Struktur dan sifat polietilena

Polietilena (polietilena, yang dirujuk sebagai PE) adalah resin termoplastik yang dihasilkan oleh pempolimeran monomer etilena. Dalam industri, juga termasuk etilena dan sebilangan kecil kopolimer A-olefin. Polyethylene tidak berbau, tidak toksik, berasa seperti lilin, dengan rintangan suhu rendah yang sangat baik (suhu penggunaan terendah sehingga -100 ~ -70 ° C). Kestabilan kimia yang baik, kerana molekul polimer melalui sambungan karbon tunggal karbon, boleh menahan kebanyakan hakisan asid dan alkali (tidak tahan terhadap sifat pengoksidaan asid). Tidak larut dalam pelarut biasa pada suhu bilik, penyerapan air yang rendah, penebat elektrik yang sangat baik.

Struktur dan sifat polietilena

1. Struktur polietilena

Formula umum untuk struktur setiap jenis polietilena (PE) boleh dinyatakan seperti berikut:

Komposisinya hanya dua atom karbon dan hidrogen, dan ia mempunyai struktur yang paling mudah dan pautan rantai terkecil di kalangan karbon polimer dan sebatian hidrogen. Ia pada dasarnya adalah lilin parafin dari jisim molekul relatif tinggi, iaitu polimer rantaian panjang berlemak. Oleh kerana etilena molekul monomer sepenuhnya simetri, dan oleh itu unit struktur PE dalam mod ikatan rantai molekul pada dasarnya hanya satu. Cc Bond tunggal adalah ikatan σ, taburan awan elektronnya mempunyai axisymmetric, adalah polariti terkecil dalam sebatian polimer rantai karbon, interaksi interomik intramolekul sangat kecil, tahap putaran dalaman sangat rendah, halangan putaran dalaman tidak besar , dan bilangan konformasi yang mungkin besar.

Kekuatan van der Waals dan daya ikatan hidrogen interaksi intermolecular PE juga terkecil, tenaga kohesi adalah 260J/cm3, rantai molekul lembut dan mudah cacat, dan makromolekul lain lebih rendah daripada 293 J/cm3 biasanya digunakan Sebagai getah, hanya PE adalah pengecualian, yang tergolong dalam rantaian makromolekul fleksibel tipikal.

Komposisi kimia PE dan polietilena berkepadatan rendah PE (LLDPE) dengan keadaan pempolimeran yang berbeza, terdapat polietilena berkepadatan tinggi (HDPE), polietilena berkepadatan rendah (LDPE), rantai utama mempunyai bilangan yang berlainan panjang kumpulan sisi bercabang, Dan walaupun sebilangan kecil jenis bon berganda, masih terdapat sejumlah kumpulan karbonil dan eter dalam LDPE. Pelbagai jenis dos pada saiz bilangan cawangan dalam rangka LDPE> LLDPE> HDPE, lebih banyak cawangan rintangannya terhadap photodegradation dan pengoksidaan keupayaan untuk merosot. HDPE Hanya beberapa cawangan pendek, jabatan makromolekul linear, rantai makromolekul tidak disambungkan kepada ikatan, begitu lembut dan elastik; LDPE adalah makromolekul linear yang panjang, pendek, bercabang supaya jarak antara rantai molekul meningkat, makromolekul disusun longgar, ketumpatan rendah, kristal rendah, ketumpatan rendah, kristal rendah. LDPE adalah makromolekul linear dengan rantai bercabang panjang dan pendek, rantai bercabang meningkatkan jarak antara rantai makromolekul, makromolekul ditumpuk secara longgar, ketumpatannya rendah, kristalitas rendah, dan ia lebih lembut, sehingga kekerasan, kekuatan dan kekuatan Rintangan haba LDPE lebih rendah.

Konfigurasi molekul polietilena (susunan geometri atom atau kumpulan dalam ruang makromolekul yang ditetapkan oleh ikatan kimia) adalah kumpulan garis rawak dalam keadaan bebas, dan ia bergerigi selepas regangan oleh daya luaran, panjang ikatan cc tunggal Bon adalah 0.154 nm, sudut ikatan adalah 109.3 °, dan padang gigi adalah 0.253 nm.

Kristal dari pelbagai jenis polietilena adalah berbeza, LDPE adalah kira -kira 65%, HDPE adalah kira -kira 80%~ 90%, LLDPE adalah kira -kira 65%~ 75%. Dengan peningkatan kristal, ketumpatan, ketegaran, kekerasan dan kekuatan produk PE bertambah baik, tetapi sifat impaknya menurun. Varieti polyethylene bukan sahaja berbeza kristal, bentuk penghabluran dan parameter kristal tidak sama.

Bentuk polietilena kristal termasuk kristal sfera dan kristal tunggal. Yang pertama diperolehi selepas pencairan polietilena, iaitu, agregat kristal yang diperolehi oleh pertumbuhan nukleus yang tersebar di semua arah; Yang terakhir diperolehi oleh penyejukan penyelesaian polietilena cair. Jadual 1-2 menunjukkan kristal PE yang diperoleh dengan kaedah yang berbeza.

