- Qisqartmaning boshqa maʼnolariga ham qarang: PND.
| Polietilen | |
|---|---|
  | |
 Xalqaro qayta ishlash belgisi — yuqori zichlikdagi polietilen uchun Past zichlikdagi polietilen uchun xalqaro qayta ishlash belgisi | |
| Umumiy maʼlumotlar | |
| Qisqartmalar | PE, PE |
| Kimyoviy formulasi | (С2H4)n |
| Tasnifi | |
| Ro‘yx. CAS raqami | 9002-88-4 |
| Ro‘yx. EINECS raqami | 618-339-3 |
| ChEBI | 53227 |
| Maʼlumotlar standart sharoitlar (25 °C, 100 kPa) uchun keltirilgan, agar boshqacha ko‘rsatilmagan bo‘lsa. | |
 Vikimedia omboridagi mediafayllar | |
Polietilen — termoplastik polimer bo‘lib, etilendan hosil bo‘ladi va poliolefinlar sinfiga mansub. U organik birikma bo‘lib, uzun …—CH2—CH2—CH2—CH2—… zanjirli molekulalardan tashkil topgan; bu yerda «—» uglerod atomlari orasidagi kovalent bog‘larni bildiradi.
Oq rangli massa ko‘rinishida bo‘ladi (yupqa qatlamlari shaffof va rangsiz). Kimyoviy jihatdan barqaror, dielektrik, zarbaga chidamli (amortizator), qizdirilganda yumshaydi (80—120 °С); adgeziyasi (yopishish xususiyati) — nihoyatda past. Ko‘pincha uni noto‘g‘ri ravishda sellofan deb atashadi.
Tarixi
Polietilenning ixtirochisi sifatida nemis muhandisi Hans fon Pexmann eʼtirof etiladi. U muhandislar Erik Fosett va Rejinald Gibson yordamida bu polimerni ilk bor tasodifan olgan. Dastlab polietilen telefon kabellari ishlab chiqarishda ishlatilgan, faqat 1950-yillarga kelib oziq-ovqat sanoatida qadoqlash materiali sifatida qo‘llanila boshlagan[ishonchsiz manba].
Ilmiy doiralarda kengroq qabul qilingan boshqa qarashga ko‘ra, polietilenning rivojlanish tarixini Imperial Chemical Industries kompaniyasi xodimlari 1920-yillardan boshlab sanoat ishlab chiqarish texnologiyasini yaratish bo‘yicha olib borgan ishlardan boshlash mumkin. Faol tajribalar bosqichi sintez qurilmasi o‘rnatilgandan keyin boshlangan; 1931-yilda bu qurilmada Fosett va Gibson ishlagan. Ular polietilennikiga o‘xshash monomer bo‘g‘iniga ega, molekulyar massasi kichik, parafinsimon mahsulot olishgan. Fosett va Gibsonning ishlari 1933-yil martigacha davom etgan. O‘shanda yaxshiroq natijaga erishish va xavfsizlikni oshirish uchun yuqori bosimli qurilmani modernizatsiya qilishga qaror qilingan. Modernizatsiyadan so‘ng tajribalar M. V. Perrin va J. G. Patton bilan birgalikda davom ettirilib, 1936-yilda past zichlikdagi polietilen (yuqori bosimli polietilen — PVD) uchun patent olinishi bilan yakunlangan. PVD (past zichlikdagi polietilen)ning tijorat miqyosidagi ishlab chiqarilishi 1938-yilda boshlangan.
Yuqori zichlikdagi polietilen (past bosimli polietilen — PND) tarixi 1920-yillardan boshlab rivojlandi. O‘sha paytda Karl Sigler ion-koordinatsion polimerlanish uchun katalizatorlar yaratish ustida ish boshlagan. 1954-yilga kelib texnologiya asosan o‘zlashtirilib, patent olingan. Keyinchalik PND sanoat miqyosida ishlab chiqarila boshlangan.
