matière première en plastique PE

Matières premières PE : plastiques universels avec des caractéristiques, une production et des applications diverses

Le PE (polyéthylène) est une résine thermoplastique polymérisée à partir de monomères d'éthylène. Plastique polyvalent le plus répandu au monde, il a pénétré divers secteurs de la production et de la vie quotidienne depuis son industrialisation dans les années 1930 grâce à ses excellentes performances globales, son faible coût et sa large gamme d'applications. Des sacs de courses aux canalisations industrielles, des emballages alimentaires aux films agricoles, le PE est devenu un matériau de base indispensable dans la société moderne grâce à ses avantages uniques, favorisant le développement de l'industrie des matériaux polymères.

1. Structure moléculaire et caractéristiques principales du PE

La structure moléculaire du PE est constituée de chaînes carbone-hydrogène linéaires ou ramifiées, avec des unités répétitives -CH₂-CH₂-. La régularité et le degré de ramification des chaînes moléculaires déterminent leurs performances. Selon leur structure moléculaire, le polyéthylène peut être divisé en polyéthylène basse densité (PEBD), polyéthylène haute densité (PEHD) et polyéthylène basse densité linéaire (PEBDL).

La chaîne moléculaire du PEBD présente un degré de ramification élevé et une faible cristallinité (50 à 60 %), ce qui lui confère une bonne flexibilité et une bonne transparence, avec une densité de 0,91 à 0,925 g/cm³, un toucher doux, une excellente résistance aux basses températures et une ténacité à -60 °C. Le PEHD présente une chaîne moléculaire très régulière, avec une cristallinité de 80 à 95 % et une densité de 0,941 à 0,965 g/cm³. Il présente une forte rigidité, une résistance élevée et une meilleure dureté et résistance à l'usure que le PEBD, mais une flexibilité légèrement inférieure. Le PEBDL forme de courtes chaînes ramifiées par copolymérisation d'éthylène et d'alpha-oléfines, alliant la flexibilité du PEBD à la résistance du PEHD, avec une résistance exceptionnelle à la déchirure et à la perforation.

Le PE dans son ensemble présente d'excellentes caractéristiques : bonne stabilité chimique, résistance aux acides, aux alcalis, au sel et à la plupart des solvants organiques, et ne réagit pas avec d'autres substances que les oxydants puissants à température ambiante ; excellente isolation électrique, faible constante diélectrique, adapté aux couches isolantes de fils et de câbles ; bonnes performances de mise en œuvre, possibilité de formage par soufflage, moulage par injection, extrusion, etc., large plage de températures de mise en œuvre et faible consommation d'énergie ; non toxique et inodore, conforme aux normes de contact alimentaire, largement utilisé dans l'emballage alimentaire. Cependant, le PE présente une résistance thermique limitée et est généralement utilisé à des températures comprises entre -40 et 60 °C. Il est sensible à l'oxydation et au vieillissement, et doit être amélioré par l'ajout d'antioxydants.

2、 Processus de production et sources de matières premières du PE

La production de PE utilise l'éthylène comme matière première principale, provenant principalement du craquage du pétrole (craquage du naphta) et du traitement du gaz naturel (déshydrogénation de l'éthane). Ces dernières années, l'éthylène biosourcé a été produit par fermentation de la biomasse, offrant des possibilités de verdissement du PE. Le procédé de production se divise en méthodes haute pression, moyenne pression et basse pression, selon la pression, correspondant aux différentes variétés de PE.

La méthode haute pression est principalement utilisée pour la production de PEBD, un procédé obtenu par polymérisation radicalaire du monomère d'éthylène à 100-300 MPa et 150-300 °C, avec de l'oxygène ou du peroxyde comme initiateurs. L'environnement haute pression provoque un grand nombre de ramifications des chaînes moléculaires, formant des produits de faible densité et de grande flexibilité. Ce procédé est très énergivore, mais la pureté du produit est élevée, ce qui le rend adapté à des applications telles que les films minces.

