Tak powstaje polietylen w Polsce

Technologia Hostalen, opracowana przez firmę Basell i wykorzystywana przez Basell Orlen Polyolefins w zakładach w Płocku, jest jedną z czołowych i najbardziej innowacyjnych metod produkcji polietylenu. Dlatego warto zapoznać się jak dokładnie powstaje w Polsce polietylen.

Technologia produkcji polietylenu wysokiej gęstości (HDPE) Hostalen z powodzeniem wykorzystywana jest już od ponad 50 lat i nadal stanowi jeden z najbardziej nowoczesnych procesów produkcji polietylenu na świecie. Można wręcz powiedzieć, że znaczna część światowej produkcji HDPE opiera się na tym procesie.

Od początku zastosowania w przemyśle, technologia Hostalen podlega ciągłym zmianom, mającym na celu jej doskonalenie. Znacznemu rozszerzeniu uległ zakres produktów produkowanych z HDPE Hostalen. Obecnie są to różnego rodzaju folie, rury, opakowania, beczki, kontenery, zbiorniki paliwowe oraz detale techniczne.

Polietylen wysokiej gęstości HDPE Hostalen powstaje w procesie polimeryzacji zachodzącym w łagodnych warunkach w temperaturze 80 st. C i pod ciśnieniem 10 bar. Polimeryzacja typu koordynacyjnego zachodzi w reaktorach zawierających zawiesinę składającą się z monomeru (etylen), komonomeru (buten-1), katalizatora typu Zieglera-Natty, wodoru, rozcieńczalnika (heksan) oraz częściowo spolimeryzowanych cząstek polietylenu. Polimeryzacja jest reakcją silnie egzotermiczną i odbywa się w osłonie azotu. Zawiesina podlega ciągłemu mieszaniu, co podnosi efektywność procesu polimeryzacji.

Instalacja do polimeryzacji składa się z dwóch reaktorów głównych oraz reaktora dodatkowego, zwanego postreaktorem. Zasadniczy proces polimeryzacji zachodzi w głównych reaktorach, w których wytwarzana jest frakcja o niskiej lub wysokiej masie cząsteczkowej. Postreaktor pozwala na dokładne zmieszanie frakcji do postaci jednolitego stopu oraz umożliwia końcową „obróbkę´” polimeru i nadanie mu optymalnych cech pod względem wymagań przetwórczych i użytkowych.

Frakcja polimeru o małej masie cząsteczkowej zapewnia sztywność oraz decyduje o dobrej przetwarzalności polimeru, zaś frakcja o wysokiej masie cząsteczkowej pozwala na uzyskanie odpowiedniej odporności na środowiskową korozję naprężeniową (ESCR) i udarności.

W postreaktorze zachodzi także proces polimeryzacji resztek monomeru. Proces przebiegający w opisany sposób nosi nazwę Advanced Cascade Process – ACP (Proces Kaskadowy). Produkt wyjściowy z procesu polimeryzacji to polimer w formie proszku, który w dalszych etapach produkcyjnych oddzielany jest od fazy ciekłej oraz suszony gorącym azotem. Do proszku dodawane są następnie dodatki, takie jak: stabilizatory, antyutleniacze, środki poślizgowe lub barwniki. Całość jest mieszana i podawana do granulatora, gdzie następuje stopienie składników oraz wytłaczanie do postaci granulatu.

Podstawową zaletą procesu Hostalen jest możliwość wytwarzania szerokiego zakresu gatunków HDPE w odmianach o unimodalnym i bimodalnym rozkładzie ciężaru cząsteczkowego. Jest to uzależnione od sposobu połączenia reaktorów. Zakres gęstości produkowanego polimeru wynosi od 940 do 965 kg/m3. W obu odmianach procesu technologicznego stosuje się te same katalizatory oraz dodatki. Pozwala to na utrzymanie stabilności procesu oraz otrzymanie tworzywa o stałych parametrach technicznych.

Dzięki zastosowaniu postreaktora można uzyskać bardzo jednorodny materiał o ściśle kontrolowanych właściwościach. Proces Hostalen ACP charakteryzuje się wysoką elastycznością pracy instalacji.

Kolejną istotną zaletą wpływającą na sprawność procesu jest bardzo wysoki współczynnik konwersji monomeru wynoszący 99,5 procent. Jest to szczególnie ważne dla ekonomicznej strony procesu produkcji, jak i ze względu na wymogi ochrony środowiska.

Głównymi obszarami zastosowania PE bimodalnego Hostalen, produkowanego w technologii ACP, są techniki wytłaczania. Gatunki unimodalne są przetwarzane głównie technologią wtrysku. Techniki przetwórstwa HDPE Hostalen to wytłaczanie folii, wytłaczanie z rozdmuchem pojemników, wytłaczanie rur oraz wtrysk.

Zastosowanie technologii Hostalen ACP pozwala na wytwarzanie wysokiej jakości bimodalnego polietylenu do produkcji folii. Podstawową zaletą gatunków Hostalen jest doskonała przetwarzalność. Dzięki temu, możliwe jest uzyskanie bardzo stabilnych parametrów przetwórstwa tworzywa na folię, eliminacja zerwań rękawa i spowodowanych tym przestojów. Pozwala to także na wytwarzanie cienkich folii o zawężonych tolerancjach wymiarowych bez utraty właściwości wytrzymałościowych. Polietylen Hostalen cechuje się także niską zawartością wtrąceń żelowych. Daje to możliwość uzyskania przezroczystych folii o wysokich parametrach optycznych i estetycznych powierzchni. Podstawowymi bimodalnymi gatunkami do produkcji folii są Hostalen GM 9240 HT i Hostalen GM 9255 F2.

