Δομή και ιδιότητες του πολυαιθυλενίου

Το πολυαιθυλένιο (πολυαιθυλένιο, που αναφέρεται ως ΡΕ) είναι μια θερμοπλαστική ρητίνη που παράγεται με πολυμερισμό του μονομερούς αιθυλενίου. Στη βιομηχανία περιλαμβάνει επίσης αιθυλένιο και μικρό αριθμό συμπολυμερών Α-ολεφίνης. Το πολυαιθυλένιο άοσμο, μη τοξικό, αισθάνεται σαν κερί, με εξαιρετική αντίσταση χαμηλής θερμοκρασίας (η θερμοκρασία χαμηλότερης χρήσης μέχρι τους -100 ~ -70 ° C). Η καλή χημική σταθερότητα, επειδή το μόριο πολυμερούς μέσω της σύνδεσης με μονό δεσμό άνθρακα - μπορεί να αντισταθεί στο μεγαλύτερο μέρος της διάβρωσης οξέος και αλκαλίων (όχι ανθεκτική στις οξειδωτικές ιδιότητες του οξέος). Αδιάλυτοι σε κοινούς διαλύτες σε θερμοκρασία δωματίου, χαμηλή απορρόφηση νερού, εξαιρετική ηλεκτρική μόνωση.

Δομή και ιδιότητες του πολυαιθυλενίου

1. Δομή πολυαιθυλενίου

Ο γενικός τύπος για τη δομή κάθε τύπου πολυαιθυλενίου (PE) μπορεί να εκφραστεί ως εξής:

Η σύνθεσή του είναι μόνο δύο άτομα άνθρακα και υδρογόνου και έχει την απλούστερη δομή και τις μικρότερες αλυσίδες μεταξύ των ενώσεων πολυμερούς άνθρακα και υδρογόνου. Είναι ουσιαστικά ένα κερί παραφίνης υψηλής σχετικής μοριακής μάζας, δηλαδή, ένα πολυμερές μακράς αλυσίδας λιπαρής. Λόγω του μονομερούς μοριακού αιθυλενίου εντελώς συμμετρικό και επομένως η δομική μονάδα ΡΕ στον τρόπο σύνδεσης μοριακής αλυσίδας είναι βασικά μόνο μία. Το CC Single Bond είναι σ-δεσμός, η κατανομή του νέφους ηλεκτρονίων έχει άξονα, είναι η μικρότερη πολικότητα στις ενώσεις πολυμερούς αλυσίδας άνθρακα, οι ενδομοριακές δια-ατομικές αλληλεπιδράσεις είναι πολύ μικροί, ο βαθμός εσωτερικής περιστροφής είναι πολύ χαμηλός , και ο αριθμός των πιθανών διαμορφώσεων είναι μεγάλος.

Η δύναμη Van der Waals και η δύναμη δεσμού υδρογόνου της διαμοριακής αλληλεπίδρασης της ΡΕ είναι επίσης η μικρότερη, η ενέργεια συνοχής είναι 260J/cm3, η μοριακή αλυσίδα είναι μαλακή και εύκολη στην παραμόρφωση και άλλα μακρομόρια χαμηλότερα από 293 J/cm3 χρησιμοποιούνται συνήθως Ως καουτσούκ, μόνο το PE είναι μια εξαίρεση, η οποία ανήκει στην τυπική ευέλικτη αλυσίδα μακρομορίων.

Η χημική σύνθεση PE και το γραμμικό πολυαιθυλενίου χαμηλής πυκνότητας (LLDPE) με διαφορετικές συνθήκες πολυμερισμού, υπάρχουν πολυαιθυλένιο υψηλής πυκνότητας (HDPE), πολυαιθυλένιο χαμηλής πυκνότητας (LDPE). Και ακόμη και ένας μικρός αριθμός διαφορετικών τύπων διπλών δεσμών, εξακολουθεί να υπάρχει μια ορισμένη ποσότητα ομάδας καρβονυλίου και αιθέρα στο LDPE. Διαφορετικές ποικιλίες δοσολογίας σχετικά με το μέγεθος του αριθμού των κλάδων κατά σειρά LDPE> lldpe> HDPE, τόσο περισσότερο κλάδοι της αντίστασης της στη φωτοαποικοδόμηση και την οξείδωση της ικανότητας επιδείνωσης. HDPE μόνο λίγα μικρά κλαδιά, το Τμήμα Γραμμικών Μακρομόρων, μακρομοριακές αλυσίδες δεν συνδέονται με τον δεσμό, τόσο μαλακό και ελαστικό. Το LDPE είναι ένα μακρύ, σύντομο διακλαδισμένο γραμμικό μακρομορίων, διακλαδισμένο έτσι ώστε η απόσταση μεταξύ της μοριακής αλυσίδας να αυξάνεται, τα μακρομόρια στοιβάζονται χαλαρά, χαμηλή πυκνότητα, χαμηλή κρυσταλλικότητα, χαμηλή πυκνότητα, χαμηλή κρυσταλλικότητα. Το LDPE είναι ένα γραμμικό μακρομόριο με μακρές και σύντομες διακλαδισμένες αλυσίδες, οι διακλαδισμένες αλυσίδες αυξάνουν την απόσταση μεταξύ των μακρομοριακών αλυσίδων, τα μακρομόρια είναι χαλαρά στοιβάζονται, η πυκνότητα είναι χαμηλή, η κρυσταλλικότητα είναι χαμηλή και είναι πιο ήπια, η σκληρότητα, η δύναμη και Η αντίσταση στη θερμότητα του LDPE είναι χαμηλότερη.

