Переработка полиэтилена

МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ РФ

МОСКОВСКИЙ  ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ТОНКИХ ХИМИЧЕСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ

ИМ.М.В. ЛОМОНОСОВА

 

 

 

 

Кафедра эколого-экономического анализа технологий

 

 

 

 

 

 

Дисциплина: Техника и технология ЗОС

 

Реферат на тему: Переработка полиэтилена

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

МОСКВА 2012

Содержание

 

Введение………………………………………………………………………………………...3

 

1. История открытия полиэтилена…………………………………………………………...3
2. Строение молекулы полиэтилена…………………………………………………………4
3. Физико-химические свойства полиэтилена………………………………………………5
4. Получение полиэтилена……………………………………………………………………5
1. Промышленное производство полиэтилена………………………………………...6
5. Область применения полиэтилена………………………………………………………...7
6. Вред полиэтилена…………………………………………………………………………..9
7. Переработка полиэтилена………………………………………………………………...10
1. Инновационный метод переработки полиэтилена………………………………..19

Заключение…………………………………………………………………………………….20

Список web-источников………………………………………………………………………22

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Человечество погибнет не от атомной  бомбы и бесконечных войн, оно похоронит себя под горами собственных отходов. (Нильс Бор).

 

Введение

Прошедший и  текущий века характеризуются тем, что человек поставил себе на службу теоретическую науку, сделав ее прикладной. В частности, открытия в области  химии стали основой для появления новых, неизвестных природе материалов. Примером таких материалов служат полимеры – высокомолекулярные соединения, с большой молекулярной массой, получаемые в процессе полимеризации. Самым распространенным и популярным является полиэтилен – термопластичный полимер белого цвета.

Полиэтилен  изобретён человеком. Изобретался  на века! И уж, наверно, никто не задумывался, как же потом избавляться от непригодной  продукции из этого материала. Потому что он, как говорится, и «в воде не тонет, и в огне не горит».

Изучив свойства полиэтилена, становится понятно, что  это выражение близко к истине. Полиэтилен устойчив к действию воды, не реагирует со щелочами, с химическими  растворами солей, органическими и  неорганическими кислотами. Его  разложение возможно при воздействии 50%-ой азотной кислоты при комнатной температуре и под воздействием жидкого и газообразного хлора и фтора (но это уже химическое производство). Да, со временем, полиэтилен становится хрупким, подвергается на воздухе термостарению. Но термостарение (деструкция, или другими словами, его разрушение) сопровождается выделением множества химических веществ, что загрязняет и почву, и грунтовые воды.

Все знакомы  с полиэтиленовой плёнкой. Это и  обычные упаковочные пакеты, и  скотч, и пузырчатая упаковка. В строительстве используются полимерные трубы для канализации, дренажа, водо-, газоснабжения. Кроме того, полиэтилен – это электроизоляционный материал. Множество предметов повседневности и домашнего обихода, технической аппаратуры, транспорта изготавливается из этого материала. И всё это изнашивается, ломается со временем и приходит в непригодность. Да, но только предметы. Сам материал остаётся почти неизменным. Однако для этого и существует переработка полиэтилена, как избавление нашей среды от засорения.

Переработка вторсырья дарит отходам вторую жизнь. Направляя их на переработку, мы выигрываем дважды: не только оберегаем окружающий нас мир и вносим свой вклад в бережное обращение с природными ресурсами, но и экономим свои средства. Переработка отходов позволяет экономить на их вывозе и размещении, поскольку за размещение отходов приходится платить вам, а за вывоз пригодных к переработке отходов платят нам. Вместо того, чтобы тратить деньги на экологические платежи, можно заработать их на реализации вторсырья, а современные технологии переработки этого вторсырья позволят сохранить окружающую нас экосистему и здоровье каждого из нас.

1. История открытия полиэтилена

Полиэтилен - самая массовая пластмасса в производстве упаковочных материалов. Это один из старейших полимеров, остающийся и сегодня незаменимым для производства специальных пленок, пакетов, контейнеров, канистр и т. п. Вопреки развитию технологий и внедрению новых материалов, значимость полиэтилена не становится меньше, а наоборот, спрос на него только увеличивается.

