes Polyethylen, vernetztes Polyethylen und gemischte modifizierte Sorten.
Chloriertes Polyethylen: Ein zufälliges Chlorid, das durch teilweisen Ersatz von Wasserstoffatomen in Polyethylen durch Chlor gewonnen wird. Die Chlorierung erfolgt unter Einwirkung von Licht oder Peroxid und wird in der Industrie hauptsächlich durch die wässrige Suspensionsmethode hergestellt. Aufgrund der Unterschiede im Molekulargewicht und der Verteilung des Rohpolyethylens, des Verzweigungs- und Chlorierungsgrads nach der Chlorierung, der Verteilung der Chloratome und der Restkristallinität kann chloriertes Polyethylen von Gummi bis zu Hartplastik erhalten werden. Seine Hauptverwendung ist als Modifikator für Polyvinylchlorid zur Verbesserung der Schlagfestigkeit von Polyvinylchlorid. Chloriertes Polyethylen selbst kann auch als elektrisches Isoliermaterial und Erdungsmaterial verwendet werden.
Chlorsulfoniertes Polyethylen: Wenn Polyethylen mit chlorhaltigem Schwefeldioxid reagiert, werden einige der Wasserstoffatome im Molekül durch Chlor und eine kleine Menge Sulfonylchloridgruppen ersetzt, wodurch chlorsulfoniertes Polyethylen entsteht. Das wichtigste industrielle Herstellungsverfahren ist die Suspensionsmethode. Chlorsulfoniertes Polyethylen weist eine gute Ozonbeständigkeit, chemische Korrosionsbeständigkeit, Ölbeständigkeit, Hitzebeständigkeit, Lichtbeständigkeit, Verschleißfestigkeit und Zugfestigkeit auf. Es ist ein Elastomer mit guten Gesamteigenschaften und kann zur Herstellung von Geräteteilen verwendet werden, die mit Lebensmitteln in Kontakt kommen.
Vernetztes Polyethylen: Lineares Polyethylen wird durch Strahlung (Röntgen-, Elektronenstrahl- oder UV-Bestrahlung usw.) oder chemische Verfahren (Peroxid- oder Silikonvernetzung) zu einem netzartigen oder körperförmigen vernetzten Polyethylen verarbeitet. Die Silikonvernetzung ist ein einfaches Verfahren mit geringen Betriebskosten; Formgebung und Vernetzung können in zwei Schritten erfolgen. Blasformen und Spritzgießen sind geeignet. Die Hitzebeständigkeit, die Beständigkeit gegen Spannungsrisskorrosion und die mechanischen Eigenschaften von vernetztem Polyethylen sind deutlich besser als die von Polyethylen und eignen sich für große Rohre, Kabel und Drähte sowie für Rotationsformteile.
Vermischung Modifikation von Polyethylen: Nachdem lineares Polyethylen niedriger Dichte und Polyethylen niedriger Dichte gemischt wurden, können sie zur Verarbeitung von Folien und anderen Produkten verwendet werden, und die Produktleistung ist besser als die von Polyethylen niedriger Dichte. Durch Mischen von Polyethylen und Ethylen-Propylen-Kautschuk kann ein weit verbreitetes thermoplastisches Elastomer erzeugt werden.
Produktionsprozess
Polyethylen kann je nach Polymerisationsdruck in Hochdruckverfahren, Mitteldruckverfahren und Niederdruckverfahren unterteilt werden.
Das Hochdruckverfahren wird zur Herstellung von Polyethylen niedriger Dichte verwendet. Dieses Verfahren wurde schon früh entwickelt und das mit diesem Verfahren 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 Umsetzungsmethoden umfasst das Niederdruckverfahren das Aufschlämmungsverfahren, das Lösungsverfahren und das Gasphasenverfahren. Das Aufschlämmungsverfahren wird hauptsächlich zur Herstellung von Polyethylen hoher Dichte verwendet, während das Lösungsverfahren und das Gasphasenverfahren nicht nur Polyethylen hoher Dichte, sondern durch Zugabe von Comonomeren auch Polyethylen mittlerer und niedriger Dichte herstellen können, auch bekannt als lineares Polyethylen niedriger Dichte. Verschiedene Niederdruckverfahren entwickeln sich schnell.