Η διαμόρφωση του μορίου πολυαιθυλενίου (η γεωμετρική διάταξη των ατόμων ή των ομάδων στο χώρο του μακρομόρου που σταθεροποιείται με χημικούς δεσμούς) είναι μια τυχαία ομάδα γραμμής στην ελεύθερη κατάσταση και είναι οδοντωτή μετά το τεντώμα Ο δεσμός είναι 0,154 nm, η γωνία δεσμού είναι 109,3 ° και το βήμα των δοντιών είναι 0,253 nm.

Η κρυσταλλικότητα των διαφορετικών τύπων πολυαιθυλενίου είναι διαφορετικός, το LDPE είναι περίπου 65%, το HDPE είναι περίπου 80%~ 90%, το LLDPE είναι περίπου 65%~ 75%. Με την αύξηση της κρυσταλλικότητας, η πυκνότητα, η ακαμψία, η σκληρότητα και η δύναμη των προϊόντων PE βελτιώνονται, αλλά οι ιδιότητες των επιπτώσεων της μειώνονται. Οι ποικιλίες πολυαιθυλενίου δεν είναι μόνο διαφορετική κρυσταλλικότητα, μορφή κρυστάλλωσης και οι παράμετροι των κρυστάλλων δεν είναι οι ίδιες.

Η κρυσταλλική μορφή πολυαιθυλενίου περιλαμβάνει σφαιρικούς κρυστάλλους και μεμονωμένους κρυστάλλους. Το πρώτο λαμβάνεται μετά την τήξη του πολυαιθυλενίου, δηλαδή των κρυσταλλικών συσσωματωμάτων που λαμβάνονται από την ανάπτυξη πυρήνων διασκορπισμένων προς όλες τις κατευθύνσεις. Το τελευταίο λαμβάνεται από την ψύξη των αραιών διαλύσεων πολυαιθυλενίου. Ο Πίνακας 1-2 δείχνει την κρυσταλλικότητα του ΡΕ που λαμβάνεται με διαφορετικές μεθόδους.

Η πυκνότητα του ΡΕ είναι στενά συνδεδεμένη με την κρυσταλλικότητα XC και η σχέση μεταξύ των δύο είναι:

όπου d είναι η μετρούμενη πυκνότητα του δείγματος. Τα D1 και D2 είναι οι πυκνότητες πλήρους κρυσταλλωμένης και πλήρως άμορφου ΡΕ, αντίστοιχα. Γενικά, η πυκνότητα της κρυσταλλικής φάσης της μη διακλαδισμένης ΡΕ είναι 1,014 g/cm3 και η πυκνότητα της άμορφης φάσης είναι 0,84 g/cm3 στα 25 ℃.

Αυτή η εξίσωση υποθέτει ότι οι πυκνότητες των κρυσταλλικών και άμορφων φάσεων σε ένα μερικώς κρυσταλλωμένο πολυμερές (δηλαδή το δείγμα που πρόκειται να δοκιμαστεί) είναι ίσες με τις πυκνότητες των πλήρως κρυσταλλικών και πλήρως άμορφων φάσεων, αντίστοιχα. Στην πραγματικότητα, είναι αδύνατο για κάθε ΡΕ να είναι 100% κρυσταλλικό ή εντελώς άμορφο.

Η σχετική μοριακή μάζα του ΡΕ περιγράφεται συχνά από τον μέσο βαθμό πολυμερισμού (εικόνα), τη μέση σχετική μοριακή μάζα (εικόνα) ή τον αριθμό της μέσης σχετικής μοριακής μάζας (εικόνα) και η κατανομή της σχετικής μοριακής μάζας εκφράζεται από την καμπύλη κατανομής και ο δείκτης πλάτους διανομής (εικόνα). Η σχετική μοριακή μάζα της ΡΕ και η κατανομή του έχουν την ίδια επίδραση στην απόδοση με τον βαθμό διακλάδωσης ΡΕ και τον βαθμό μη κάθαρσης. Λόγω των διαφορετικών μεθόδων πολυμερισμού και των συνθηκών λειτουργίας, η σχετική μοριακή μάζα μπορεί να ποικίλει σε ένα ευρύ φάσμα, όπως από την κρίσιμη σχετική μοριακή μάζα 10.000 έως δεκάδες χιλιάδες, εκατοντάδες χιλιάδες ή και εκατομμύρια. Η σχετική κατανομή μοριακής μάζας ποικίλλει επίσης ανάλογα με διαφορετικές συνθήκες πολυμερισμού, ειδικά για PE χαμηλής πίεσης με καταλύτη μεταφορέα Ziegler, η σχετική κατανομή μοριακής μάζας μπορεί να είναι από αρκετά στενή έως αρκετά ευρεία. Η σχετική μοριακή μάζα της συνηθισμένης ΡΕ είναι 40.000 ~ 120.000, και αυτή του UHMWPE είναι 1.000.000-4.000.000. Όσο υψηλότερο είναι το μοριακό βάρος, τόσο καλύτερες είναι οι μηχανικές ιδιότητες της ρητίνης, όπως η αντοχή σε εφελκυσμό, η ιδιοκτησία χαμηλής θερμοκρασίας, η αντίσταση στην ρωγμή περιβαλλοντικού στρες κ.λπ., αλλά η απόδοση επεξεργασίας επιδεινώνεται.