Первым полимеризацию  этилена (в 1873 г.) начал изучать русский  химик Александр Михайлович Бутлеров. Попытку же осуществить ее предпринял в 1884 году российский химик-органик Гавриил Гавриилович Густавсон, применив бромистый алюминий в качестве катализатора, но полного эффекта он достичь не смог. Полученный, в результате его опытов, полимер этилена представлял из себя низкомолекулярный жидкий продукт.

Впервые полиэтилен был получен  в 1898 году немецким химиком Гансом фон  Пехманом. Открытие произошло совершенно случайно: когда ученый разогревал диазометан, он обнаружил осадок (похожий на воск) на дне пробирки. Вещество, полученное таким образом, было практически идентично сегодняшнему аналогу. Ученый совершенно не догадывался о значимости этого материала, о том, что полученная субстанция – предшественник того, из чего сейчас делают тару для шампуней, упаковку для бутербродов и оплетку для проводов. Так был создан полиэтилен, самый противоречивый и, в последствии, широко распространенный материал в мире. Коллеги фон Пехмана – Фридрих Чирнер и Ойген Бамбергер - охарактеризовали полученный состав как белое, воскообразное вещество и назвали его полиметиленом, так как в его составе были обнаружены длинные цепи -CH2-. Однако, это смолистое вязкое вещество не нашло практического применения и результаты эксперимента Ганса фон Пехмана были основательно погребены. И только спустя тридцать четыре года ими воспользовались те, кого официально считают изобретателями полиэтилена.

Тот полиэтилен, который известен нам, был синтезирован в 1933 году. Произошло это благодаря открытию английских ученых Эрика Фосетта и Реджинальда Джибсона, сотрудников компании ICI (Imperial Chemical Industries). В одно прекрасное утро они начали экспериментировать с газами (под высоким давлением) и обратили внимание, что один узелок их агрегата выглядит так, как будто он в парафиновой смазке. Полиэтилен образовался в результате смешивания бензойного альдегида и этилена, но повторить реакцию вновь не получалось, так как на самом деле она произошла из-за присутствия в аппарате примеси кислорода. Повторения реакции добился, в 1935 году, другой сотрудник компании ICI - Майкл Пёррин, создав технологию, легшею в основу промышленного производства полиэтилена в 1939 году. В последствии усовершенствования технологии происходили в основном благодаря внедрениям новых катализаторов, которые позволяли получать более качественный материал.

2. Строение молекулы полиэтилена

Полиэтиле́н — термопластичный полимер этилена. Полиэтилен является тем полимером, который, возможно, наиболее часто встречается вам в повседневной жизни. Полиэтилен является наиболее популярным пластиком в мире. Именно из этого полимера сделаны пакеты для пищевых продуктов, флаконы для шампуня, детские игрушки и даже пуленепробиваемые жилеты. Для столь разностороннего материала он обладает очень простой структурой, наиболее простой среди всех полимеров, производимых в промышленных масштабах. Молекула полиэтилена представляет из себя ни что иное, как длинную цепь из атомов углерода, к каждому из которых присоединено по два атома водорода:

 

 

 

3. Физико-химические свойства полиэтилена

Полиэтилен – пластичный материал, обладающий хорошими диэлектрическими свойствами.  Он не разрушается при ударах, не ломается, не поглощает воду. Полиэтилен не пропускает пар, газ, при этом не имеет собственного запаха.

Полиэтиленовую тару  не разрушают   щелочи любой концентрации, растворы солей, а также  карбоновая, соляная и плавиковая кислоты. В полиэтиленовой таре можно хранить алкоголь, бензин, воду, овощные соки, масло.

Растворяется полиэтилен в 50%-ном  растворе азотной кислоты, а также  в жидком и газообразном хлоре. Он хорошо переносит воздействие солнца и воздуха, выдерживает температуру  от +80 °С  до -70 °С.  

Изделия из полиэтилена практически  безвредны для здоровья человека, они не выделяют никаких опасных  веществ в окружающую среду.

Полиэтилен можно легко перерабатывать по любой технологии переработки  пластмасс. Если материал обработать  хлором, сульфатами, бромом или фтором, он принимает свойства каучука, при этом улучшается теплостойкость, химическая устойчивость.

