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慧正資訊：聚乙烯是乙烯單體聚合的產物， 聚乙烯優良的物理性能和化學性能使其在塑料行業， 管材行業以及包材行業等有著廣泛應用， 但是目前由于聚乙烯本身結構的原因， 其在某些方面的應用還存在一些限制。在本文中， 簡單介紹了聚乙烯的特征， 性能， 重點介紹了其生產工藝發展過程， 同時講述了目前聚乙烯材料的應用， 希望為相關研究人員提供一定的參考。
聚乙烯的簡單介紹
2.1 聚乙烯發展歷史概述
聚乙烯是一種聚合物， 單體是乙烯分子， 1922 年， 英國開始合成聚乙烯分子， 1939 年， 聚乙烯開始用于工業生產，同時在美國開始量產，聚乙烯是一種性能穩定的聚合物， 在二戰期間， 聚乙烯被美軍大量用于軍需用品的絕緣材料中， 1958 年， 日本的某些化工企業開始正式生產聚乙烯材料， 到 1975 年， 日本的聚乙烯材料生產取得快速發展， 年產量僅次于美國年產量。
2.2 聚乙烯的性能及用途
聚乙烯材料具有較為優良的化學和機械性能， 同時易成型，成本也較為低廉， 這些都為聚乙烯材料的廣泛應用奠定了基礎。聚乙烯材料的用途如下。
2.2.1 可以制作絕緣材料
眾所周知， 聚乙烯材料物理性質較穩定， 絕緣性能好， 不易導電， 所以它是電力工程中絕緣材料的絕佳選擇， 比如變壓器，電容設備等。
2.2.2 用作防腐蝕材料
由于化學特性穩定， 不容易被腐蝕， 聚乙烯經常被應用在零件、設備或者管道的防腐層上。
2.2.3 用于制作包材
聚乙烯材料具有較強的應力， 抗撕拉性良好， 同時不易吸水， 這些特性剛好符合包裝材料的要求， 所以聚乙烯被廣泛用于包材材料的制作中， 尤其是塑料包裝材料。
2.3 輻射后聚乙烯應用廣泛
聚乙烯在經過輻射處理后， 性能變得更加優良， 其具有耐高溫性， 抗壓抗拉， 不容易變形， 更優良的絕緣性等優良特性， 這也使得聚乙烯的用途更加廣泛， 比如它可以用作機械設備中易產生高溫的部件上， 變壓器中， 或者電器中的絕緣部件上等等。
聚乙烯的生產工藝
3.1 聚乙烯制備工藝發展概況
聚乙烯材料在各方面都有這廣泛的應用， 這也加速了聚乙烯生產工藝的不斷改進和優化。在 1933 年， 英國某化學公司發現在高壓環境下， 乙烯單體可以發生聚合作用， 產生聚合物， 也就是聚乙烯， 這也就是我們常說的高壓制取聚乙烯的方法， 1939年， 此方法被應用在工業生產聚乙烯的工藝上。
1953 年， 德國科學家發現依靠催化劑的作用， 在低溫環境下， 乙烯也可以聚合成聚乙烯， 這也就是后來的低溫制取聚乙烯的方法， 1955 年， 此方法被用于工業生產聚乙烯的工藝上。
在 20世紀 50年代初， 一種新型催化劑被美國某公司發現， 在中壓環境下， 這種催化劑就可以催化乙烯單體聚合成聚乙烯， 1957 年， 此方法被用于工業化生產。
20世紀 60年代， 杜邦公司（加拿大分公司）嘗試用乙烯和 α-烯烴合成更低密度的聚乙烯， 1977 年， 低密度聚乙烯的制取方法被美國研發出來， 后來被稱作是線型低密度聚乙烯。從特性上講，線型低密度聚乙烯同時具有非線型低密度聚乙烯和高密度聚乙烯的特性， 而且線型低密度聚乙烯生產過程中消耗的能量較低， 這也為它的快速發展奠定了良好的基礎。
