낮은 밀도 폴리에틸렌, 고압 폴리에틸렌(LDPE)으로도 알려져 있으며, 폴리에틸렌 수지의 가장 가벼운 종류입니다. 우유빛 흰색, 무미, 무취, 무독성, 무광 왁스 입자입니다. 부드러움, 신장성, 전기 절연성, 투명성, 가공 용이성, 일정한 공기 투과성이 있습니다. 화학적 안정성이 좋고 알칼리 및 일반 유기 용매에 내성이 있습니다.
회사 개요
고압저밀도폴리에틸렌(HP-LDPE, 약칭 LDPE)은 70년 이상 산업화되었습니다. 올레핀 중합 촉매의 발견 및 개발로 폴리에틸렌의 다양성과 생산량이 큰 진전을 이루었지만 고압 폴리에틸렌은 여전히 중요한 위치를 차지하고 있습니다. 에틸렌은 고온, 고압 하에서 자유 라디칼 메커니즘에 의해 고분자량 폴리에틸렌으로 중합되며 다음과 같은 특성을 가지고 있습니다.
- 에틸렌 중합 공정은 발열성이 높은 공정입니다. 에틸렌의 중합열은 약 93.5kJ/mol(또는 3.3kJ/g)입니다. 에틸렌의 비열 용량은 2.51 MPa, 2.85~235℃에서 150~300 J/(g·℃)입니다. 반응열을 제때 제거하지 못하면 에틸렌 중합 12%당 온도가 13~1℃씩 상승하게 됩니다. 온도가 너무 높으면 에틸렌 분해도 발생합니다.
- 고압에서 에틸렌은 비압축성 액체와 유사한 밀도 0.5g/mL의 기밀 상태로 압축되었습니다. 이때 에틸렌 분자 사이의 거리가 현저히 짧아져 자유라디칼과 에틸렌 분자 사이의 충돌 확률이 높아져 중합 반응이 일어나기 쉽다.
- 고온에서는 성장하는 사슬의 자유 라디칼 활성이 높고 사슬 이동 반응이 일어날 가능성이 높습니다. 생성된 폴리머는 가지가 많은 선형 구조입니다. 보통 탄소사슬 원자 20개당 가지가 30~1,000개 있고, 결정도는 45~65%, 밀도는 0.910~0.925g/mL이며, 가볍고 유연하며, 저온저항성과 내충격성이 좋다.
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선형 저밀도 폴리에틸렌 (LLDPE)는 일반적으로 에틸렌과 장쇄 올레핀의 공중합으로 생성되는 상당한 양의 단쇄 분지가 있는 실질적으로 선형인 폴리머(폴리에틸렌)입니다. 선형 저밀도 폴리에틸렌은 장쇄 분지가 없다는 점에서 기존의 저밀도 폴리에틸렌(LDPE)과 구조적으로 다릅니다. LLDPE의 선형성은 LLDPE와 LDPE의 다른 제조 공정에서 비롯됩니다. 일반적으로 LLDPE는 부텐, 헥센 또는 옥텐과 같은 고차 알파-올레핀과 에틸렌의 공중합으로 더 낮은 온도와 압력에서 생산됩니다. 공중합 공정은 기존 LDPE보다 분자량 분포가 좁은 LLDPE 폴리머를 생성하며 선형 구조와 결합하여 상당히 다른 유동 특성을 갖습니다.
생산 방법
저밀도 폴리에틸렌은 중합 방식에 따라 고압법과 저압법으로 구분됩니다. 반응기의 종류에 따라 케틀 방식과 관형 방식으로 나눌 수 있다. 에틸렌은 원료로 사용되어 반응기로 보내집니다. 개시제의 작용으로 고압 압축 하에서 중합 반응이 수행됩니다. 반응기에서 나오는 물질은 분리기에 의해 미반응 에틸렌에서 제거된 후 용융 압출되어 과립으로 된 후 건조, 혼합된 후 포장을 위해 보내집니다.
