Что такое полиэтилен высокой плотности (HDPE)?

Узнайте об этом материале, его свойствах, использовании, преимуществах и токсичности.

Полиэтилен высокой плотности (сокращенно HDPE) представляет собой термопластичный полимер, получаемый из нефти, с обобщенной химической формулой (C2H4)n. Формула HDPE представляет собой повторяющееся мономерное звено этилена и образует молекулярную цепь полиэтилена. ПЭВП отличается от других форм полиэтилена тем, что частота разветвления его боковой цепи ниже, чем у других типов полиэтилена, где HDPE обычно называют «линейной» цепью.

В чем различия LDPE (полиэтилен низкой плотности) и HDPE (полиэтилен высокой плотности)

LDPE хорошо известен тем, что широко используется в пластиковых пакетах, поскольку его низкая плотность делает его легким и гибким, что делает его идеальным для такого рода применений. HDPE, с другой стороны, более твердый и обеспечивает более высокую прочность и лучшую термостойкость. В последнее время он стал очень популярным в качестве исходного материала для нитей для 3D-печати, используемых вместо материала ABS. Он также используется для производства прочных пластиковых деталей, таких как трубы из полиэтилена высокой плотности, игрушки и пластиковые стулья.

Как производится полиэтилен высокой плотности (HDPE)?

HDPE производится в 4 этапа:

• HDPE получают из нефти и представляют собой линейную полимерную цепь, содержащую несколько ответвлений. Процесс производства HDPE различается в зависимости от производителя, но на первом этапе обычно берут углеводороды на нефтяной основе и нагревают до высокой температуры, в результате чего углеводородные цепи распадаются на более полезные мономеры, такие как молекулы этилена (при производстве HDPE этот этилен собирается в виде газа).
• После сбора необходимых мономеров металлические катализаторы (тетрахлорид титана, хлорид диэтилалюминия, оксид хрома на кремнеземе и т. д.) смешивают с газообразным этиленом и другими соединениями, которые катализируют в суспензию полиэтилена.
• Эту суспензию очищают от оставшегося катализатора, а HDPE извлекают путем экстракции, фильтрации и сушки.
• На этом этапе полиэтилен высокой плотности обрабатывается и изготавливается на складе или в виде конкретных продуктов.

Это очень упрощенное представление о процессе, поскольку органическая химия полимеризации гораздо более детальна (и химики-органики до сих пор не до конца понимают механизм реакции!). Несмотря на это, обратите внимание, что HDPE производится из нефти и обрабатывается с использованием катализаторов для получения длинного, линейного и плотного полиэтилена, который теперь известен как полиэтилен высокой плотности.

Качественные свойства полиэтилена высокой плотности (HDPE)

Важными показателями HDPE являются его термостойкость и соотношение плотности к прочности. ПЭВП известен своей термостойкостью, поскольку он остается пригодным для использования и жестким до достижения максимальных рабочих температур, при которых он эффективно формуется и обрабатывается. Его температура плавления также может быть довольно высокой, как правило, выше, чем у большинства других пластиков в этой весовой категории.

Прочность HDPE по сравнению с его плотностью позволяет использовать небольшое количество материала для переноски веса в несколько килограмм без особых проблем. Эта прочность в сочетании с превосходной прочностью на растяжение является причиной того, что HDPE обычно используется в кувшинах для молока, бутылках из-под отбеливателя и других емкостях для хранения жидкостей.  

Каково использование полиэтилена высокой плотности (HDPE)?

Пластик HDPE используется в широком списке изделий, поскольку в настоящее время он является одним из самых универсальных пластиковых материалов во всем мире. Его прочность, ударопрочность и коррозионная стойкость, химический профиль и другие ценные характеристики делают его идеальным продуктом для различных отраслей промышленности. Ниже приведен краткий список некоторых из множества применений пластика HDPE:

• Коррозионностойкие трубы, лист HDPE и исходный материал
• Топливные баки
• Контейнеры для еды и напитков, пластиковые бутылки, кувшины для молока, чашки и т. д.
• Бутылки для шампуня/кондиционера, тюбики для мазей, контейнеры для средств личной гигиены и т. д.
• Мусорные баки, мусорные баки, пластиковые контейнеры и т.д.
• Пакеты для хлеба, вкладыши для хлопьев, контейнеры для хранения продуктов и т. д.
• Бутылки из-под стирального порошка
• Переработанные пластиковые пиломатериалы и композиты
• Медицинское оборудование
• нить для 3D-печати
• Компоненты для лодок
• Изоляторы коаксиального кабеля
• Канализационная сеть
• Пиротехнические компоненты

и многое другое.