其實在用低壓法制作聚乙烯時， 最核心的部分是催化劑， 所以各國對催化劑投入的研究力度也很大， 這也就促使了催化劑的代代更替。制作聚乙烯的催化劑經歷了三代的發展， 第一代催化劑是德國科學家發現的鈦鋁結合的催化劑， 但是它這種催化劑的催化效率有限。第二代催化劑是比利時研發出來的存在一定載體的催化劑， 而載體是鎂的化合物， 此催化劑較第一代催化劑催化效率提升了數十倍， 同時第二代催化劑相對于第一代的優點在于合成后不用再去脫去催化劑， 大大節約了制作時間。
在 20 世紀 70 年代， 意大利某化學公司提出可以省去造粒的過程， 而直接將乙烯單體聚合成球狀， 并且找到了相應的制作方法， 這其中的催化劑也就是第三代催化劑， 這也給聚乙烯帶來了新的變革。以催化乙烯單體聚合成聚乙烯， 1957 年， 此方法被用于工業化生產。20世紀 60年代， 杜邦公司（加拿大分公司）嘗試用乙烯和 α-烯烴合成更低密度的聚乙烯， 1977 年， 低密度聚乙烯的制取方法被美國研發出來， 后來被稱作是線型低密度聚乙烯。
從特性上講， 線型低密度聚乙烯同時具有非線型低密度聚乙烯和高密度聚乙烯的特性， 而且線型低密度聚乙烯生產過程中消耗的能量較低， 這也為它的快速發展奠定了良好的基礎。其實在用低壓法制作聚乙烯時， 最核心的部分是催化劑， 所以各國對催化劑投入的研究力度也很大， 這也就促使了催化劑的代代更替。
制作聚乙烯的催化劑經歷了三代的發展， 第一代催化劑是德國科學家發現的鈦鋁結合的催化劑， 但是它這種催化劑的催化效率有限。第二代催化劑是比利時研發出來的存在一定載體的催化劑， 而載體是鎂的化合物， 此催化劑較第一代催化劑催化效率提升了數十倍， 同時第二代催化劑相對于第一代的優點在于合成后不用再去脫去催化劑， 大大節約了制作時間。
在 20 世紀 70 年代， 意大利某化學公司提出可以省去造粒的過程， 而直接將乙烯單體聚合成球狀， 并且找到了相應的制作方法， 這其中的催化劑也就是第三代催化劑， 這也給聚乙烯帶來了新的變革。
3.2 生產工藝分析
在聚乙烯制作初期， 高壓法用于制作低密度聚乙烯， 當時用高壓法制得的聚乙烯約占總產量的 67％， 然而隨著催化劑的不斷改進以及生產的不斷發展， 用高壓法制作聚乙烯的方法逐漸被低壓法所取代。高密度和中低密度聚乙烯分別用淤漿法和溶液法、氣相法制得， 上述三種方法均屬于低壓法。
目前， 生產上主要用高壓釜式和高壓管式兩種方法制取低密度聚乙烯， 氣相法、淤漿法以及改良的低密度聚乙烯工藝主要用來制作線型聚乙烯， 改良的低密度聚乙烯工藝主要就是降低在原有工藝上的壓力， 在第一代催化劑的催化下制作線型聚乙烯， 而線型低密度聚乙烯主要采用氣相法和溶液法制取。
目前世界上很多化工公司都掌握了生產聚乙烯的技術， 據不完全統計， 掌握制取低密度聚乙烯技術的公司有 7 家， 掌握制取中密度聚乙烯技術的公司有 10 家， 掌握生產高密度聚乙烯技術的企業有 12 家。
