Polietilēna struktūra un īpašības

Polietilēns (polietilēns, saukts par PE) ir termoplastisks sveķi, ko ražo etilēna monomēra polimerizācija. Rūpniecībā ietilpst arī etilēns un neliels skaits A-olefīna kopolimēru. Polietilēna bez smaržas, netoksisks, jūtas kā vasks, ar lielisku izturību pret zemu temperatūru (zemākā lietojuma temperatūra līdz -100 ~ -70 ° C). Laba ķīmiskā stabilitāte, jo polimēra molekula caur oglekļa - oglekļa vienas saites savienojumu var pretoties lielākajai daļai skābes un sārmu erozijas (nav izturīga pret skābes oksidējošām īpašībām). Nešķīstoši šķīdinātāji istabas temperatūrā, zema ūdens absorbcija, lieliska elektriskā izolācija.

Polietilēna struktūra un īpašības

1. polietilēna struktūra

Vispārējo formulu katra veida polietilēna (PE) struktūrai var izteikt šādi:

Tās sastāvs ir tikai divi oglekļa un ūdeņraža atomi, un tam ir vienkāršākā struktūra un vismazākā ķēdes saikne starp polimēru oglekļa un ūdeņraža savienojumiem. Tas būtībā ir parafīna vasks ar augstu relatīvo molekulāro masu, ti, taukainu garu ķēžu polimēru. Sakarā ar monomēru molekulāro etilēnu, kas ir pilnīgi simetrisks, un tādējādi PE strukturālā vienība molekulārās ķēdes savienošanas režīmā būtībā ir tikai viena. CC viena saite ir σ saite, tā elektronu mākoņu sadalījumam ir asimetriska, ir mazākā polaritāte oglekļa ķēdes polimēru savienojumos, intramolekulārā starpatomu mijiedarbība ir ļoti maza, iekšējās rotācijas pakāpe ir ļoti zema, iekšējās rotācijas barjeras nav lielas , un iespējamo konformāciju skaits ir liels.

Van der Waals spēka un ūdeņraža saistīšanas spēks starpmolekulārā PE mijiedarbībā ir arī mazākais, kohēzijas enerģija ir 260J/cm3, molekulārā ķēde ir mīksta un viegli deformējama, un citas makromolekulas, kas ir zemākas par 293 J/cm3, parasti tiek izmantotas zemākas par 293 J/cm3 Kā gumija, tikai PE ir izņēmums, kas pieder tipiskai elastīgai makromolekulu ķēdei.

PE ķīmiskais sastāvs un lineārā zema blīvuma polietilēna (LLDPE) ar dažādiem polimerizācijas apstākļiem ir augsta blīvuma polietilēns (HDPE), zema blīvuma polietilēns (LDPE), galvenajai ķēdei ir atšķirīgs skaits atšķirīgu sazarotu sānu grupu garumu, Un pat neliels skaitlis dažādu veidu dubultās obligācijas, LDPE joprojām ir noteikts daudzums karbonilgrupu un ētera grupas. Dažādas devas šķirnes attiecībā uz filiāļu skaita lielumu LDPE> lldpe> hdpe, jo vairāk to izturības pret fotodegradāciju un oksidāciju spējai pasliktināties. HDPE tikai dažas īsas filiāles, lineāro makromolekulu departaments, makromolekulārās ķēdes nav savienotas ar saiti, tik mīkstas un elastīgas; LDPE ir garas, īsas sazarotas lineāras makromolekulas, kas sazarotas tā, ka palielinās attālums starp molekulāro ķēdi, makromolekulas sakrautas vaļīgas, zema blīvuma, zema kristāliskuma, zema blīvuma, zema kristāliskuma. LDPE is a linear macromolecule with long and short branched chains, the branched chains increase the distance between the macromolecular chains, the macromolecules are loosely stacked, the density is low, the crystallinity is low, and it is softer, so the hardness, strength and LDPE karstuma izturība ir zemāka.

The configuration of polyethylene molecule (the geometrical arrangement of atoms or groups in the space of the macromolecule fixed by chemical bonds) is a random line group in the free state, and it is serrated after stretching by external force, the bond length of CC single Saikne ir 0,154 nm, saites leņķis ir 109,3 °, un zobu solis ir 0,253 nm.

Dažādu veidu polietilēna kristalitāte ir atšķirīga, LDPE ir aptuveni 65%, HDPE ir aptuveni 80%~ 90%, LLDPE ir aptuveni 65%~ 75%. Palielinoties kristāliskumam, uzlabojas PE produktu blīvums, stingrība, cietība un stiprums, bet tā ietekmes īpašības samazinās. Polietilēna šķirnes ir ne tikai atšķirīgas kristalitātes, kristalizācijas forma un kristāla parametri nav vienādi.

Polietilēna kristāliskā forma ietver sfēriskus kristālus un atsevišķus kristālus. Pirmais tiek iegūts pēc polietilēna kausēšanas, ti, kristāliskie agregāti, kas iegūti, augot kodolos, kas izkliedēti visos virzienos; Pēdējo iegūst, atdzesējot polietilēna atšķaidītus šķīdumus. 1-2. Tabulā parādīts PE kristalitāte, kas iegūta ar dažādām metodēm.