Nomlanishi
Polietilenning turli xillarini zichligiga ko‘ra tasniflash qabul qilingan. Shunga qaramay, gomopolimerlar va sopolimerlarning ko‘plab keng tarqalgan nomlari mavjud bo‘lib, ularning ayrimlari quyida keltirilgan.
- Past zichlikdagi (yuqori bosimli) polietilen — PENP, PVD, LDPE (Low Density Polyethylene).
- Yuqori zichlikdagi (past bosimli) polietilen — PEVP, PND, HDPE (High Density Polyethylene).
- O‘rta bosimli (yuqori zichlikdagi) polietilen — PSD.
- O‘rtacha zichlikdagi chiziqli polietilen — PESP, MDPE yoki PEMD.
- Past zichlikdagi chiziqli polietilen — LPENP, LLDPE yoki PELLD.
- Juda past zichlikdagi polietilen — VLDPE
- O‘ta past zichlikdagi polietilen — ULDPE
- Metallotsen asosidagi past zichlikdagi chiziqli polietilen — MPE
- Ko‘ndalang bog‘langan polietilen — PEX yoki XLPE, XPE
- Yuqori molekulyar massali polietilen — VMPE, HMWPE, PEHMW yoki VHMWPE
- O‘ta yuqori molekulyar massali polietilen — UHMWPE
- Issiqlikka chidamliligi oshirilgan polietilen (okten bilan sopolimer) - PE-RT (I va II tur)
Ushbu bo‘limda turli sopolimerlar, ionomerlar va xlorlangan polietilen nomlari ko‘rib chiqilmaydi.
Molekulyar tuzilishi
Yuqori bosimli polietilen makromolekulalarida (n ≈ 1000) C1—С4 uglevodorodli yon zanjirlari mavjud, past bosimli polietilen molekulalari esa deyarli tarmoqlanmagan. Unda kristall faza ulushi ko‘proq bo‘lgani uchun bu material zichroqdir; o‘rta bosimli polietilen molekulalari oraliq o‘rinni egallaydi. Yon tarmoqlar ko‘pligi PVD tarkibidagi kristall faza ulushining va shunga mos ravishda uning zichligining PND hamda PSDnikidan past bo‘lishini tushuntiradi.
| Ko‘rsatkich | PVD | PSD | PND |
|---|---|---|---|
| CH guruhlarining umumiy soni3 — har 1000 ta uglerod atomiga: | 21,6 | 5 | 1,5 |
| CH oxirgi guruhlarining soni3 — har 1000 ta uglerod atomiga: | 4,5 | 2 | 1,5 |
| Etil yon tarmoqlari | 14,4 | 1 | 1 |
| Har 1000 ta uglerod atomiga to‘g‘ri keladigan qo‘shbog‘larning umumiy soni | 0,4—0,6 | 0,4—0,7 | 1,1—1,5 |
| jumladan: | |||
| * vinil qo‘shbog‘lar (R-CH=CH2), % | 17 | 43 | 87 |
| * viniliden qo‘shbog‘lar, % | 71 | 32 | 7 |
| * trans-vinilen qo‘shbog‘lar (R-CH=CH-R'), % | 12 | 25 | 6 |
| Kristallanish darajasi, % | 50—65 | 75—85 | 80—90 |
| Zichlik, g/sm³ | 0,9—0,93 | 0,93—0,94 | 0,94—0,96 |
Past bosimli polietilen
| Parametr | Qiymat |
|---|---|
| Zichlik, g/sm³ | 0,94—0,96 |
| Buzilishdagi kuchlanish, kgk/sm² | |
| * cho‘zilishda | 100—170 |
| * statik egilishda | 120—170 |
| * kesilishda | 140—170 |
| Uzilishdagi nisbiy cho‘zilish, % | 500—600 |
| Egilishdagi elastiklik moduli, kgk/sm² | 1200—2600 |
| Cho‘zilishdagi oquvchanlik chegarasi, kgk/sm² | 90—160 |
| Oqish boshlanishidagi nisbiy cho‘zilish, % | 15—20 |
| Qattiqlik — Brinell bo‘yicha, kgk/mm² | 1,4—2,5 |
Namunaning cho‘zilish tezligi oshgani sari cho‘zilishdagi buzilish kuchlanishi va uzilishdagi nisbiy cho‘zilish kamayadi, cho‘zilishdagi oquvchanlik chegarasi esa ortadi.
