Estrutura e propiedades do polietileno

O polietileno (polietileno, denominado PE) é unha resina termoplástica producida pola polimerización do monómero de etileno. Na industria, tamén inclúe etileno e un pequeno número de copolímeros A-Olefin. O polietileno inodoro, non tóxico, séntese como cera, cunha excelente resistencia a baixa temperatura (a temperatura de uso máis baixo ata -100 ~ -70 ° C). Unha boa estabilidade química, porque a molécula de polímero a través da conexión de enlace de carbono de carbono pode resistir a maior parte da erosión ácida e álcali (non resistente ás propiedades oxidantes do ácido). Insolubles en disolventes comúns a temperatura ambiente, baixa absorción de auga, excelente illamento eléctrico.

Estrutura e propiedades do polietileno

1. Estrutura do polietileno

A fórmula xeral para a estrutura de cada tipo de polietileno (PE) pódese expresar do seguinte xeito:

A súa composición é só dous átomos de carbono e hidróxeno, e ten a estrutura máis sinxela e os máis pequenos enlaces de cadea entre os compostos de carbono e hidróxeno polímero. É esencialmente unha cera de parafina de alta masa molecular relativa, é dicir, un polímero de cadea longa graxa. Debido ao etileno molecular do monómero completamente simétrico e, polo tanto, a unidade estrutural PE no modo de unión da cadea molecular é basicamente só un. CC Bond é un enlace σ, a súa distribución de nube electrónica ten aximétrica, é a menor polaridade nos compostos de polímero de cadea de carbono, as interaccións inter-atómicas intramoleculares son moi pequenas, o grao de rotación interna é moi baixo, as barreiras de rotación interna non son grandes e o número de conformacións posibles é grande.

A forza de Van der Waals e a forza de unión de hidróxeno da interacción intermolecular de PE tamén é a máis pequena, a enerxía de cohesión é de 260J/cm3, a cadea molecular é suave e fácil de deformarse, e outras macromoléculas inferiores a 293 J/cm3 adoitan usarse Como goma, só PE é unha excepción, que pertence á cadea típica de macromoléculas flexibles.

Composición química PE e polietileno lineal de baixa densidade (LLDPE) con diferentes condicións de polimerización, hai polietileno de alta densidade (HDPE), polietileno de baixa densidade (LDPE), a cadea principal ten un número diferente de diferentes lonxitudes de grupos laterais ramificados,, E incluso un pequeno número de diferentes tipos de enlaces dobres, aínda hai unha certa cantidade de grupo carbonilo e éter no LDPE. Diferentes variedades de dosificación sobre o tamaño do número de ramas por orde de LDPE> LLDPE> HDPE, máis ramas da súa resistencia á fotodegradación e oxidación da capacidade de deteriorarse. HDPE Só algunhas ramas curtas, o Departamento de Macromoléculas Lineais, as cadeas macromoleculares non están conectadas ao enlace, tan suaves e elásticas; O LDPE é unha macromoléculas lineais longas e curtas ramificadas, ramificadas de xeito que a distancia entre a cadea molecular aumenta, as macromoléculas amoreadas, de baixa densidade, baixa cristalinidade, baixa densidade, baixa cristalinidade. LDPE é unha macromolécula lineal con cadeas ramificadas longas e curtas, as cadeas ramificadas aumentan a distancia entre as cadeas macromoleculares, as macromoléculas son pouco amontoadas, a densidade é baixa, a cristalinidade é baixa e é máis suave, polo que a dureza, a forza e a forza A resistencia á calor do LDPE é menor.

A configuración da molécula de polietileno (a disposición xeométrica de átomos ou grupos no espazo da macromolécula fixada por enlaces químicos) é un grupo de liña aleatoria no estado libre, e é serrado despois de estirar por forza externa, a lonxitude de enlace do único CC Single O enlace é de 0,154 nm, o ángulo de enlace é de 109,3 ° e o paso dos dentes é de 0,253 nm.

A cristalinidade de diferentes tipos de polietileno é diferente, o LDPE é de aproximadamente o 65%, o HDPE é de aproximadamente o 80%~ 90%, LLDPE é de aproximadamente o 65%~ 75%. Co aumento da cristalinidade, a densidade, a rixidez, a dureza e a forza dos produtos PE melloran, pero as súas propiedades de impacto diminúen. As variedades de polietileno non só son diferentes cristalinidade, a forma de cristalización e os parámetros de cristal non son iguais.

A forma cristalina de polietileno inclúe cristais esféricos e cristais individuais. O primeiro obtense despois da fusión de polietileno, é dicir, os agregados cristalinos obtidos polo crecemento de núcleos dispersos en todas as direccións; Este último obtense mediante o arrefriamento de solucións diluídas de polietileno. A táboa 1-2 mostra a cristalinidade de PE obtida por diferentes métodos.