Добавляя во время полимеризации другие олефины,  полярные мономеры, можно повысить стойкость к растрескиванию, эластичность, прозрачность, адгезионные характеристики. Смешав полиэтилен с сополимерами или другими полимерами, улучшают ударную вязкость и прочие физико-механические свойства.

Различия в химических, физических и эксплуатационных качествах  полиэтилена напрямую связаны с плотностью и молекулярной массой конкретного вида  полимера. Если сравнивать, например, полиэтилен высокого давления, имеющий разветвленную структуру,  с  полиэтиленом низкого давления, то ПЭВД гораздо мягче, чем ПЭНД.  Поэтому трубы для водоснабжения и канализации делают из полиэтилена низкого давления – они более жесткие и плотные, чем из полиэтилена высокого давления. Такая пленка более устойчива к ударам, растяжению, сжатию, а ее проницаемость в воде  в 5-6 раз ниже, чем у пленки из ПЭВД.

В наиболее агрессивных средах используется сверхвысокомолекулярный полиэтилен. Он имеет молекулярную массу более 1 000 000, и обладает  повышенными прочностными качествами. Такой вид полиэтилена можно эксплуатировать и в пустыне, и на Крайнем Севере: он выдерживает температуру от  +120 °С до -260. При этом, он обладает низким коэффициентом трения, высокой износостойкостью, устойчив к растрескиванию и воздействию химикатов.

4. Получение полиэтилена

Сырьем для полиэтилена является газ этилен. Путем полимеризации этилена при низких и высоких давлениях, получается полиэтилен. Зачастую полиэтилен производится в виде гранул (ø 2-5 мм.), реже - в виде порошка. Полиэтилен причисляют к классу полиолефинов. Основные два вида полиэтиленов: Полиэтилен Высокой Плотности (то же, что и Низкого Давления) HDPE; Полиэтилен Низкой Плотности (то же, что и Высокого Давления) LDPE. Есть еще несколько подклассов полиэтилена.

Полиэтилен  высокого давления (низкой плотности) получается полимеризацией этилена  при высоком давлении в трубчатых  реакторах или реакторах с  перемешивающим устройством с применением  инициаторов радикального типа. 
Полиэтилен высокого давления выпускают без добавок – базовые марки, или в виде композиций на их основе со стабилизаторами и другим и добавками в окрашенном и неокрашенном виде.

 

 

 

 

 

Полиэтилен  низкого давления (высокой плотности), получают суспензионным методом  полимеризации этилена при низком давлении на комплексных металлоорганических катализаторах в суспензии или газофазным методом полимеризации этилена в газовой фазе на комплексных металлоорганических катализаторах на носителе или полимеризацией этилена в растворе в присутствии титан-магниевого катализатора или CrO₃ на силикагеле. 
Полиэтилен, получаемый суспензионным методом (суспензионный полиэтилен), выпускают без добавок (базовые марки) и в виде композиций на их основе со стабилизаторами, красителями и другими добавками.  
Полиэтилен, получаемый газофазным методом (газофазный полиэтилен), выпускают в виде композиций со стабилизаторами.

 

 

 

 

4.1. Промышленное производство  полиэтилена

Первыми промышленное производство полиэтилена освоили  Англичане методом высокого давления. Немного отставая от них производство освоили Германия, США и СССР. Поначалу полиэтилен использовался при производстве проводов в качестве изоляции. Технологически производство полиэтилена методом высокого давления довольно сложный и трудоемкий процесс. Требуется вести полимеризацию непосредственно в аппаратуре под большим давлением и обеспечивать неоднократную циркуляцию этилена в системе из-за не высокой степени превращения. До начала пятидесятых годов прошлого века сильного распространения в быту полиэтилен не получил. В начале своего пути он имел стратегическое значение и использовался более в промышленности и военной отрасли. Возросшее потребление полиэтилена в 1950-х годах заставило ученых искать новые способы его получения. Так в 1952 г. группа немецких ученых совершила революционное открытие - метод полимеризации этилена при нормальном давлении в присутствии металлоорганических катализаторов. Дальнейшим этапом развития стало открытие в США метода получения полиэтилена при небольшом давлении. В настоящее время ведутся работы по инновационным способам получения полиэтилена, например под действием проникающего излучения или электрических разрядов. В промышленности пока используются три метода производства полиэтилена: