Полиэтиленовая смола — это полиэтилен в той форме, в которой его покупают и продают: синтетический термопласт, получаемый полимеризацией этилена и поставляемый в виде гранул для переработчиков, которые экструдируют или формуют из него изделия. Она выпускается в трёх товарных типах: LDPE, LLDPE и HDPE, которые различаются степенью разветвлённости полимерной цепи и, следовательно, плотностью. Внутри типа марка определяется её плотностью и показателем текучести расплава.
Для синтетических полимеров слова «смола» и «пластик» чётко не разделяются, поэтому полиэтиленовая смола — это пластик.
Полиэтилен включён в регулирование Управления по контролю за продуктами и лекарствами США (FDA) для материалов, контактирующих с пищей, для олефиновых полимеров, 21 CFR 177.1520, при условии, что смола соответствует спецификациям этого раздела при испытании по его методам.
Как производится полиэтиленовая смола
Полиэтиленовая смола производится полимеризацией этилена одним из двух способов: при очень высоком давлении со свободнорадикальными инициаторами, что даёт LDPE, или при низком давлении на катализаторе, что даёт HDPE и LLDPE.
Мономером является этилен — газ, получаемый паровым крекингом этана или нафты.
Независимо от способа получения, полимер затем экструдируют с любыми добавками, которые содержит марка, и нарезают в гранулы — форма, в которой полиэтиленовая смола продаётся.
Типы полиэтиленовой смолы
Три товарных типа — это LDPE, LLDPE и HDPE, и они различаются по плотности, которая зависит от степени разветвлённости цепи.
Приведённые ниже диапазоны — это типы плотности по ASTM, первоначально установленные в ASTM D1248.
| Тип по ASTM | Плотность (г/см³) | Смолы в диапазоне |
|---|---|---|
| I | 0.910–0.925 | LDPE и LLDPE |
| II | 0.926–0.940 | MDPE |
| III | 0.941–0.959 | HDPE с небольшим количеством бутена или гексена в качестве сомономера |
| IV | 0,960 и выше | Гомополимер HDPE |
Другая классификация устанавливает границы иначе. Судите о марке по её показателю плотности, потому что обозначение типа зависит от того, по чьей таблице оно определяется.
Полиэтилен очень низкой плотности (VLDPE) выходит ниже диапазона низкой плотности. Полиэтилен сверхвысокой молекулярной массы (UHMWPE) и сшитый полиэтилен (PEX) определяются не плотностью: UHMWPE — показателем текучести расплава ниже 0,1 г/10 мин даже при 190 °C под нагрузкой 21,6 кг, а PEX — сшиванием базовой смолы PE во время или после экструзии.
Полиэтилен низкой плотности (LDPE)
LDPE — это полиэтилен высокобарного способа. Его длинные и короткие ответвления помещают его в диапазон низкой плотности и делают его мягким и гибким.
LDPE идёт на упаковочную плёнку, такую как пакеты, ламинация и соэкструзионная плёнка, и на гибкие формованные изделия, такие как крышки, предметы быта и игрушки. Он имеет код идентификации смолы 4.
Линейный полиэтилен низкой плотности (LLDPE)
LLDPE — это сополимер этилена с небольшим количеством 1-бутена, 1-гексена или 1-октена, полученный низкобарным каталитическим способом. Его основная цепь линейна, а сомономер добавляет короткие однородные ответвления, которые не дают цепям плотно упаковываться.
LLDPE конкурирует с LDPE за одни и те же плёночные рынки — сельскохозяйственную плёнку и пищевую, потребительскую и промышленную упаковку — и даёт более прочную плёнку из этих двух.
Металлоценовый LLDPE (mLLDPE) — это тот же сополимер, полученный на одноцентровом металлоценовом катализаторе, который распределяет сомономер более равномерно по цепям, чем катализатор Циглера — Натты.
Полиэтилен высокой плотности (HDPE)
HDPE — это наименее разветвлённый полиэтилен: гомополимер этилена или сополимер с небольшим количеством бутена или гексена для контроля разветвлённости, полученный низкобарным каталитическим способом. При столь малом числе ответвлений HDPE является самым жёстким и твёрдым из трёх типов, с самой высокой температурой плавления.
HDPE идёт на выдувные барабаны, канистры и тонкостенные пищевые контейнеры, а также на литьевые под давлением крышки и укупорочные средства. Он также экструдируется в напорную трубу. Он имеет код идентификации смолы 2.
Свойства полиэтиленовой смолы
Полиэтилен прочен и химически стоек, и плотность определяет большинство его остальных свойств. Это пластик, а не резина: полукристаллический термопласт.
С ростом плотности жёсткость, предел текучести при растяжении и химическая стойкость повышаются, а ударная прочность и стойкость к растрескиванию под напряжением снижаются. В таблице показаны два конца диапазона — по одной марке для литья под давлением каждого типа из технических паспортов двух производителей.
| Свойство | Марка LDPE для литья под давлением | Марка HDPE для литья под давлением | Метод испытания |
|---|---|---|---|
| Плотность | 0,918 г/см³ | 0,954 г/см³ | ISO 1183 |
| Температура плавления | 106 °C | 130 °C | ISO 11357 |
| Модуль упругости при растяжении | 160 МПа | 945 МПа | ISO 527-2 |
| Предел текучести при растяжении | 8 МПа | 23 МПа | ISO 527-2 |
| Твёрдость по Шору D | 51 | 61 | ISO 868 |
Это типичные значения из технических паспортов, и они не служат пределами спецификации.
Полиэтилен поглощает незначительное количество воды и устойчив к солевым растворам, неокисляющим кислотам, щелочам, спиртам, жирам и маслам при комнатной температуре. Он также является электрическим изолятором.
Каждый из недостатков полиэтилена либо требует определённой марки, либо исключает его из применения:
- Низкий температурный предел: производитель листового HDPE оценивает его для непрерывной эксплуатации от −50 до +70 °C и до +80 °C только там, где он не несёт значительной механической нагрузки.
- УФ-деградация: незащищённый полиэтилен разрушается под воздействием солнечного света. Для труб из ПЭ 2–3% мелкодисперсная сажа является наиболее эффективным экраном.
- Растрескивание под напряжением: стойкость сильно различается между марками одного типа. Нагруженная деталь, контактирующая с моющими средствами или поверхностно-активными веществами, требует марки, выбранной по показателю ESCR.
- Сильные окислители: азотная кислота, хромовая кислота и галогены воздействуют на него, а ароматические и галогенированные углеводороды вызывают его набухание.
- Горючесть: он поддерживает горение в обычном воздухе, и применения с требованиями по огнестойкости нуждаются в огнезащитной марке.
В пределах типа марка идентифицируется двумя показателями — плотностью и показателем текучести расплава, и каждый из них что-либо означает только вместе с соответствующим условием испытания.
Показатель текучести расплава для полиэтилена измеряется при 190 °C под заданной нагрузкой. При 2,16 кг это индекс текучести расплава; марки с низкой текучестью указываются при 21,6 кг как индекс текучести расплава при высокой нагрузке. Одна марка HDPE указана как 0,80 г/10 мин при 2,16 кг и 52 г/10 мин при 21,6 кг в одном и том же техническом паспорте, поэтому два показателя, полученные при разных нагрузках, никогда не размещаются в одной колонке.
Плотность зависит от того, как был отформован образец для испытания, и методы различаются: ASTM D792 не эквивалентен ISO 1183-1 Метод A. Перед установкой сертификат анализа рядом с техническим паспортом проверьте, что оба указывают один и тот же метод и условие.