LDPE와 LLDPE는 모두 매우 우수한 유변학적 특성이나 용융 유동성을 가지고 있습니다. LLDPE는 분자량 분포가 좁고 사슬 가지가 짧기 때문에 전단에 덜 민감합니다. 전단 공정(예: 압출) 중에 LLDPE는 더 큰 점도를 유지하므로 동일한 용융 지수의 LDPE보다 가공이 더 어렵습니다. 압출에서 LLDPE의 낮은 전단 감도는 폴리머 분자 사슬의 더 빠른 응력 완화를 허용하여 블로우 비율 변화에 대한 물리적 특성의 감도를 감소시킵니다.
용융 신장에서 LLDPE는 일반적으로 모든 변형률에서 점도가 더 낮습니다. 즉, LDPE가 늘어나도 변형 경화되지 않습니다. LDPE는 분자 사슬 얽힘으로 인해 폴리에틸렌의 변형 속도가 증가함에 따라 점도가 급격히 증가합니다.
LLDPE에는 장쇄 가지가 없기 때문에 폴리머가 얽히는 것을 방지하기 때문에 LLDPE에서는 이러한 현상이 관찰되지 않습니다. LLDPE 필름은 높은 강도와 인성을 유지하면서 더 얇은 필름을 만들기 쉽기 때문에 이 특성은 필름 응용 분야에 매우 중요합니다. LLDPE의 유변학적 특성은 "전단력이 강함"과 "연신력이 부드러움"으로 요약될 수 있습니다. LDPE를 LLDPE로 교체할 때는 필름 압출 장비 및 조건을 수정해야 합니다. LLDPE의 점도가 높기 때문에 더 강력한 압출기가 필요하며 더 높은 용융 온도와 압력을 제공합니다. 높은 배압과 용융 파손으로 인한 생산량 감소를 방지하려면 다이 간격을 넓혀야 합니다.
LLDPE의 "늘어났을 때 부드럽다"는 특성은 필름 블로잉 공정에서 단점입니다. LLDPE의 블로운 필름 버블은 LDPE만큼 안정적이지 않습니다. 기존의 싱글 립 에어 링은 LDPE의 안정성에 충분합니다. LLDPE의 독특한 버블은 안정성을 위해 더 정교한 더블 립 에어 링이 필요합니다. 더블 립 에어 링으로 내부 버블을 냉각하면 버블 안정성이 높아지고 높은 생산 속도에서 필름 생산 용량이 증가합니다. 버블의 더 나은 냉각 외에도 많은 필름 제조업체는 혼합 LDPE와 함께 LLDPE 용해도를 향상시킵니다. 원칙적으로 LLDPE 블렌드에서 LLDPE 농도가 50%에 도달하면 기존 LDPE 필름 장비에서 LLDPE 압출을 완료할 수 있습니다. 기존 LDPE 압출기를 사용하여 LDPE와 100% LLDPE 또는 LLDPE가 풍부한 블렌드를 처리하는 경우 장비를 개선해야 합니다.
압출기의 수명에 따라 다이 갭을 넓히거나, 에어 링을 개선하거나, 압출 효율을 높이기 위해 스크류 설계를 변경하거나, 필요한 경우 모터 출력과 토크를 증가시키는 등의 개선이 필요할 수 있습니다. 사출 성형의 경우 일반적으로 장비 수정은 필요하지 않지만, 공정 조건을 최적화해야 합니다. 로토몰딩 공정에서는 LLDPE를 균일한 입자(35메쉬)로 분쇄해야 합니다. 이 공정은 분말 형태의 LLDPE를 금형에 채우고 가열한 후 금형을 이축 회전시켜 LLDPE를 고르게 분산시키는 방식으로 진행됩니다. 냉각 후 금형에서 제품을 꺼냅니다.