A densidade de PE está intimamente relacionada coa cristalinidade XC, e a relación entre ambos é:

onde d é a densidade medida da mostra; D1 e D2 son as densidades do PE totalmente cristalizado e totalmente amorfo, respectivamente. Xeralmente, a densidade da fase cristalina do PE non ramificado é de 1,014 g/cm3 e a densidade da fase amorfa é de 0,84 g/cm3 a 25 ℃.

Esta ecuación supón que as densidades das fases cristalinas e amorfas nun polímero parcialmente cristalizado (é dicir, a mostra a probar) son iguais ás densidades das fases totalmente cristalinas e completamente amorfas, respectivamente. De feito, é imposible que calquera PE sexa 100% cristalino ou completamente amorfo.

A masa molecular relativa de PE é a miúdo descrita polo seu grao medio de polimerización (imaxe), a masa molecular relativa media (imaxe) ou a media relativa relativa (imaxe) e a distribución da masa molecular relativa exprésase pola curva de distribución pola curva de distribución e o índice de ancho de distribución (imaxe). A masa molecular relativa de PE e a súa distribución teñen o mesmo efecto sobre o rendemento que o grao de ramificación de PE e o grao de insaturación. Debido aos diferentes métodos de polimerización e condicións de funcionamento, a masa molecular relativa pódese variar nun amplo rango, como desde a masa molecular relativa crítica de 10.000 ata decenas de miles, centos de miles ou incluso millóns. A distribución de masa molecular relativa tamén varía con diferentes condicións de polimerización, especialmente para o PE de baixa presión con catalizador de Ziegler portador, a distribución de masa molecular relativa pode ser de bastante estreita a bastante ampla. A masa molecular relativa de PE común é de 40.000 ~ 120.000, e a de UHMWPE é de 1.000.000-4.000.000. Canto maior sexa o peso molecular, mellor serán as propiedades mecánicas da resina, como a resistencia á tracción, a propiedade de embrittlement de baixa temperatura, a resistencia ao craqueo de estrés ambiental, etc., pero o rendemento do procesamento se deteriora.

Ademais dos parámetros anteriores, o tamaño da molécula PE pode ser expresado polo caudal de fusión (MFR) para ilustrar indirectamente o tamaño da masa molecular relativa, canto máis pequena sexa a MFR, maior sexa a masa molecular relativa e viceversa, Canto menor sexa a masa molecular relativa. Para LDPE, o MFR é de 20 ~ 50 g/10 min, para HDPE 4 ~ 15 g/10 min, e para LLDPE 3 ~ 10 g/10 min.

Para LDPE, o MFR e o número medio de masa molecular relativa teñen a seguinte relación aproximada:

O tamaño da masa molecular relativa e a súa distribución xogan un papel importante na usabilidade e o rendemento de procesamento dos plásticos, a relación anterior só ilustra o efecto do tamaño da molécula de polímero no rendemento de procesamento, porque o nivel da MFR é un físico Cantidade que caracteriza o tamaño da viscosidade fundida, que é unha medida da fluidez do procesamento, e tamén existe a seguinte relación aproximada entre o MFR e a viscosidade aparente (η) do fundido:

HDPE debido á menor MFR, máis que a viscosidade (unha medida relativa da masa molecular relativa) expresada. PE industrial disolto en tetrahidronaftaleno ou decahidronaftaleno, a súa fracción masiva en solución: C é de 0,5%, alta e baixa densidade PE medíase a 120 ℃ 75 ℃ nas condicións da súa solución viscosidade η, a seguinte fórmula calculouse que a concentración da viscosidade [η ']

Onde η0 é a viscosidade do disolvente, PA-S.

A MFR non reflicte a distribución de masa molecular relativa, de feito, a distribución de masa molecular relativa ten unha gran influencia na súa fluidez, xa que a distribución de masa molecular relativa se amplía, aumenta a fluidez fundida, na que a parte de masa molecular relativa baixa equivale a equivalente a equivalente a equivalente á equivalente á equivalente á equivalente a O plastizador da alta masa molecular relativa. Para PE coa mesma masa molecular relativa media, o PE cunha distribución máis ampla ten unha mellor fluxo. Ademais, a densidade de PE tamén ten unha gran influencia na viscosidade da súa fusión, pequena densidade, a viscosidade tamén é pequena. Polo tanto, o caudal de fusión MFR non é adecuado para avaliar a masa molecular relativa de PE con diferentes densidades. En resumo, a masa molecular relativa de pequena e ampla distribución de LDPE é favorable á súa fluidez de procesamento, pero a maioría das propiedades da aplicación, especialmente as propiedades mecánicas son desfavorables, polo que a masa molecular relativa de PE e a súa distribución e outros parámetros estruturais de O PE é o mesmo que o PE é un factor importante que afecta o rendemento final de PE.