Harorat ko‘tarilganda polietilenning cho‘zilish, siqilish, egilish va kesilishdagi buzilish kuchlanishi kamayadi, uzilishdagi nisbiy cho‘zilish esa maʼlum chegaragacha ortib, undan keyin pasaya boshlaydi.
| Buzilishdagi kuchlanish, kgk/sm² | Harorat, °С | |||
|---|---|---|---|---|
| 20 | 40 | 60 | 80 | |
| siqilishda | 126 | 77 | 40 | — |
| statik egilishda | 118 | 88 | 60 | — |
| kesilishda | 169 | 131 | 92 | 53 |
| Harorat, °С | −120 | −100 | −80 | −60 | −40 | −20 | 0 | 20 | 50 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Egilishdagi elastiklik moduli, kgk/sm² | 28100 | 26700 | 23200 | 19200 | 13600 | 7400 | 3050 | 2200 | 970 |
Polietilen buyumlarning xossalari ularni ishlab chiqarish rejimlariga (sovish tezligi va bir tekisligiga), shuningdek, foydalanish sharoitlariga (harorat, bosim, yuklama taʼsirining davomiyligi va h. k.) sezilarli darajada bog‘liq.
Yuqori zichlikdagi o‘ta yuqori molekulyar massali polietilen
Polietilenning nisbatan yangi va istiqbolli turlaridan biri — yuqori zichlikdagi o‘ta yuqori molekulyar massali polietilen (SVMPE, ingl. UHMW PE). Undan tayyorlangan buyumlar qator ajoyib xossalarga ega: keng harorat oralig‘ida (−200°С dan + 100°С gacha) yuqori mustahkamlik va zarbaviy qovushoqlik, kichik ishqalanish koeffitsiyenti, kimyoviy taʼsirlarga va yeyilishga yuqori chidamlilik. Bunday material harbiy sohada (o‘q o‘tkazmaydigan nimcha va dubulg‘alar tayyorlashda), mashinasozlikda, kimyo sanoatida va boshqa yo‘nalishlarda qo‘llaniladi.[manba 2314 kundan beri ko‘rsatilmagan]
Kimyoviy xossalari
Kuchsiz yorug‘lik chiqaruvchi ko‘kimtir alanga bilan yonadi va parafin hidini chiqaradi; bu hid yonayotgan sham hidiga o‘xshaydi.
Suv taʼsiriga chidamli; ishqorlarninghar qanday konsentratsiyadagi eritmalari, neytral, kislotali va asosli tuzlar eritmalari, organik va noorganik kislotalar bilan, hatto konsentrlangan sulfat kislota bilan ham reaksiyaga kirishmaydi, ammo xona haroratida 50% li nitrat kislota hamda suyuq va gazsimon xlor va ftor taʼsirida parchalanadi. Polietilen galogenlar bilan reaksiyaga kirishganda kimyo sanoati uchun ko‘plab foydali mahsulotlar hosil bo‘ladi, shuning uchun bu reaksiyadan polietilen chiqindilarini qayta ishlashda foydalanish mumkin. Polietilen to‘yinmagan uglevodorodlardan farqli ravishda quyidagi moddalarning eritmalarini rangsizlantirmaydi: bromli suv va kaliy permanganat.
Xona haroratida maʼlum erituvchilarning hech birida erimaydi va bo‘kmaydi. Yuqori haroratda (80 °C) siklogeksan va uglerod tetraxlorid erituvchilarida eriydi. Yuqori bosim ostida 180 °C gacha qizdirilgan suvda ham erishi mumkin.
Vaqt o‘tishi bilan polietilen destruksiyaga uchrab, zanjirlar orasida ko‘ndalang bog‘lar hosil qiladi. Natijada mustahkamlik biroz ortsa-da, mo‘rtlik kuchayadi. Stabilizatsiya qilinmagan polietilen havoda termo-oksidlanish destruksiyasiga (termik eskirishga) uchraydi. Polietilenning termik eskirishi radikal mexanizm bo‘yicha kechadi va aldegidlar, ketonlar, vodorod peroksid va boshqa moddalarning ajralib chiqishi bilan birga boradi.