Hochdruckverfahren
Ein Verfahren zur Polymerisation von Ethylen zu Polyethylen niedriger Dichte unter Verwendung von Sauerstoff oder Peroxid als Initiator. Nach einer zweistufigen Kompression gelangt Ethylen in den Reaktor 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 reduzierten Druck getrennt und das nicht umgesetzte Ethylen wird zurückgewonnen und recycelt. Das geschmolzene Polyethylen wird extrudiert und granuliert, nachdem Kunststoffadditive.
Die verwendeten Polymerisationsreaktoren sind Rohrreaktoren (Rohrlänge kann 2000 m erreichen) und Tankreaktoren. Das Rohrverfahren hat eine Single-Pass-Umwandlungsrate von 20 bis 34 % und eine Einzellinien-Jahresproduktionskapazität von 100 kt. Das Tankverfahren hat eine Single-Pass-Umwandlungsrate von 20 bis 25 % und eine Einzellinien-Jahresproduktionskapazität von 180 kt.
Niederdruckmethode
Es gibt drei Arten von Polymerisationsverfahren: Aufschlämmungsmethode, Lösungsmethode und Gasphasenmethode. Mit Ausnahme der Lösungsmethode liegt der Polymerisationsdruck unter 2 MPa. Die allgemeinen Schritte umfassen Katalysatorherstellung, Ethylenpolymerisation, Polymertrennung und Granulierung.
① Aufschlämmungsmethode: Das hergestellte Polyethylen ist im Lösungsmittel unlöslich und liegt in Form einer Aufschlämmung vor. Die Polymerisationsbedingungen der Aufschlämmungsmethode 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, einen Gas-Flüssigkeits-Abscheider, zu einem Pulvertrockner und dann zur Granulierung. 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.
② Lösungsmethode: Die Polymerisation 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 geringeres Molekulargewicht, eine enge Molekulargewichtsverteilung und einen geringeren Feststoffgehalt.
③ Gasphasenmethode: Ethylen wird im gasförmigen Zustand polymerisiert, im Allgemeinen in einem Wirbelschichtreaktor. Es gibt zwei Arten von Katalysatoren, Chrom und Titan, die dem Bett quantitativ aus einem Lagertank hinzugefügt werden. Eine Hochgeschwindigkeitszirkulation von Ethylen wird verwendet, um die Verflüssigung des Betts aufrechtzuerhalten und die Wärme der Polymerisationsreaktion abzuführen. Das erzeugte Polyethylen wird aus dem Boden des Reaktors abgelassen. Der Druck des Reaktors beträgt etwa 2 MPa und die Temperatur beträgt 85–100 °C. Das Gasphasenverfahren ist das wichtigste Verfahren zur Herstellung von linearem Polyethylen niedriger Dichte. Das Gasphasenverfahren macht die Schritte der Lösungsmittelrückgewinnung und Polymertrocknung überflüssig und spart im Vergleich zum Lösungsverfahren 15 % der Investitionen und 10 % der Betriebskosten. Es sind 30 % der Investitionen des herkömmlichen Hochdruckverfahrens und 1/6 der Betriebskosten. Daher hat es sich schnell entwickelt. Das Gasphasenverfahren muss jedoch hinsichtlich der Produktqualität und -vielfalt weiter verbessert werden.
Mitteldruckverfahren
Polyethylen hoher Dichte wird durch die Polymerisation von Ethylen bei mittlerem Druck in einem Schleifenreaktor unter Verwendung eines auf Kieselgel aufgebrachten Chromkatalysators hergestellt.
