Structura și proprietățile polietilenei

Polietilena (polietilenă, denumită PE) este o rășină termoplastică produsă prin polimerizarea monomerului de etilenă. În industrie, include și etilena și un număr mic de copolimeri A-Olefin. Polietilen inodor, non -toxic, se simt ca ceara, cu o rezistență excelentă la temperaturi scăzute (cea mai mică temperatură de utilizare până la -100 ~ -70 ° C). O bună stabilitate chimică, deoarece molecula de polimer prin conexiunea de legătură cu un singur carbon - carbon, poate rezista majorității eroziunii acidului și alcalinei (nu rezistent la proprietățile oxidante ale acidului). Insolubil în solvenți comuni la temperatura camerei, absorbție scăzută a apei, izolare electrică excelentă.

Structura și proprietățile polietilenei

1. Structura polietilenei

Formula generală pentru structura fiecărui tip de polietilenă (PE) poate fi exprimată după cum urmează:

Compoziția sa este doar doi atomi de carbon și hidrogen și are cea mai simplă structură și cele mai mici legături de lanț între compușii de carbon și hidrogen polimer. Este în esență o ceară de parafină cu masă moleculară relativă ridicată, adică un polimer cu lanț lung gras. Datorită monomerului etilen molecular complet simetric și, astfel, unitatea structurală PE în modul de legare a lanțului molecular este practic doar una. Legătura unică CC este legătura σ, distribuția sa de nor de electroni are aximetric, este cea mai mică polaritate în compușii polimerici cu lanț de carbon, interacțiunile inter-atomice intramoleculare sunt foarte mici, gradul de rotație internă este foarte scăzut, barierele de rotație internă nu sunt mari , iar numărul de conformații posibile este mare.

Forța Van der Waals și forța de legare a hidrogenului interacțiunii intermoleculare a PE este, de asemenea, cea mai mică, energia de coeziune este de 260J/cm3, lanțul molecular este moale și ușor de deformat, iar alte macromolecule mai mici de 293 J/cm3 sunt de obicei utilizate Ca cauciuc, numai PE este o excepție, care aparține lanțului de macromolecule flexibil tipic.

Compoziție chimică PE și polietilenă liniară cu densitate joasă (LLDPE) cu diferite condiții de polimerizare, există polietilenă de înaltă densitate (HDPE), polietilenă cu densitate joasă (LDPE), lanțul principal are un număr diferit de lungimi diferite ale grupelor laterale ramificate, Și chiar un număr mic de tipuri diferite de obligațiuni duble, există încă o anumită cantitate de carbonil și grup de eter în LDPE. Diferite soiuri de dozare pe dimensiunea numărului de ramuri în ordinea LDPE> lldpe> hdpe, cu atât mai multe ramuri ale rezistenței sale la fotodegradare și oxidarea capacității de deteriorare. HDPE doar câteva ramuri scurte, Departamentul de Macromolecule liniare, lanțurile macromoleculare nu sunt conectate la obligațiune, atât de moi și elastice; LDPE este o macromolecule liniare ramificate lungi, scurte, ramificate, astfel încât distanța dintre lanțul molecular crește, macromoleculele stivuite, densitate mică, cristalinitate scăzută, densitate mică, cristalinitate scăzută. LDPE este o macromoleculă liniară cu lanțuri lungi și scurte ramificate, lanțurile ramificate cresc distanța dintre lanțurile macromoleculare, macromoleculele sunt mai slabe, densitatea este scăzută, cristalinitatea este scăzută și este mai moale, deci duritatea, rezistența și Rezistența la căldură a LDPE este mai mică.

Configurația moleculei de polietilenă (aranjamentul geometric al atomilor sau grupurilor în spațiul macromoleculei fixate de legături chimice) este o grupare de linie aleatorie în stare liberă și este serrată după întinderea prin forță externă, lungimea legăturii CC unic CC Legătura este de 0,154 nm, unghiul de legătură este de 109,3 °, iar pasul de dinți este de 0,253 nm.

Cristalinitatea diferitelor tipuri de polietilenă este diferită, LDPE este de aproximativ 65%, HDPE este de aproximativ 80%~ 90%, LLDPE este de aproximativ 65%~ 75%. Odată cu creșterea cristalinității, densitatea, rigiditatea, duritatea și rezistența produselor PE se îmbunătățesc, dar proprietățile sale de impact scad. Soiurile de polietilenă nu sunt doar cristalinitatea diferită, forma de cristalizare și parametrii de cristal nu sunt aceiași.

Forma cristalină de polietilenă include cristale sferice și cristale unice. Prima este obținută după topirea polietilenei, adică agregatele cristaline obținute prin creșterea nucleelor ​​dispersate în toate direcțiile; Acesta din urmă este obținut prin răcirea soluțiilor diluate de polietilenă. Tabelul 1-2 prezintă cristalinitatea PE obținută prin diferite metode.