Εκτός από τις παραπάνω παραμέτρους, το μέγεθος του μορίου ΡΕ μπορεί να εκφραστεί από τον ρυθμό ροής τήγμα (MFR) για να απεικονίσει έμμεσα το μέγεθος της σχετικής μοριακής μάζας, τόσο μικρότερο είναι το MFR, τόσο υψηλότερη είναι η σχετική μοριακή μάζα και αντίστροφα, Όσο χαμηλότερη είναι η σχετική μοριακή μάζα. Για το LDPE, το MFR είναι 20 ~ 50 g/10 λεπτά, για HDPE 4 ~ 15 g/10 λεπτά και για LLDPE 3 ~ 10 g/10 λεπτά.

Για το LDPE, το MFR και ο αριθμός των μέσων αριθμών σχετικής μοριακής μάζας έχουν την ακόλουθη κατά προσέγγιση σχέση:

Το μέγεθος της σχετικής μοριακής μάζας και η κατανομή της διαδραματίζουν σημαντικό ρόλο στην απόδοση της χρηστικότητας και της επεξεργασίας των πλαστικών, η παραπάνω σχέση απεικονίζει απλώς την επίδραση του μεγέθους του πολυμερούς μορίου στην απόδοση της επεξεργασίας, επειδή το επίπεδο του MFR είναι φυσικό Η ποσότητα που χαρακτηρίζει το μέγεθος του ιξώδους τήξης, το οποίο είναι ένα μέτρο της ρευστότητας της επεξεργασίας, και υπάρχει επίσης η ακόλουθη κατά προσέγγιση σχέση μεταξύ του MFR και του φαινομενικού ιξώδους (η) του τήγματος:

HDPE λόγω του κατώτερου MFR, περισσότερο από το ιξώδες (ένα σχετικό μέτρο της σχετικής μοριακής μάζας) που εκφράζεται. Η βιομηχανική ΡΕ διαλύθηκε σε τετραϋδρονφθαλένιο ή δεκϋδρονονφθαλένιο, το κλάσμα μάζας του σε διάλυμα: C είναι 0,5%, υψηλής και χαμηλής πυκνότητας Ρ. [η ']

όπου η0 είναι το ιξώδες του διαλύτη, PA-S.

Το MFR δεν αντικατοπτρίζει τη σχετική κατανομή της μοριακής μάζας, στην πραγματικότητα, η σχετική κατανομή μοριακής μάζας έχει μεγάλη επίδραση στη ρευστότητα της, καθώς η σχετική κατανομή μοριακής μάζας διευρύνεται, αυξάνεται η ρευστότητα του τήγματος, στην οποία αυξάνεται η χαμηλή σχετική μοριακή μάζα ισοδύναμη με Ο πλαστικοποιητής της υψηλής σχετικής μοριακής μάζας ΡΕ. Για το PE με την ίδια μέση σχετική μοριακή μάζα, το ΡΕ με ευρύτερη κατανομή έχει καλύτερη ροή. Επιπλέον, η πυκνότητα του ΡΕ έχει επίσης μεγάλη επίδραση στο ιξώδες της τήξης, μικρού πυκνότητας, το ιξώδες είναι επίσης μικρό. Επομένως, ο ρυθμός ροής τήγματος MFR δεν είναι κατάλληλος για την αξιολόγηση της σχετικής μοριακής μάζας ΡΕ με διαφορετικές πυκνότητες. Εν ολίγοις, η σχετική μοριακή μάζα μικρής, ευρείας κατανομής του LDPE είναι ευνοϊκή για την ρευστότητα της επεξεργασίας, αλλά οι περισσότερες ιδιότητες εφαρμογής, ειδικά οι μηχανικές ιδιότητες είναι δυσμενείς, έτσι ώστε η σχετική μοριακή μάζα ΡΕ και η κατανομή και άλλες δομικές παραμέτρους του Το PE είναι το ίδιο με το PE είναι ένας σημαντικός παράγοντας που επηρεάζει την τελική απόδοση του PE.