Полиэтилен высокой плотности используется почти в каждом секторе в той или иной степени, но его можно найти в высоких концентрациях (наряду с другими его собратьями из полиэтилена) в больницах благодаря его низкому поглощению влаги, химической стойкости, возможности вторичной переработки и низкой скорости удержания бактерий. HDPE и аналогичные пластмассы являются идеальными материалами для изготовления медицинских трубок, пленок, соединителей, лабораторного оборудования, катетеров, пакетов для внутривенных вливаний, лицевых масок, корпусов устройств, мембран, компонентов для доставки лекарств, упаковки и многого другого. Некоторые специальные формы HDPE, такие как полиэтилен сверхвысокой молекулярной массы (UHMWPE), даже используются в ортопедических имплантатах, таких как замена коленного или тазобедренного сустава, благодаря их низкому коэффициенту трения, высокой износостойкости, ударной вязкости, химической и коррозионной стойкости и биосовместимости.

Преимущества полиэтилена высокой плотности (HDPE)

• Высокое соотношение прочности и веса
• Низкий коэффициент трения и низкое влагопоглощение
• Высокая ударопрочность, устойчивая к вмятинам и царапинам
• Плесень, грибок, гниение, минеральные кислоты/щелочи, почва и атмосферостойкость
• Устойчив к химическим веществам, воде, растворителям, кислотам, моющим средствам и чистящим жидкостям
• Очень пластичен при нагревании и испытывает усадку от средней до низкой
• Легко перерабатывается
• Можно стерилизовать кипячением, плохо накапливают бактерии и можно мыть в посудомоечной машине.
• Заменяет более тяжелые материалы в некоторых приложениях
• Экономически эффективным

Недостатки полиэтилена высокой плотности (HDPE)

HDPE, как и любой другой материал, имеет свои недостатки, а именно:

• В некоторых формах он может быть легковоспламеняющимся, так как это продукт на нефтяной основе.
• Обладает высоким тепловым расширением
• Слаб к окислителям и хлорированным углеводородам
• Чувствителен к растрескиванию под напряжением в неоптимальных условиях

Влияние на здоровье человека

HDPE используется в пищевых продуктах и ​​напитках и обычно считается безопасным в твердой форме (когда он обозначен как безопасный для пищевых продуктов в соответствии с правилами FDA). Тем не менее, HDPE имеет определенные неблагоприятные последствия для здоровья при определенном воздействии. Например, пластиковая пыль HDPE может вызвать кратковременное раздражение глаз и горла. Предполагается, что HDPE сгорает без токсичных паров, но многие типы HDPE содержат добавки, которые при сжигании выделяют токсичные пары, которые могут отрицательно повлиять на здоровье. Кроме того, продолжаются споры о том, в значительной степени ли пластмассы, такие как HDPE, выщелачивают химические вещества с эстрогенной активностью. Это выщелачивание произошло бы, если бы, скажем, бутылки из HDPE были оставлены на солнце в машине, где тепло и УФ-излучение разрушали бы пластик и выщелачивали химические вещества в саму воду.

Является ли полиэтилен высокой плотности (HDPE) токсичным?

В твердом, чистом виде полиэтилен высокой плотности считается нетоксичным. Огромный объем молока (не говоря уже о других напитках), поставляемого в контейнерах из HDPE, является достаточным доказательством того, что HDPE не обладает острой токсичностью и фактически безопасен при контакте с пищевыми продуктами. Однако он может стать токсичным при сжигании с добавками или красителями или при проглатывании после воздействия растворителя, который выщелачивает вредные побочные химические вещества.

Какие существуют типы полиэтилена высокой плотности (HDPE)?

HDPE поставляется во многих составах в зависимости от марки и конкретного применения, но обычно типы HDPE делятся на два сорта в зависимости от плотности: класс 300 и класс 500 (где число обозначает плотность материала). Оба типа бывают белого или черного цвета, но 500 сортов, как правило, могут быть окрашены в любой желаемый оттенок.

HDPE может быть изготовлен по специальной формуле для различных применений. Ниже приведен список некоторых типов HDPE, смешанного для конкретных сред или ситуаций:

• Разделочная доска HDPE
• HDPE повышенной жесткости
• УФ-стабилизированный полиэтилен высокой плотности
• Гравируемый HDPE
• Антимикробный полиэтилен высокой плотности
• HDPE под дерево
• Литье под давлением HDPE

и другое.

В чем разница между полиэтиленом и полиэтиленом высокой плотности?

Полиэтилен — это общее название для обозначения всех пластмасс, образованных из мономера (C2H4)n, в то время как полиэтилен высокой плотности — это особая форма полиэтилена, которая была разработана так, чтобы быть более плотной, более линейной по структуре цепи и прочнее, чем другие формы. Полиэтилен охватывает все возможные типы, такие как полиэтилен низкой плотности (LDPE), линейный полиэтилен низкой плотности (LLDPE) и полиэтилен сверхвысокой молекулярной массы (UHMWPE), а также другие. В промышленности полиэтилен — это класс материалов, а ПЭВП — частный случай этого класса полимеров.