Полиэтилен (петротен, алкатен, хостален LD, стафлен юнипол, карлон, хостален G, хей-жекс и др.) (—СН2СН2—)n, твердый белый полимер, термопласт, В зависимости от способа получения различают полиэтилен высокого давления, или низкой плотности, мол. м. 3•104-4•105 (пвд) и полиэтилен низкого давления, или высокой плотности, мол. м. 5•104-106 (пнд). Они отличаются друг от друга структурой макромолекул (наличием у полиэтилен вд длинноцепочечных ответвлений), а следовательно, и свойствами (см. табл.). Степень кристалличности 60% (пвд) и 70-90% (пнд), полиэтилен обладает низкой газо- и паропроницаемостью (наименьшей для сильнополярных веществ, наибольшей для углеводородов). Химическая стойкость зависит от молекулярной массы, ММР и плотности, полиэтилен не реагирует со щелочами любой концентрации, с растворами любых солей, в том числе и солей, окислителей, карбоновыми, концентрированной соляной и плавиковой кислотами. Он разрушается 50%-ной HNO3, а также жидкими и газообразными С12 и F2, Бром и иод через полиэтилен диффундируют. Полиэтилен не растворим в органических растворителях при комнатной температуре и ограниченно набухает в них.
полиэтилен стоек при нагревании в вакууме и атмосфере инертного газа; деструктируется при нагревани на воздухе уже при 80 °С. Под действием солнечной радиации, особенно УФ лучей, подвергается фотостарению (см. Старение полимер,в). В качестве антиоксидантов полиэтилен наиболее эффективны ароматические амины, фенолы, фосфиты, в качестве светостабилизаторов - сажа, производные бензофенонов, полиэтилен практически безвреден; из него не выделяются в окружающую среду опасные для здоровья человека вещества.
В промышленности полиэтилен получают полимеризацией этилена (Э.). Процесс при высоком давлении протекает по радикальному механизму под действием О2, пероксидов, например лаурила или бензоила, или их смесей. При производстве полиэтилена в трубчатом реакторе Э., смешанный с инициатором, сжатый компрессором до 25 МПа и нагретый до 70 °С, поступает сначала в первую зону реактора, где подогревается до 180°С, а затем во вторую, полимеризуется при 190-300 °С и давлении 130-250 МПа. Среднее время пребывания этилена в реакторе 70-100 с, степень превращения 18-20% в зависимости от кол-ва и типа инициатора. Из полиэтилена удаляют непрореагировавший этилен, расплав охлаждают до 180-190°С и гранулируют. Гранулы, охлажденные водой до 60-70 °С, подсушивают теплым воздухом и упаковывают в мешки.
Принципиальная схема производства полиэтилена в автоклаве с перемешивающим устройством отличается тем, что инициатор в парафиновом масле подается специальным насосом высокого давления непосредственно в реактор. Процесс проводят при 250 °С и давлении 150 МПа; среднее время пребывания этилена в реакторе 30 с; степень превращения около 20%.
Процесс при низком давлении осуществляют в условиях гетерогенного или гомогенного катализа (о механизме см. Координационно-ионная полимеризация). Технологическая схема получения полиэтилена нд в суспензии включает следующей стадии: приготовление суспензии катализатора, например Ti(OR)nCl4_n, нанесенного на MgCl2 или MgO, и раствора активатора (напр., A1R3), полимеризацию этилена (70-95 °С, давление 1,5-3,3 МПа), удаление растворителя, сушку и гранулирование полиэтилена. Степень превращения этилена 98%, концентрация полиэтилен в суспензии 45%; единичная мощность реакторов с усовершенствованной системой теплосъема до 60-75 тыс. т/год.
Процесс получения полиэтилена в растворе (чаще в гексане) проводят при 160-250 °С, давлении 3,4-5,3 МПа, время контакта с катализатором 10-15 мин (катализатор-СrO3 на силикагеле, Ti-Mg или др.). Полиэтилен из раствора выделяют удалением растворителя последовательно в испарителе, сепараторе и вакуумной камере гранулятора. Гранулы полиэтилена пропаривают водяным паром при температуре, превышающей температуру плавления полиэтилен (в воду переходят низкомолекулярные фракции полиэтилена и нейтрализуются остатки катализатора). Преимущества метода перед суспензионным: исключение стадий отжима и сушки полимер,, возможность утилизации теплоты полимер,зации для испарения растворителя, более легкое регулирование молекулярной массы полиэтилена
Газофазную полимеризацию этилена проводят при 90-100 °С и давлении 2 МПа (кат.-хромсодержащее соединение на силикагеле). В нижней части реактор имеет перфорированную решетку для равномерного распределения подаваемого этилена с целью создания кипящего слоя, в верхней - расширенную зону, предназначенную для снижения скорости газа и улавливания основной массы частиц образовавшегося полиэтилен
Так называемый линейный полиэтилен, полученный всеми способами полимеризации этилена при низком давлении, представляет собой сополимер этилена с высшими α-олефинами, например, α--бутеном, α--гексеном, 4-метилпентеном (название "линейный" в данном случае условно, т. к. этот полиэтилен содержит боковые ответвления сомономера). Плотность полиэтилена регулируют количеством α--олефина. По свойствам он близок полиэтилен нд, но превосходит его по прочности и стойкости к растрескиванию.
Полиэтилен перерабатывают при 120-280 °С всеми известными методами, применяемыми для переработки термопластов (см. Полимерных материалов переработка).
Наиболее широко полиэтилен применяют для производства пленок технического и бытового назначения. Из полиэтилена изготовляют емкости для хранения агрессивных сред, конструкционные детали, арматуру, вентиляционные установки, гальванические ванны, струйные насосы, детали автомашин, протезы внутренних органов, электроизоляцию, высокопрочное волокно, пенополиэтилен, предметы домашнего обихода и др.
Мировое производство полиэтилен более 30 млн .т/год (1988). Крупномасштабное производство полиэтилена вд сокращается благодаря получению "линейного" полиэтилена при низком давлении.
Впервые полиэтилен получен в 1932 методом высокого давления в Великобритании, методом низкого давления-в 1953 в ФРГ.
