Как делают пластик: от нефти и газа до готового полимерного изделия
Пластик делают из нефти, природного газа или газового конденсата. Из этого сырья выделяют мономеры — небольшие молекулы, способные соединяться в длинные цепи. В ходе реакции полимеризации миллионы молекул мономера связываются друг с другом и образуют полимер с нужными свойствами. Затем полимер переводят в гранулы и перерабатывают в готовые изделия литьём, экструзией или раздувом.
Откуда берётся сырьё для пластика
Большинство видов пластика производят из продуктов нефтепереработки. При перегонке нефти выделяют нафту — лёгкую углеводородную фракцию, которую направляют на пиролиз. В пиролизной печи нафту нагревают до 750–900 градусов Цельсия без доступа кислорода. При таких температурах длинные молекулы разрываются на короткие: получают этилен, пропилен, бутилен и другие олефины. Это основные строительные блоки для большинства пластиков мира.
Из природного газа аналогичным образом выделяют этан, который на газохимических предприятиях превращают в этилен. Производства полного цикла от скважины до готовых гранул полиэтилена в России работают в Тобольске, Казани и ряде других городов.
Полимеризация: как из мономеров строят длинные цепи
Полимеризация проходит в реакторах при контролируемых условиях давления и температуры. В реактор подают мономер, катализатор и при необходимости сорастворитель. Молекулы мономера начинают присоединяться друг к другу, образуя цепочку из тысяч и миллионов звеньев.
Длина цепи, её разветвлённость и взаимное расположение звеньев определяют свойства будущего пластика. Например, полиэтилен низкого давления (ПЭВП) имеет длинные прямые цепи и плотно упакован, поэтому жёсткий и прочный. Полиэтилен высокого давления (ПЭНП) имеет разветвлённые цепи, рыхлую структуру и гибкость — именно из него делают мягкие пакеты.
Полипропилен, ПЭТ, полистирол, ПВХ — каждый из этих материалов получают своим мономером и своим типом реакции. Полиэтилентерефталат (ПЭТ), из которого делают бутылки, производят из двух мономеров: терефталевой кислоты и этиленгликоля, соединяемых реакцией поликонденсации при 250–280 градусах Цельсия.
Гранулирование и добавки: как полимер готовят к переработке
Из реактора полимер выходит в виде порошка или расплава. Его экструдируют через фильеру с отверстиями, режут на цилиндрические гранулы диаметром 3–5 мм и охлаждают водой. Гранулы удобны для хранения, транспортировки и дозировки в машинах переработки.
Перед грануляцией в расплав вводят пакет добавок. Стабилизаторы защищают полимер от разрушения при высоких температурах переработки. Антиоксиданты предотвращают старение при долгом хранении на солнечном свету. Пластификаторы делают материал мягче и эластичнее. Красители или пигменты задают нужный цвет. Наполнители вроде талька или стекловолокна повышают жёсткость и снижают стоимость.
Как из гранул делают готовые изделия
Гранулы поступают на предприятия переработки, где превращаются в конечные изделия несколькими методами. Литьё под давлением: гранулы расплавляют в цилиндре инжекционной машины, расплав под давлением 500–2000 бар впрыскивают в охлаждаемую форму и через несколько секунд извлекают готовую деталь. Так делают автомобильные детали, контейнеры, корпуса электроники.
Экструзия: расплав непрерывно продавливают через формующую головку, получая трубы, профили, плёнку или листы. Раздувное формование используют для бутылок: заготовку из расплавленного полимера раздувают сжатым воздухом в форме, как воздушный шар.
Объём российского рынка полимеров составляет несколько миллионов тонн в год. Крупнейшие нефтехимические комплексы страны производят полиэтилен, полипропилен и ПВХ, обеспечивая сырьём отрасли от упаковки до строительства и машиностроения.