생산 특성
- 압축기, 반응기, 분리기, 파이프라인, 펌프 등 중합 장치를 둘러싼 일련의 장비는 100MPa 이상의 초고압에서 사용할 수 있어야 합니다. 분리 및 회수 공정의 일부 장비도 100~350MPa에서 작동해야 합니다. 따라서 장비 및 운영 측면에서 전체 과정에 많은 어려움이 있습니다.
- 에틸렌의 중합열은 다른 단량체의 중합열보다 훨씬 높습니다. 중합 반응에서 중합 속도는 순간적으로 10%-20% 또는 심지어 30%-40%에 도달합니다. 따라서 중합열을 어떻게 제거하는가는 공정 흐름에서 중요한 문제가 되었으며, 단일 통과 전환율을 향상시키고 에너지 소비를 줄이는 열쇠 중 하나이기도 합니다.
- 반응계 내 고분자 생성물의 점도가 매우 높아 케틀 공정에서는 케틀 반응기, 관형 공정에서는 관형 반응기의 내벽에 고분자가 쉽게 석출된다.
- 용융된 폴리머를 운반하는 데에도 특정 어려움이 있습니다. 반응압력과 온도 모두 제품의 점도에 영향을 미치므로 온도와 압력 조절에 세심한 주의가 필요합니다.
- 고압분리기에서 나오는 순환 에틸렌에 포함된 저분자량 폴리에틸렌 왁스를 어떻게 효과적으로 제거할 것인지도 문제이다. 이러한 문제를 해결하기 위해 다양한 회사에서는 다양한 생산 프로세스를 개발했습니다. 반응기의 종류에 따라 관형 공정과 케틀 공정의 두 가지 범주로 나눌 수 있습니다. 관형 반응기의 주요 특징은 물류가 역혼합 없이 플런저와 같은 방식으로 튜브 내에서 흐른다는 것입니다. 반응 온도는 반응관의 길이에 따라 달라지므로 반응 온도는 피크를 가지므로 얻어지는 폴리에틸렌의 분자량 분포는 상대적으로 넓습니다. 케틀 반응기에서는 재료들이 완전히 혼합될 수 있어 반응 온도가 균일하고, 작업을 구역으로 나누어 각 반응 구역의 온도가 다르므로 더 좁은 분자량 분포를 갖는 폴리에틸렌을 얻을 수 있습니다.
관형 중합 반응기의 내경은 일반적으로 내경이 2.5~2.7cm인 가느다란 고압 합금 강관입니다. 단라인 생산능력을 높이기 위해 파이프 직경을 5.0~7.5cm로 늘린다. 직경과 길이의 비율은 1:250~1:40000이고, 관형 반응기의 길이는 900~1500m이다. 반응압력은 약 200~350MPa, 온도는 250~330℃, 유속은 10~15m/s, 싱글패스 전환율은 20%~34%, 최대 싱글라인 생산능력은 100,000대이다. 톤/년. 주전자 반응기의 모양은 가늘고 짧고 뚱뚱한 두 가지 사양을 가지고 있습니다. 가는 중합반응기의 경우 내경과 길이의 비율이 1:20~1:4이고, 짧고 굵은 유형의 경우 내경과 길이의 비율이 1:4~1:2이다. 반응 압력은 일반적으로 관형 공정보다 낮으며 110~250MPa, 온도는 130~280℃, 단일 통과 전환율은 20%~25%, 최대 단일 라인 생산 능력은 180,000톤입니다. /년도. 교반기를 구동하는 모터는 일반적으로 교반기의 샤프트 씰 설계의 어려움을 줄이기 위해 반응기 내부에 설치됩니다. 기계적 밀봉 기술의 발달로 모터를 원자로 외부에 설치할 수도 있습니다. 반응기는 더욱 확대되었습니다. ICI사의 원자로는 용량이 1000L이고, 프랑스 CdF사의 원자로는 용량이 1600L로 세계 최대 규모의 원자로 중 하나이다. 통계에 따르면 전 세계에서 생산되는 고압 폴리에틸렌의 55%는 관형 반응기에서 생산되고 나머지 45%는 탱크 반응기에서 생산됩니다.