Warto teraz zająć się zagadnieniem związanym z możliwościami podwyższenia parametrów wytrzymałościowych folii oraz zwiększeniem wydajności produkcji przy przejściu z przetwórstwa polietylenu unimodalnego na bimodalny.

Zastosowanie polietylenu bimodalnego pozwala także na ustalanie stosunku wytrzymałości folii w kierunku wytłaczania i w kierunku poprzecznym, w zakresie szerszym niż w przypadku gatunków unimodalnych. Uzyskuje się to poprzez regulację parametrów wytłaczania, takich jak prędkość, stopień rozdmuchu (BUR) i długość szyi.

Folia z polietylenu bimodalnego charakteryzuje się także wyższą odpornością na przebicie. Odpowiednią wartość odporności uzyskuje się poprzez regulację długości szyi i BUR. Przejście z przetwórstwa gatunku unimodalnego na bimodalny nie wymaga modernizacji urządzeń produkcyjnych, wymagana jest jedynie odpowiednia regulacja parametrów procesu wytłaczania i rozdmuchiwania folii.

Oprócz wymienionych bimodalnych gatunków HDPE, BOP dla producentów folii oferuje również polietylen niskiej gęstości Malen E i Lupolen, polietylen średniej gęstości Lupolen oraz specjalistyczny kopolimer polietylenowy z monomerami akrylowymi pod nazwą Lucalen.

Kolejnym obszarem zastosowania bimodalnego polietylenu Hostalen jest segment opakowań i pojemników produkowanych poprzez wytłaczanie z rozdmuchem.

Przy produkcji butelek, kanistrów, beczek czy kontenerów IBC istotnymi parametrami są sztywność, odporność na środowiskową korozję naprężeniową (ESCR) oraz odporność chemiczna. Gatunki polietylenu Hostalen posiadają też odpowiednio wysoką udarność w obniżonych temperaturach. Proces ACP pozwala także na regulację parametrów sprężystych stopionego polimeru, czyli stopnia spęcznienia. PE bimodalny Hostalen charakteryzuje się odpowiednio dobranym stosunkiem sztywności do odporności na korozję naprężeniową.

Umożliwia to uzyskanie oszczędności materiału do 15 procent w stosunku do gatunków unimodalnych przy zachowaniu parametrów wytrzymałościowych wyrobu gotowego przy produkcji butelek o prostych kształtach. Przy produkcji pojemników z uchwytem oszczędności wynoszą do 10 procent. Zmniejszenie masy wytłaczanego polimeru pozwala także na skrócenie czasu cyklu, oszczędność energii w procesie wytłaczania oraz uzyskanie oszczędności w procesie recyklingu.

W zależności od pojemności produkowanych pojemników, stosuje się następujące gatunki: Hostalen ACP 5831 D (do 5 litrów), Hostalen ACP 5531 B (do 30 litrów) i Hostalen ACP 5331 A (powyżej 30 litrów).

Zastosowanie polietylenu bimodalnego nie powoduje konieczności modernizacji formy ani układu plastyfikującego wytłaczarki. Należy jedynie zwrócić uwagę, aby w ostatniej fazie szybkość zamykania formy, była jak najmniejsza.

Polietylen Hostalen produkowany jest w dwóch odmianach: PE 80 i PE 100. Rury wykonane z HDPE znajdują zastosowanie w sieciach wodociągowych, gazowych, kanalizacyjnych oraz w rurociągach przemysłowych. Polietylen Hostalen może być także stosowany w produkcji powłok zewnętrznych w rurach preizolowanych oraz do wytłaczania rur osłonowych dla telekomunikacji i energetyki. Wysoka jakość polietylenu Hostalen potwierdzona jest przez Stowarzyszenie PE 100+, które regularnie kontroluje producentów gatunków PE 100 pod kątem spełniania rygorystycznych wymagań wytrzymałościowych, znacznie przekraczających wymagania nałożone przez ustawodawców.

Polietylen Hostalen klasy PE 80 (Hostalen GM 5010 T3) produkowany jest w kolorze czarnym, zaś polietylen klasy PE 100 (Hostalen CRP 100) w kolorze czarnym i granatowym. Wymienione gatunki produkowane są w zakładach grupy Basell.

Proces Hostalen umożliwia także wytwarzanie gatunków polietylenu przeznaczonych do przetwórstwa technologią wtrysku. Charakteryzują się one wysoką wytrzymałością mechaniczną, także w niskich temperaturach, oraz bardzo dobrymi właściwościami przetwórczymi.

Podstawowymi zaletami polietylenu Hostalen są bardzo dobre płynięcie w formie, niska podatność na paczenie oraz wysoka wytrzymałość mechaniczna. Z tego względu, podstawowym obszarem zastosowań tego tworzywa jest produkcja elementów o skomplikowanych kształtach, długich drogach płynięcia, dużej stabilności wymiarów oraz wysokich parametrach wytrzymałościowych, takich jak skrzynki na warzywa, skrzynki transportowe do butelek, pojemniki techniczne, zakrętki i zamknięcia oraz tuby na silikony i budowlane masy uszczelniające. Zalecanym gatunkiem jest Hostalen GC 7260.

Najnowszym produktem w segmencie wtryskowym jest bimodalny gatunek polietylenu do wytwarzania zakrętek do napojów - Hostalen GX 4027. Charakteryzuje się on bardzo dobrymi właściwościami organoleptycznymi i mechanicznymi - to efekt bimodalnego rozkładu masy cząsteczkowej - oraz doskonałym płynięciem, odpowiednim do tego zastosowania.