Densitatea PE este strâns legată de cristalinitatea XC, iar relația dintre cele două este:

unde D este densitatea măsurată a eșantionului; D1 și D2 sunt densitățile PE complet cristalizate și, respectiv, complet amorfe. În general, densitatea fazei cristaline a PE nebranched este de 1,014 g/cm3, iar densitatea fazei amorfe este de 0,84 g/cm3 la 25 ℃.

Această ecuație presupune că densitățile fazelor cristaline și amorfe într -un polimer parțial cristalizat (adică eșantionul care trebuie testat) sunt egale cu densitățile fazelor complet cristaline și, respectiv, complet amorfe. De fapt, este imposibil ca PE să fie 100% cristalin sau complet amorf.

Masa moleculară relativă a PE este adesea descrisă de gradul său mediu de polimerizare (imagine), de masa moleculară relativă relativă (Picture) sau numărul de masă relativă moleculară relativă (imagine), iar distribuția masei moleculare relative este exprimată de curba de distribuție și indicele de lățime de distribuție (imagine). Masa moleculară relativă a PE și distribuția sa are același efect asupra performanței ca și gradul de ramificare a PE și gradul de nesaturare. Datorită diferitelor metode de polimerizare și a condițiilor de operare, masa moleculară relativă poate fi variată într -o gamă largă, cum ar fi de la masa moleculară relativă critică de la 10.000 la zeci de mii, sute de mii sau chiar milioane. Distribuția relativă a masei moleculare variază, de asemenea, în funcție de diferite condiții de polimerizare, în special pentru PE de joasă presiune cu catalizatorul Ziegler purtător, distribuția relativă a masei moleculare poate fi de la destul de îngustă la destul de largă. Masa moleculară relativă a PE obișnuită este de 40.000 ~ 120.000, iar cea a UHMWPE este de 1.000.000-4.000.000. Cu cât este mai mare greutatea moleculară, cu atât proprietățile mecanice ale rășinii sunt mai bune, cum ar fi rezistența la tracțiune, proprietatea de îmbrățișare la temperaturi scăzute, rezistența la fisurarea stresului de mediu etc., dar performanța de procesare se deteriorează.

În plus față de parametrii de mai sus, dimensiunea moleculei de PE poate fi exprimată de debitul de topire (MFR) pentru a ilustra indirect dimensiunea masei moleculare relative, cu cât MFR este mai mică, cu atât este mai mare masa moleculară relativă și invers, cu cât masa moleculară relativă este mai mică. Pentru LDPE, MFR este de 20 ~ 50 g/10 min, pentru HDPE 4 ~ 15 g/10 min, iar pentru LLDPE 3 ~ 10 g/10 min.

Pentru LDPE, MFR și numărul imaginii relative de masă relativă moleculară au următoarea relație aproximativă:

Mărimea masei moleculare relative și distribuția acesteia joacă un rol important în utilizarea și performanța de procesare a materialelor plastice, relația de mai sus ilustrează doar efectul dimensiunii moleculei de polimer asupra performanței de procesare, deoarece nivelul MFR este o fizică Cantitate care caracterizează dimensiunea vâscozității topiturii, care este o măsură a fluidității de procesare și există, de asemenea, următoarea relație aproximativă între MFR și vâscozitatea aparentă (η) a topiturii:

HDPE datorită MFR mai mic, mai mult decât vâscozitatea (o măsură relativă a masei moleculare relative). PE industrial s -a dizolvat în tetrahidronaftalen sau decahidronaphtalină, fracția sa de masă în soluție: C este 0,5%, PE de densitate ridicată și scăzută au fost măsurate la 120 ℃ 75 ℃ în condițiile vâscozității soluției sale η, următoarea formulă este calculată decât concentrația de vâscozitate a soluției sale [η ']

unde η0 este vâscozitatea solventului, PA-S.

MFR nu reflectă distribuția relativă a masei moleculare, de fapt, distribuția relativă a masei moleculare are o influență mare asupra fluidității sale, pe măsură ce distribuția relativă a masei moleculare se extinde, fluiditatea topiturii crește, în care partea de masă moleculară relativă scăzută este echivalentă cu Plastifiantul Masă moleculară relativă mare PE. Pentru PE cu aceeași masă moleculară relativă medie, PE cu o distribuție mai largă are un flux mai bun. În plus, densitatea PE are, de asemenea, o influență mare asupra vâscozității topiturii sale, densității mici, vâscozității este, de asemenea, mică. Prin urmare, debitul de topire MFR nu este potrivit pentru evaluarea masei moleculare relative a PE cu densități diferite. Pe scurt, masa moleculară relativă a distribuției mici și largi a LDPE este favorabilă fluidității sale de procesare, dar cea mai mare parte a proprietăților aplicației, în special proprietățile mecanice sunt nefavorabile, astfel încât masa moleculară relativă a PE și distribuția acesteia și alți parametri structurali ai parametrilor structurali ai PE sunt aceleași cu PE este un factor important care afectează performanța finală a PE.