La méthode basse pression (y compris la méthode moyenne pression) est utilisée pour produire du PEHD et du PEBDL. Elle utilise un catalyseur Ziegler-Natta ou un catalyseur métallocène, et polymérise dans des conditions de 0,1 à 5 MPa et de 60 à 100 °C. L'environnement basse pression réduit la ramification et forme du PEHD à haute cristallinité. L'ajout d'alpha-oléfines (comme le butène et l'hexène) pour la copolymérisation produit du PEBDL. La méthode basse pression, qui présente une faible consommation d'énergie et une efficacité catalytique élevée, est actuellement le procédé le plus répandu pour contrôler avec précision le poids moléculaire et la densité des produits.

Le PE fondu obtenu après polymérisation est extrudé et granulé en matières premières granulaires. Des additifs tels que des antioxydants, des lubrifiants et des colorants sont ajoutés selon les besoins pour améliorer les performances de traitement et la résistance aux intempéries. Le choix des additifs doit répondre aux exigences du scénario d'application, et le PE de qualité alimentaire impose des restrictions strictes quant aux types et aux teneurs en additifs.

3、 Classification et technologie de modification du PE

Les PE peuvent être divisés en trois catégories selon leur densité et leur structure, chacune ayant ses propres caractéristiques et scénarios d'application. Les limites de performance peuvent être encore élargies grâce à des techniques de modification.

Le PEBD (polyéthylène basse densité) présente un degré de ramification élevé, une faible cristallinité, une excellente flexibilité, une grande transparence et une excellente fluidité. Il offre une large gamme d'indices de fusion et convient au moulage par soufflage de films (tels que les sacs de conservation alimentaire et les films plastiques), au moulage par injection de petits produits (tels que les jouets et les capsules de bouteilles) et aux revêtements par extrusion. Cependant, sa résistance mécanique est relativement faible et sa résistance aux solvants est légèrement médiocre.

Le PEHD (polyéthylène haute densité) présente une cristallinité élevée, une grande rigidité, une résistance à la traction, une dureté et une résistance à la température supérieures à celles du PEBD. Il offre une excellente résistance à la corrosion chimique et convient à la fabrication de contenants creux (tels que les bouteilles d'eau minérale et les fûts de produits chimiques), de canalisations (telles que les conduites d'eau et de gaz), de panneaux et de films d'emballage lourds. La transformation du PEHD présente une faible fluidité et nécessite des températures de traitement plus élevées.

Le PEBDL (polyéthylène basse densité linéaire) allie flexibilité et résistance grâce à sa structure à chaîne courte, avec une excellente résistance à la déchirure, à la perforation et à la fissuration sous contrainte. Il possède d'excellentes propriétés de traction et est principalement utilisé pour les films étirables (tels que les films d'emballage), les films agricoles, les films d'emballage lourds et les produits moulés par injection. Il est souvent mélangé au PEBDL pour améliorer les performances du film.

La technologie de modification est la clé pour améliorer les performances du PE : la modification par réticulation utilise des méthodes chimiques ou physiques pour former une structure en réseau de chaînes moléculaires, améliorant la résistance à la chaleur, la résistance aux solvants et la résistance mécanique, et est utilisée pour les couches d'isolation dans les conduites d'eau chaude et les câbles ; Ajout de charges modifiées telles que le carbonate de calcium et la poudre de talc pour réduire les coûts et améliorer la rigidité et la stabilité dimensionnelle ; Améliorer la fibre de verre composite modifiée, la fibre de carbone, etc. pour améliorer la résistance et le module, utilisés pour les composants structurels ; La modification fonctionnelle confère des propriétés antibactériennes, ignifuges, antistatiques et autres, s'étendant aux domaines médical, électronique et autres.

4、 Les divers domaines d'application du PE

Le PE est largement utilisé dans l'emballage, l'agriculture, l'industrie, les nécessités quotidiennes et d'autres domaines en raison de ses performances diverses et de son faible coût, soutenant le fonctionnement de la société moderne.

L'industrie de l'emballage est le plus grand marché d'application du PE, le film LDPE dominant les emballages alimentaires tels que les sacs de conservation et les sacs à pain, qui sont transparents, souples et ont de bonnes propriétés d'étanchéité ; les conteneurs rigides en PEHD, tels que les biberons et les bouteilles de détergent, sont résistants aux chocs et aux barrières, adaptés à l'emballage de liquides ; le film étirable LLDPE, avec sa forte extensibilité, est utilisé pour l'emballage d'enroulement logistique afin de réduire les pertes de transport ; le matériau en mousse PE (comme le coton perlé) est léger et absorbe les chocs, utilisé pour l'emballage de produits électroniques et d'instruments de précision.