Verarbeitung und Anwendung: Es kann durch Blasformen, Extrusion, Spritzgießen und andere Verfahren verarbeitet werden 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 gegen ultraviolette Strahlen und Oxidation zu verbessern und die Verarbeitung und Leistung zu verbessern. Häufig verwendete UV-Absorber sind o-Hydroxybenzophenon oder seine Alkoxyderivate, und Ruß ist ein ausgezeichnetes UV-Schutzmittel. Darüber hinaus werden Antioxidantien, Schmiermittel, Farbstoffe usw. hinzugefügt, um den Anwendungsbereich von Polyethylen weiter zu erweitern.
Metallocene Polyethylen-Technologie
Die Metallocen-Polyethylen-Technologie nutzt aktuelle Polyethylenprozesse, um Polyethylenprodukte mit enger Molekulargewichtsverteilung unter Verwendung von Metallocen-Katalysatoren oder Nicht-Metallocen-Katalysatoren herzustellen. Zu den ausländischen Produktionsunternehmen zählen Dow, ExxonMobil, LG und Mitsui, während zu den chinesischen Unternehmen Qilu, Daqing und Dushanzi zählen. Derzeit entwickeln auch Guangzhou Petrochemical, Yangtze Petrochemical und Maoming Petrochemical aktiv Metallocen-Produkte.
Metallocen-Polyethylenprodukte verfügen über ausgezeichnete optische Eigenschaften und eine hohe Transparenz; sie weisen ein gutes Gleichgewicht zwischen Steifigkeit und Zähigkeit auf, sind förderlich für die Verdünnung und Harzvereinfachung, weisen eine ausgezeichnete Durchstoßfestigkeit und Zugfestigkeit auf und bieten große Vorteile bei niedrigen Temperaturen sowie bei Schrumpffolien- und Schlauchmaterialien.
Bestimmung des Molekulargewichts von Polyethylen
Das Molekulargewicht und die Molekulargewichtsverteilung von Polyethylen hoher Dichte (HDPE) und Polyethylen niedriger Dichte (LDPE) werden hauptsächlich durch Gelpermeationschromatographie (GPC) gemessen. Bei Polyethylen mit ultrahohem Molekulargewicht (UHMWPE) weist die herkömmliche GPC-Testmethode jedoch bestimmte Schwierigkeiten auf, wie etwa ungeeignete Chromatographiesäulen, begrenztes Molekulargewicht von Standardproben und Schwierigkeiten bei der Probenauflösung, was dazu führt, dass die Testgenauigkeit und Wiederholbarkeit die Anforderungen nicht erfüllen. Derzeit wird das Molekulargewicht von UHMWPE-Proben hauptsächlich mit der Viskositätsmethode gemessen.
Anwendungen
Hochdruck-Polyethylen: Mehr als die Hälfte wird in Folienprodukten verwendet, gefolgt von Rohren, Spritzgussprodukten, Drahtumwicklungen usw.
Mittel- und Niederdruck-Polyethylen: hauptsächlich Spritzgussprodukte und Hohlprodukte.
Ultrahochdruck-Polyethylen: Aufgrund seiner hervorragenden Gesamteigenschaften kann ultrahochmolekulares Polyethylen verwendet werden als technischer Kunststoff.
Aktuelle News
-
Beutelwasser-Abfüllmaschine für den afrikanischen Markt – Komplettlösungen bis 2026
-
Wasserabfüllmaschine für Kleinunternehmen in Südostasien – Lösungen bis 2026
-
Wasserabfüllmaschine mit einer Kapazität von 10000 Flaschen pro Stunde für Großgetränkeanlagen (2026)
-
Wasserabfüllmaschine mit einer Kapazität von 2000 Flaschen pro Stunde für kleine bis mittlere Produktionsanlagen (2026)
-
Wasserabfüllmaschine für die Produktion von Premium-Getränken in Glasflaschen 2026
-
Hochgeschwindigkeits-Abfüllmaschine für große Getränkefabriken – Komplettlösungen bis 2026
