II Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2010

Полиэтилен - органическое соединение, (-СН₂СН₂-)_n, твердый белый полимер; термопласт. Полиэтилен обладает низкой газо- и паропроницаемостью (наименьшей для сильнополярных вещевств, наибольшей для углеводородов). Химическая стойкость зависит от мол. массы, ММР и плотности. Полиэтилен не реагирует со щелочами любой концентрации, с растворами любых солей, в том числе и солей-окислителей, карбоновыми, конц. соляной и плавиковой кислотами. Он разрушается 50%-ной HNO₃, а также жидкими и газообразными Cl₂ и F₂. Бром и йод через полиэтилен диффундируют. Полиэтилен не растворим в органических растворителях при комнатной температуре и ограниченно набухает в них. Полиэтилен практически безвреден; из него не выделяются в окружающую среду опасные для здоровья человека вещества.

Сырьем для полиэтилена служит газ этилен. Полиэтилен синтезируют путем полимеризации этилена при высоком и низком давлениях. Поэтому существует два основных класса полиэтиленов: полиэтилен высокого давления (низкой плотности) и полиэтилен низкого давления (высокой плотности).

Полиэтилен, получаемый при высоком давлении, называют полиэтиленом высокого давления (ПЭВД) или низкой плотности. В промышленности полиэтилен высокого давления получают полимеризацией этилена в трубчатом реакторе или в автоклаве. Реакция идёт по радикальному механизму. Получаемый по этому методу полиэтилен имеет средневесовой молекулярный вес 80 000-500 000 и степень кристалличности 50-60 %. Жидкий продукт впоследствии гранулируют. Реакция идёт в расплаве. Полиэтилен высокого давления образуется при следующих условиях:

• температура 150-320°C;
• давление 150-300 МПа;
• присутствие инициатора (кислород или органический пероксид).

Свойства ПЭВД:

Молекулярная масса ММ = (30-400)*103; показатель текучести расплава (2300С/2,16кг, г/10мин) 0,2-20; степень кристалличности 60%; температура стеклования (температура размягчения) -4°С; температура плавления 105-115°С; диапазон технологических температур 200-260°С; плотность 0,93 г/см3; усадка (при изготовлении изделий) 1,5-2,0%. Главная особенность молекулярной структуры - разветвленность строения, что является причиной образования рыхлой аморфно-кристаллической структуры и, как следствие уменьшение плотности полимера.

Полиэтилен, получаемый при низком давлении, называют полиэтиленом низкого давления (ПЭНД) или высокой плотности. Используются три основные технологии получения полиэтилена низкого давления: реакция проводится в суспензии, реакция проводится в растворе, осуществление газофазной полимеризации. Полимеризация идёт в суспензии по ионно-координационному механизму. Получаемый по этому методу полиэтилен имеет средневесовой молекулярный вес 80 000-3 000 000, степень кристалличности 75-85 %. Полиэтилен низкого давления образуется при следующих условиях:

• температура около 80 °C;
• давление ниже 4 МПа;
• присутствие катализатора (катализаторы Циглера-Натта, например, смесь TiCl₄ и AlR₃).                           

Свойства ПЭНД:

Молекулярная масса ММ = (50-1000)*103; показатель текучести расплава (г/10мин) 0,4-3,2; степень кристалличности 70-90%; температура стеклования (температура размягчения) -120°С; температура плавления 125-132°С; диапазон технологических температур 220-2800°С; плотность 0,95г/см³; усадка (при изготовлении изделий) 1,5-2,0%.

Физические свойства в сочетании с высокими химическими и механическими свойствами обуславливают широкое применение полиэтилена в электротехнике, для изоляции проводов и кабелей, 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, предметы домашнего обихода и др.  ПЭНД  используют в автомобильной промышленности, машиностроении, химическом производстве, пищевой промышленности. Листы из ПЭВД применяют при производстве антикоррозионного покрытия, в качестве электроизоляционного материала в ортопедическом производстве, при строительстве полигонов, котлованов, тоннелей, колодцев и т.д. в качестве гидроизоляционного слоя, геомембраны.

Целью нашего эксперимента было определение теплоемкости полиэтиленов и получение сведений о том, как изменяется  теплоёмкость ПЭВД и ПЭНД при изменении температуры, поскольку данные по теплоёмкости полиэтилена высокого и низкого давления очень ограниченны.. Для этого мы использовали  метод дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК).

 Метод ДСК позволяет с достоверной точностью определить температуру плавления, теплоту плавления, теплоёмкость вещества. В настоящее время существует несколько калорметрических систем, которые успешно применяются для исследования биофизических и физико-химических объектов. Кроме конструктивных особенностей, различие между этими установками заключается в способе регистрации тепловых эффектов. Обычно применяют 2 способа:

1.компенсация теплового эффекта методом изменения мощности компенсационных нагревателей, с регистрацией компенсирующего канала;

2. регистрация разности температур между образцом и эталоном: при этом обратная связь осуществляется теплообменом между образцом и эталоном.

Одним из непременных условий работы дифференциального сканирующего калориметра является постоянство скорости изменения температуры системы. В основу принципа работы микрокалориметра ДСМ-2М положен компенсационный метод.

В сканирующем микрокалориметре эталон и образец попеременно подвергаются равномерному нагреву (или охлаждению) в ячейках специального калориметрического блока. Эталонная ячейка содержит пустой контейнер, в идеале абсолютно равный по своим свойствам (теплоёмкости, теплопроводности) при равных размерах и массе контейнеру, в котором запечатан исследуемый или эталонный образец, т.е. этот пустой контейнер является как бы «нулевым отсчётом» эксперемента. Тогда разность мощностей тепловых потоков, проходящих через «пустой» и «полный» контейнеры, даёт тепловые свойства образца.

Метод определения теплоёмкости исследуемого вещества при определённой температуре заключается в сканировании образцовой меры теплоёмкости в нужном температурном интервале, сканировании с пустыми контейнерами и сканировании образца. Отклонение базовой линии при сканировании с пустыми контейнерами прибавляется или вычитается от отклонённой базовой линии при сканировании с образцовой мерой и образцом. Теплоёмкость измеряется методом ступенчатого нагрева, который даёт более достоверныу результаты. Метод заключается в определении интегрального теплового разбаланса измерительных ячеек (в одну из которых поьещают ообразец)при измерении температуры перехода от изотермической выдержки при одной температуре к изотермической выдержке при другой. При этом нежно учитывать, что прибор вычодит на режим 1 минуту. Изотермическая выдержка должна составлять 400с для металлов и жидкостей и более 1000с при работе с пористыми материалами. Эта выдержка необходима для достяжения теплового равновесия в измерительной ячейке.

В результате проведения исследования мы выяснили, что полиэтилены ПЭВД и ПЭНД практически не изменяет своих теплопоглощающих свойств при изменении температуры, причем  свойства ПЭВД в меньшей мере зависят от температуры.

Код для цитирования: Скопировать