Olinishi
Qayta ishlashga 2 dan 5 mm gacha bo‘lgan granulalar ko‘rinishida keladi. Yuqori, o‘rta va past bosimli polietilen farqlanadi; ular makromolekulalarining tuzilishi va xossalari bilan bir-biridan ajralib turadi. Polietilen etilenning polimerlanishi yo‘li bilan olinadi:
PVD
Yuqori bosimli polietilen (PVD) quyidagi sharoitlarda hosil bo‘ladi:
Mahsulot avtoklav yoki quvursimon reaktorlarda olinadi. Reaksiya radikal mexanizm bo‘yicha boradi. Bu usul bilan olingan polietilenning o‘rtacha vazniy molekulyar massasi 80 000—500 000, kristallanish darajasi 50—60 %. Keyin suyuq mahsulot granulalanadi. Reaksiya suyuqlanma holatida kechadi.
PSD
O‘rta bosimli polietilen (PSD) quyidagi sharoitlarda hosil bo‘ladi:
- harorat 100—120 °C;
- bosim 3—4 MPa;
- qo‘llanadigan katalizator (Sigler — Natta katalizatorlari, masalan, TiCl4 va AlR3);
Mahsulot eritmadan pag‘a-pag‘a zarrachalar ko‘rinishida ajralib chiqadi. Bu usul bilan olingan polietilenning o‘rtacha vazniy molekulyar massasi 300 000—400 000, kristallanish darajasi 80—90 %.
PND
Past bosimli polietilen (PND) quyidagi sharoitlarda hosil bo‘ladi:
- harorat 120—150 °C;
- bosim 0,1—2 MPa dan past;
- katalizator ishtirokida (Sigler — Natta katalizatorlari, masalan, TiCl4 va AlR3);
Polimerlanish suspenziyada ion-koordinatsion mexanizm bo‘yicha kechadi. Bu usul bilan olingan polietilenning o‘rtacha vazniy molekulyar massasi 80 000—300 000, kristallanish darajasi 75—85 %.
Shuni yodda tutish kerakki, «past bosimli polietilen», «o‘rta bosimli polietilen», «yuqori zichlikdagi polietilen» va h. k. nomlar ko‘proq shartli atamalar hisoblanadi. Masalan, ikkinchi va uchinchi usullar bilan olingan polietilenning zichligi va molekulyar massasi bir xil bo‘ladi. Past va o‘rta bosim deb ataladigan polimerlanish jarayonlaridagi bosim ham ayrim hollarda bir xil bo‘ladi.
Boshqa olish usullari
Etilenni polimerlashning boshqa usullari ham mavjud, masalan, radioaktiv nurlanish taʼsirida, ammo ular sanoat miqyosida keng tarqalmagan.
Modifikatsiyalari
Etilen polimerlarining assortimentini uni boshqa monomerlar bilan sopolimerlash orqali, shuningdek, bir turdagi polietilenni boshqa turdagi polietilen, polipropilen, poliizobutilen, kauchuklar va shu kabilar bilan aralashtirib, kompozitsiyalar olish orqali sezilarli darajada kengaytirish mumkin.
Polietilen va boshqa poliolefinlar asosida ko‘plab modifikatsiyalar — faol guruhlari poliolefinlarning metallarga adgeziyasini va bo‘yalish xususiyatini yaxshilaydigan, ularning yonuvchanligini kamaytiradigan va boshqa xususiyatlarini o‘zgartiradigan payvandlangan sopolimerlar olish mumkin.
«Ko‘ndalang bog‘langan» deb ataluvchi PE-S (PE-X) polietilenining modifikatsiyalari alohida o‘rin tutadi. Ko‘ndalang bog‘lashning mohiyati shundaki, zanjirdagi molekulalar faqat ketma-ket ulanib qolmay, balki zanjirlarni o‘zaro biriktiruvchi yon bog‘lar ham hosil qiladi. Natijada buyumlarning fizik xossalari sezilarli, kimyoviy xossalari esa nisbatan kamroq o‘zgaradi.
Ishlab chiqarish usuliga ko‘ra ko‘ndalang bog‘langan polietilenning 4 turi farqlanadi: peroksidli, silanli, radiatsion va azotli. Ishlab chiqarish eng tez va arzon bo‘lgani uchun PEx-b turi eng keng tarqalgan.
Polietilenni maʼlum dozalarda nurlanish bilan ishlov berish natijasida shakl xotirasi effekti paydo bo‘ladi va mustahkamligi ortadi.
Qo‘llanilishi
- Polietilen plyonka (ayniqsa, qadoqlash uchun, masalan, pufakchali o‘ram yoki yopishqoq lenta).
- Idish va qadoqlar (butilkalar, qutilar, kanistralar, bog‘ uchun suv quygichlar, tuvaklar — ko‘chatlar uchun).
- Polimer quvurlar — kanalizatsiya, drenaj, suv va gaz taʼminoti uchun.
- Elektr izolyatsiya materiali.
- Polietilen kukunidan issiqlikda yopishtirish uchun foydalaniladi; u — termoyelim.
- Zirh (o‘q o‘tkazmaydigan nimchalardagi zirh panellari).
- Korpuslar — qayiqlar, barcha joyda yura oladigan transport vositalari, texnik uskunalar qismlari, dielektrik antennalar, ro‘zg‘or buyumlari va boshqalar uchun.
- Ko‘pirtirilgan polietilen (penopolietilen) issiqlik izolyatori sifatida ishlatiladi.
- Past bosimli polietilen (PND) chiqindilarni qayta ishlash poligonlari, tuproq va yerosti suvlarini ifloslantirishi mumkin bo‘lgan suyuq hamda qattiq moddalar saqlanadigan inshootlarni qurishda qo‘llaniladi.
- Polietilen radiatsiyadan himoyalanishda,xususan, neytron nurlanishidan saqlanish uchun qo‘llaniladi. Uning samaradorligini oshirish maqsadida, masalan, quyidagi elementni qo‘shish mumkin: bor.
Kam miqdorda ishlab chiqariladigan polietilen turi — «o‘ta yuqori molekulyar massali polietilen» — past molekulyar massali qo‘shimchalarning yo‘qligi, yuqori darajadagi chiziqli tuzilishi va katta molekulyar massasi bilan ajralib turadi. U tibbiyotda bo‘g‘imlarning tog‘ay to‘qimasi o‘rnini bosuvchi material sifatida ishlatiladi. Fizik xossalari PND va PVDnikidan ustun bo‘lsa-da, qayta ishlash murakkabligi tufayli kam qo‘llaniladi: uning suyuqlanma oqish ko‘rsatkichi (PTR) past, shu sababli faqat presslash usulida qayta ishlanadi.
Atrof-muhitning polietilen paketlar bilan ifloslanishiga qarshi turli choralar ko‘rilmoqda. Taxminan 40 ta mamlakatda plastik paketlar sotilishi va (yoki) ishlab chiqarilishiga taqiq yoki cheklov joriy etilgan.
Utilizatsiya
Qayta ishlash
Polietilen buyumlar qayta ishlash va takror foydalanish uchun yaroqli. Polietilen (o‘ta yuqori molekulyar massali turidan tashqari) plastmassalar uchun maʼlum bo‘lgan barcha usullar, jumladan ekstruziya, puflab ekstruziyalash, bosim ostida quyish, pnevmatik shakllantirish orqali qayta ishlanadi. Polietilenni «universal» shnek o‘rnatilgan uskunada ekstruziyalash mumkin.
Yoqish
Polietilen havoda qizdirilganda atmosferaga termo-oksidlanish destruksiyasining uchuvchan mahsulotlari ajralishi mumkin. Polietilen havoda yoki kislorod ishtirokida termik parchalanganda, vakuumda yoki inert gaz muhitida parchalangandagiga qaraganda past haroratda qaynaydigan birikmalar ko‘proq hosil bo‘ladi. Polietilenning havoda, kislorod atmosferasida yoki O2 va О3 aralashmasida 150—210 °С da parchalanish jarayonidagi strukturaviy o‘zgarishlar o‘rganilganda gidroksil, peroksid, karbonil va efir guruhlari hosil bo‘lishi aniqlangan. Polietilen 430 °С gacha qizdirilganda parafinlarga (65—67 %) va olefinlarga (16—19 %) juda kuchli parchalanadi. Bundan tashqari, parchalanish mahsulotlarida uglerod monoksid (12 % gacha), vodorod (10 % gacha) va karbonat angidrid (1,6 % gacha) aniqlanadi. Olefinlarning asosiy qismini odatda etilen tashkil qiladi. Uglerod monoksidning mavjudligi polietilenda kislorod, yaʼni karbonil guruhlari borligini ko‘rsatadi.
Biologik parchalanish
Mog‘or zamburug‘lari Penicillium simplicissimum oldindan nitrat kislota bilan ishlov berilgan polietilenni uch oy ichida qisman parchalashi mumkin. Polietilenni nisbatan tez parchalovchi bakteriyalardan biri — Nocardia asteroides. Ayrim bakteriyalar janubiy ombor parvonasining (Plodia interpunctella) ichagida yashab, sakkiz hafta ichida 100 mg polietilenni parchalashi mumkin. Mum kuyasi (Galleria mellonella) qurtlari polietilenni bundan ham tezroq parchalashi mumkin.
Polietilen uglerod atomlari orasidagi bog‘larning kislorod bilan oksidlanishi hisobiga parchalanadi. Bunda dastlab spirt, so‘ng karbonil va karboksil guruhlari hosil bo‘ladi. Natijada hosil bo‘lgan yog‘ kislotalari β-oksidlanish jarayonida parchalanadi. Parchalanishning yakuniy mahsuloti — atsetil-KoA.
Biologik parchalanishni amalga oshiruvchi fermentlar
Polietilenni oksidlash qobiliyati alkan-monooksigenazalar, lakkazalar va marganes peroksidazalarida kuzatilgan.
Alkan-monooksigenazalar (AlkB) — alkanlarning biologik parchalanishini taʼminlaydigan fermentlar. Ular neft mahsulotlarini energiya va uglerod manbai sifatida ishlata oladigan mikroorganizmlarda uchraydi. Quyidagi reaksiyani katalizlaydi:
Alkan + О2 + 2Н++ 2е → alkan-1-ol + Н2О
Lakkazalar — ligninning biologik parchalanishida ishtirok etuvchi fermentlar. Ular fenol birikmalarini oksidlab, faol fenol radikallarini hosil qiladi. Keyin bu radikallar vositachi vazifasini bajarib, boshqa birikmalarni oksidlashi mumkin. Vositachilar tufayli lakkazalarning substratga xosligi past bo‘lib, ular turli birikmalarni, jumladan polietilenni va ehtimol boshqa turdagi plastmassalarni ham oksidlay oladi.
Marganes peroksidazalari ham ligninning biologik parchalanishida qatnashadi. Ular Mn+2 ni Mn+3 ga oksidlaydi. Mn3+ kationlari suvli eritmada beqaror bo‘lgani uchun marganes kationlari va oksalat, malonat, malat hamda laktat kabi karbon kislotalardan xelat komplekslar hosil bo‘ladi. Bu komplekslar turli birikmalarni oksidlashi mumkin; shundan so‘ng ularning o‘zi ham kuchli oksidlovchiga aylanadi. Shu xususiyati tufayli marganes peroksidazalarining substratga xosligi juda past va ular polietilenni ham oksidlay oladi.
Adabiyotlar
- GOST 16338-85. Past bosimli polietilen. Texnik shartlar.
- GOST 16336-77. Kabel sanoati uchun polietilen kompozitsiyalari. Texnik shartlar.
- GOST 16337-77. Yuqori bosimli polietilen. Texnik shartlar.