Dans le domaine agricole, le film PE préserve l'humidité, augmente la température et favorise la croissance des cultures. Le film PEBD offre une bonne flexibilité et est facile à poser, tandis que le film PEBDL est résistant à la perforation et offre une longue durée de vie. Le film PE pour serres assure la transmission de la lumière et l'isolation, et permet la construction de serres. Les sacs en filet PE sont utilisés pour l'emballage des fruits et légumes, car ils sont respirants et résistants à l'humidité.

Dans le domaine industriel, les tuyaux en PEHD sont largement utilisés pour l'approvisionnement en eau municipale, le transport de gaz et l'évacuation des eaux usées industrielles en raison de leur résistance à la corrosion chimique, de leur faible résistance aux fluides et de leur installation facile ; Production de réservoirs de stockage, de revêtements et d'équipements anticorrosion à l'aide de feuilles PE ; La couche d'isolation du câble en PE réticulé a une bonne isolation électrique et une bonne résistance au vieillissement, garantissant la sécurité de la transmission d'énergie.

Dans le domaine des nécessités quotidiennes, les produits PE sont partout : les produits moulés par injection tels que les seaux, les bassines et les jouets en plastique sont légers et durables ; la fibre PE (polypropylène) est utilisée pour fabriquer des filets de pêche, des tissus filtrants et des tapis, qui sont résistants à l'usure et aux intempéries ; la mousse PE (comme les pantoufles, les tapis de yoga) est douce et confortable, avec de bonnes performances d'amortissement.

Dans le domaine médical, le PE de qualité alimentaire est utilisé pour fabriquer des poches de perfusion, des couvercles de seringues, etc. Il est non toxique et chimiquement stable, et peut être stérilisé à la vapeur ; le film PE est utilisé pour les blouses chirurgicales et les films d'emballage pour bloquer les bactéries et assurer la respirabilité.

5、 Les tendances en matière de protection de l'environnement et de développement de l'éducation physique

La protection de l'environnement du PE a reçu une attention particulière et, bien qu'il soit confronté au défi de la pollution blanche, il évolue vers un développement durable grâce au recyclage et à l'innovation en matière de technologies vertes.

Le système de recyclage du PE est relativement mature, le recyclage physique étant la principale méthode : les déchets de PE sont triés, nettoyés, broyés, fondus et granulés, et le PE recyclé est utilisé pour fabriquer des poubelles, des films recyclés, des barquettes en plastique, etc. Le recyclage chimique décompose le PE en petites molécules d'hydrocarbures, qui peuvent être utilisées comme carburant ou comme matières premières chimiques et présentent des avantages pour le traitement des déchets complexes. Le taux mondial de recyclage du PE augmente progressivement, et la promotion des politiques et les progrès technologiques contribuent à promouvoir une économie circulaire.

Le PE biosourcé est une voie de développement écologique qui utilise comme matière première de l'éthylène produit par fermentation de biomasse (comme la canne à sucre et le maïs). Son empreinte carbone est inférieure à celle du PE issu du pétrole, et les variétés de PE biodégradables (comme le PE avec agents de dégradation ajoutés) peuvent se dégrader naturellement dans des environnements spécifiques, réduisant ainsi la pollution à long terme.

Le développement futur du PE se concentre sur trois directions : le développement de hautes performances grâce à la conception moléculaire et à la technologie composite, le développement de PE à haut module, résistant aux hautes et basses températures et l'expansion des applications d'ingénierie ; la recherche et le développement fonctionnels de PE antibactérien et à réponse intelligente (comme la dégradation sensible à la température) pour répondre aux besoins haut de gamme ; la faible carbonisation favorise l'industrialisation des matières premières biosourcées et le recyclage chimique, construit une boucle de régénération de la consommation de production et combine une conception légère pour réduire la consommation de matériaux.

Le PE, plastique universel de base, favorise le développement de nombreux secteurs grâce à ses excellentes performances. Face aux défis environnementaux, grâce au recyclage et à l'innovation verte, le PE assurera un développement durable tout en préservant son aspect pratique, fournissant ainsi un matériau essentiel à une société verte et sobre en carbone.