從綜合情況來看， 生產低密度聚乙烯最常用也是最成熟的方法是高壓法， 其中包括高壓釜式和高壓管式， 同時高壓法生產低密度聚乙烯已經在工業上得到了廣泛應用。在用低壓方法生產高密度聚乙烯和線型低密度聚乙烯的焦點問題在催化劑上， 目前鈦類催化劑主要被歐洲和日本化工公司采用，而絡系催化劑大多應用在美國工業中， 同時在 1991 年， 美國發現了茂金屬也可以用作聚乙烯聚合反應的催化劑， 這為聚乙烯材料的工業化生產帶來了新的發展。據統計， 現存的主要的生產聚乙烯的方法有 11 種， 而我國主要采用其中的 8 種進行生產， 比較典型的是高壓管式法， 高壓釜式法以及低壓氣相法等。
聚乙烯的應用及工業現狀
4.1 聚乙烯的應用
目前聚乙烯材料在薄膜， 包材及日用品中有著廣泛的應用，同時為了提高聚乙烯材料的抗氧化作用， 常在聚乙烯材料的加工過程中加入紫外線吸收劑， 比如鄰羥基二苯甲酮等， 同時加入炭黑也可以有效地屏蔽紫外線。為了提升聚乙烯材料的使用性能， 還會在其加工過程中加入一些潤滑劑或者著色劑等輔助材料。我列舉了聚乙烯材料在現實生活中的一些應用， 如下。
4.1.1 聚乙烯材料應用于薄膜制作
由于聚乙烯具有較好的物理性能， 比如抗壓抗壓能力好， 絕緣等， 聚乙烯常常被用作加工薄膜， 制作出的薄膜具有抗水性能好， 不易破損等優良特性。
4.1.2 聚乙烯材料被用于制作管板材
聚乙烯材料的可塑性好， 同時耐高溫， 因此被廣泛用于塑料管材的加工中， 而且聚乙烯材料可以被久埋而不變形、不腐爛，通常這些管材被用于地下水管道， 解決了下水管道中選材困難問題。同時經過發泡處理， 高密度聚乙烯可以制成低泡沫塑料，大多建筑材料的制作都會用到這種低泡沫塑料。
4.1.3 聚乙烯材料被用于纖維制作
低壓制成的聚乙烯材料可以被紡制成纖維， 也就是我們常說的的乙綸， 可被用于繩子和漁網的制作。同時目前已經研制出的高強度聚乙烯纖維， 可以用于制作防彈設備或物資等。
4.1.4 聚乙烯材料被用于制作日雜品
聚乙烯材料耐高溫， 應力較強， 所以我們日常用品中也離不開聚乙烯材料。其實我們的日用品很多都有聚乙烯材料的參與， 比如臉盆、行李箱、容具等。
4.2 聚乙烯材料的工業現狀
近年來， 我國很將聚乙烯技術列為國家級創新計劃中， 可見我國對聚乙烯材料發展的重視程度， 我國目前制作聚乙烯的方法以氣相法為主， 同時生產中也出現了很多問題， 比如最常見的就是產生的過渡料非常多的問題。所以我國也對此問題投入了大量的人力和物力， 試圖在氣相法上進行改進， 目前行之有效的制作方法有氣相聚乙烯冷凝、超冷凝工藝， 對于完善聚乙烯生產工藝過程， 我國還有很長的一段路要走。
目前聚乙烯聚合過程的催化劑已經出現了第三代， 同時也是應用最廣泛的一代。相對于前兩代催化劑， 第三代催化劑可以催化極性的一些單體和乙烯發生聚合反應， 制成新一代的聚烯烴材料， 由于材料的升級， 那么新的聚烯烴材料性能上必然也會更優良。
聚乙烯優良的物理性能和化學性能使其在塑料行業， 管材行業以及包材行業等有著廣泛應用。但是目前由于聚乙烯本身結構的原因， 其在某些方面的應用還存在一些限制。本文重點概述了聚乙烯的生產工藝及其應用， 相信隨著聚乙烯生產工藝的不斷改善， 其應用范圍會越來越廣， 為越來越多的行業解決材料方面的難題。
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