PE blīvums ir cieši saistīts ar kristalitātes XC, un attiecības starp abiem ir:

kur d ir izmērītais parauga blīvums; D1 un D2 ir attiecīgi pilnībā izkristalizēta un pilnībā amorfā PE blīvums. Parasti nesazarotās PE kristāliskās fāzes blīvums ir 1,014 g/cm3, un amorfās fāzes blīvums ir 0,84 g/cm3 pie 25 ℃.

Šis vienādojums pieņem, ka kristālisko un amorfo fāžu blīvums daļēji izkristalizētā polimērā (ti, pārbaudāmais paraugs) ir attiecīgi vienāds ar pilnībā kristālisko un pilnībā amorfo fāžu blīvumu. Faktiski nevienam PE nav iespējams būt 100% kristāliskam vai pilnīgi amorfam.

PE relatīvo molekulmasu bieži apraksta ar tās vidējo polimerizācijas pakāpi (attēlu), vidējo svara relatīvo molekulāro masu (attēlu) vai vidējo relatīvo molekulmasu (attēlu), un relatīvās molekulmasas sadalījumu izsaka ar sadalījuma līknes sadalījumu un sadalījuma platuma indekss (attēls). Sakarā ar dažādām polimerizācijas metodēm un darbības apstākļiem, relatīvo molekulmasu var mainīties plašā diapazonā, piemēram, no kritiskās relatīvās molekulmasas no 10 000 līdz desmitiem tūkstošu, simtiem tūkstošu vai pat miljonu. Relatīvais molekulmasas masas sadalījums mainās arī atkarībā no dažādiem polimerizācijas apstākļiem, jo ​​īpaši zema spiediena PE ar nesējlera zīglera katalizatoru, relatīvā molekulmasa masas sadalījums var būt no diezgan šaura līdz diezgan plašam. Parastā PE relatīvā molekulmasa ir 40 000 ~ 120 000, un UHMWPE ir 1 000 000–4 000 000. Jo augstāka ir molekulmasa, jo labākas sveķu mehāniskās īpašības, piemēram, stiepes izturība, zemas temperatūras īpašības, izturība pret vides stresa plaisāšanu utt., Bet apstrādes veiktspēja pasliktinās.

Papildus iepriekšminētajiem parametriem PE molekulas lielumu var izteikt ar kausējuma plūsmas ātrumu (MFR), lai netieši parādītu relatīvās molekulmasas lielumu, jo mazāka MFR, jo lielāka ir relatīvā molekulmasa un otrādi jo zemāka relatīvā molekulmasa. LDPE MFR ir 20 ~ 50 g/10 minūtes, HDPE 4 ~ 15 g/10 minūtes un LLDPE 3 ~ 10 g/10 minūtes.

LDPE MFR un vidējā relatīvā molekulmasa attēlam ir šādas aptuvenās attiecības:

Relatīvās molekulmasas lielumam un tās sadalījumam ir liela nozīme plastmasas lietojamībā un apstrādes veiktspējā, iepriekšminētais attiecība tikai parāda polimēra molekulas lieluma ietekmi uz apstrādes veiktspēju, jo MFR līmenis ir fizisks Daudzums, kas raksturo kausējuma viskozitātes lielumu, kas ir apstrādes plūstamības mērs, un ir arī šāda aptuvenā saistība starp MFR un šķietamo viskozitāti (η) kausējuma:

HDPE, kas saistīta ar zemāku MFR, vairāk nekā viskozitāte (relatīvās molekulmasas masas relatīvais mērs). Rūpnieciskā PE izšķīdināta tetrahidronaftalīnā vai decahidronaftalīnā, tās masas frakcija šķīdumā: C ir 0,5%, augsta un zema blīvuma PE tika izmērīta pie 120 ℃ 75 ℃ tā šķīduma viskozitātes η apstākļos, šāda formula tiek aprēķināta nekā viskozitātes koncentrācija, kas ir viskozitātes koncentrācija, kas ir viskozitātes koncentrācija, kas koncentrējas uz viskozitātes koncentrāciju [η ']

kur η0 ir šķīdinātāja viskozitāte, PA-S.

MFR neatspoguļo relatīvo molekulāro masas sadalījumu, faktiski relatīvajam molekulārajam masas sadalījumam ir liela ietekme uz tā plūstamību, jo palielinās relatīvā molekulārā masas sadalījums, palielinās kausējuma plūstamība, kurā zemā relatīvā molekulārā daļa ir līdzvērtīga tam Augstās relatīvās molekulmasas PE plastifikators. PE ar tādu pašu vidējo relatīvo molekulmasu PE ar plašāku sadalījumu ir labāka plūstamība. Turklāt PE blīvumam ir arī liela ietekme uz tā kausēšanas viskozitāti, mazā blīvuma, viskozitāte ir arī maza. Tāpēc kausējuma plūsmas ātrums MFR nav piemērots PE relatīvās molekulmasas novērtēšanai ar atšķirīgu blīvumu. Īsāk sakot, maza, plaša LDPE sadalījuma relatīvā molekulārā masa ir labvēlīga tā apstrādes plūstamībai, taču lielākā daļa pielietojuma īpašību, jo īpaši mehāniskās īpašības, ir nelabvēlīgas, tāpēc PE relatīvā molekulmasa un tā sadalījums un citi strukturālie parametri ir saistīti PE ir tāds pats kā PE ir svarīgs faktors, kas ietekmē PE galīgo veiktspēju.