Ketumpatan PE berkait rapat dengan XC Crystallinity, dan hubungan antara keduanya:

di mana d ialah ketumpatan sampel yang diukur; D1 dan D2 adalah kepadatan PE sepenuhnya kristal dan sepenuhnya amorf. Umumnya, ketumpatan fasa kristal PE tidak bercabang adalah 1.014 g/cm3 dan ketumpatan fasa amorf ialah 0.84 g/cm3 pada 25 ℃.

Persamaan ini mengandaikan bahawa kepadatan fasa kristal dan amorf dalam polimer sebahagiannya kristal (iaitu, sampel yang akan diuji) adalah sama dengan kepadatan fasa kristal dan sepenuhnya amorf. Malah, adalah mustahil bagi mana -mana PE menjadi 100% kristal atau sepenuhnya amorf.

Jisim molekul relatif PE sering digambarkan oleh tahap pempolimeran purata (gambar), berat purata berat molekul relatif (gambar) atau bilangan purata jisim molekul relatif (gambar), dan pengedaran jisim molekul relatif dinyatakan oleh lengkung pengedaran dan indeks lebar pengedaran (gambar). Jisim molekul relatif PE dan pengedarannya mempunyai kesan yang sama terhadap prestasi sebagai tahap cawangan PE dan tahap ketidakpastian. Oleh kerana kaedah pempolimeran yang berlainan dan keadaan operasi, jisim molekul relatif boleh diubah dalam pelbagai, seperti dari jisim molekul relatif kritikal 10,000 hingga puluhan ribu, ratusan ribu, atau bahkan berjuta -juta. Pengagihan massa molekul relatif juga berbeza dengan keadaan pempolimeran yang berbeza, terutamanya untuk tekanan rendah PE dengan pemangkin ziegler pembawa, pengedaran massa molekul relatif boleh dari agak sempit hingga agak luas. Jisim molekul relatif PE biasa ialah 40,000 ~ 120,000, dan UHMWPE adalah 1,000,000-4,000,000. Semakin tinggi berat molekul, lebih baik sifat mekanik resin, seperti kekuatan tegangan, sifat pelindung suhu rendah, penentangan terhadap retak tekanan alam sekitar, dan lain-lain, tetapi prestasi pemprosesan merosot.

Sebagai tambahan kepada parameter di atas, saiz molekul PE boleh dinyatakan dengan kadar aliran cair (MFR) secara tidak langsung menggambarkan saiz jisim molekul relatif, semakin kecil MFR, semakin tinggi jisim molekul relatif, dan sebaliknya, semakin rendah jisim molekul relatif. Untuk LDPE, MFR adalah 20 ~ 50 g/10 min, untuk HDPE 4 ~ 15 g/10 min, dan untuk LLDPE 3 ~ 10 g/10 min.

Bagi LDPE, MFR dan nombor jisim molekul purata purata mempunyai hubungan anggaran berikut:

Saiz jisim molekul relatif dan pengedarannya memainkan peranan penting dalam kebolehgunaan dan pemprosesan prestasi plastik, hubungan di atas hanya menggambarkan kesan saiz molekul polimer pada prestasi pemprosesan, kerana tahap MFR adalah fizikal Kuantiti yang mencirikan saiz kelikatan cair, yang merupakan ukuran ketidakstabilan pemprosesan, dan terdapat juga hubungan anggaran berikut antara MFR dan kelikatan yang jelas (η) cair:

HDPE disebabkan oleh MFR yang lebih rendah, lebih daripada kelikatan (ukuran relatif jisim molekul relatif) dinyatakan. PE Perindustrian dibubarkan dalam tetrahydronaphthalene atau decahydronaphthalene, pecahan massa dalam larutan: c adalah 0.5%, kepadatan tinggi dan rendah PE diukur pada 120 ℃ 75 ℃ di bawah syarat -syarat kelikatan larutannya η, formula berikut dikira daripada kepekatan viskositas [η ']

di mana η0 adalah kelikatan pelarut, PA-S.

MFR tidak mencerminkan pengagihan massa molekul relatif, sebenarnya, pengagihan massa molekul relatif mempunyai pengaruh yang besar terhadap ketidakstabilannya, kerana pengedaran massa molekul relatif meluas, cairkan ketidakstabilan meningkat, di mana bahagian jisim molekul relatif rendah adalah bersamaan dengan Plasticizer PE jisim molekul relatif tinggi. Untuk PE dengan jisim molekul relatif purata yang sama, PE dengan pengedaran yang lebih luas mempunyai aliran yang lebih baik. Di samping itu, ketumpatan PE juga mempunyai pengaruh yang besar terhadap kelikatan cairnya, ketumpatan kecil, kelikatan juga kecil. Oleh itu, kadar aliran cair MFR tidak sesuai untuk menilai jisim molekul relatif PE dengan kepadatan yang berbeza. Ringkas PE adalah sama dengan PE adalah faktor penting yang mempengaruhi prestasi akhir PE.