성능
저밀도 폴리에틸렌의 주요 특성은 다음과 같습니다.
- 필름은 약간 유백색이고 투명하며 부드럽습니다. 고밀도 폴리에틸렌에 비해 강도는 낮지만, 고밀도 폴리에틸렌에 비해 충격강도는 높습니다.
- 내한성, 내한성, 내한성, 내한성. 두꺼운 필름은 90°C 뜨거운 물에 담그는 멸균 과정을 견딜 수 있습니다.
- 방습 성능이 우수하고 화학적 특성이 안정적이며 일반 용매에 용해되지 않습니다.
- 통기성이 높아 산화되기 쉬운 식품의 포장재로 사용할 경우 내용물의 보관기간을 너무 길지 않게 하십시오.
- 내유성이 약하고 제품이 천천히 부풀어 오를 수 있습니다. 기름진 음식을 포장할 경우 장기간 보관하면 음식에서 썩은 냄새가 날 수 있습니다.
- 자외선과 열에 장기간 노출되면 노화가 발생하여 물리적 특성과 유전 특성에 영향을 미칩니다.
- 녹는점은 110~115℃, 가공온도는 150~210℃이다. 불활성 기체에서는 온도가 300℃에 도달하고 안정적으로 유지될 수 있습니다. 그러나 용융물은 산소와 접촉하면 분해되기 쉽습니다.
응용 분야
저밀도 폴리에틸렌의 적용 범위: 조미료, 케이크, 설탕, 설탕에 절인 과일, 비스킷, 분유, 차, 생선 치실 등과 같은 식품 포장에 적합합니다. 정제, 산제 등의 의약품 포장; 셔츠, 의류, 면편물 제품, 화학섬유 제품 등의 섬유제품 포장; 세제, 세제, 화장품 등 일상용 화학제품 포장재입니다. 단층 PE 필름의 기계적 특성이 좋지 않기 때문에 일반적으로 복합 포장 백의 내부 층, 즉 다층 복합 필름의 열 밀봉성 기판으로 사용됩니다.
개발 전망
폴리에틸렌은 결정질 폴리머입니다. 생산 방법에 따라 고압 폴리에틸렌, 중압 폴리에틸렌, 저압 폴리에틸렌으로 나눌 수 있으며, 이에 따라 저밀도 폴리에틸렌(LDPE), 중밀도 폴리에틸렌(MDPE) 및 고밀도 폴리에틸렌(HDPE). 선형 저밀도 폴리에틸렌은 일반 저밀도 폴리에틸렌보다 성능이 우수하여 개발 속도가 빠르고 저밀도 폴리에틸렌을 대체하는 경향이 있습니다.
자동차용 폴리에틸렌 플라스틱은 전체 자동차용 플라스틱의 5~6%를 차지하며 세계 XNUMX위를 차지한다. 폴리 염화 비닐, ABS, 폴리 프로필렌예산 및 폴리 우레탄. 폴리에틸렌은 주로 공기 덕트와 각종 저장 탱크를 제조하는 데 사용됩니다. 최근 몇 년 동안 자동차에서 사용되는 폴리에틸렌의 양은 기본적으로 증가하지 않았습니다. 그러나 경량화 추세는 연료 탱크의 가소화를 촉진했으며, 주요 소재는 고분자량 고밀도 폴리에틸렌(HMWH-DPE)입니다. 유럽은 공식적으로 자동차에 플라스틱 연료 탱크를 사용했습니다. 독일 연방 공화국은 플라스틱 연료 탱크의 산업화를 더 일찍 달성했습니다. 일본의 연구 개발 작업은 빠르게 진행되었지만 자동차 산업은 산업화에 신중한 태도를 취했으며 특히 미국의 개발에 주목했습니다. 자동차 산업에서 사용되는 폴리에틸렌은 기본적으로 중저압 폴리에틸렌입니다.
