Struktura in lastnosti polietilena

Polietilen (polietilen, imenovan PE) je termoplastična smola, ki nastane s polimerizacijo etilenskega monomera. V industriji vključuje tudi etilen in majhno število a-olefinskih kopolimerov. Polietilen brez vonja, netoksičen, se počuti kot vosek, z odlično nizkotemperaturno odpornostjo (najnižja temperatura uporabe do -100 ~ -70 ° C). Dobra kemična stabilnost, ker se polimerna molekula skozi povezavo z ogljikom - ogljik z ogljikom lahko upira večini erozije kisline in alkalij (ni odporna na oksidacijske lastnosti kisline). Netopna v skupnih topilih pri sobni temperaturi, nizki absorpciji vode, odlični električni izolaciji.

Struktura in lastnosti polietilena

1. Struktura polietilena

Splošna formula za strukturo vsake vrste polietilena (PE) se lahko izrazi na naslednji način:

Njegova sestava je le dva atoma ogljika in vodika, in ima najpreprostejšo strukturo in najmanjše verižne povezave med polimernimi ogljikovimi in vodikovimi spojinami. V bistvu gre za parafinski vosek z visoko relativno molekularno maso, tj. Maščobni dolžni verižni polimer. Zaradi monomera molekularnega etilena je popolnoma simetričen in je s tem strukturna enota PE v načinu vezave molekulske verige v osnovi le ena. CC enojna vez je σ vez, njegova elektronska porazdelitev oblaka ima aksisimetrično, je najmanjša polarnost v polimernih spojinah ogljikove verige, intramolekulske medatomske interakcije so zelo majhne, ​​stopnja notranje rotacije so zelo nizka, notranje rotacijske ovire niso velike , in število možnih skladb je veliko.

Najmanjša je tudi sila van der Waals in vodikove vezave sile medmolekulske interakcije PE, kohezijska energija je 260J/cm3, molekularna veriga je mehka in enostavna za deformiranje, druge makromolekule pa je nižje od 293 J/cm3 običajno Kot guma je samo PE izjema, ki spada v tipično fleksibilno verigo makromolekul.

PE kemijska sestava in linearna polietilen z nizko gostoto (LLDPE) z različnimi polimerizacijskimi pogoji obstajajo polietilen z visoko gostoto (HDPE), polietilen z nizko gostoto (LDPE), glavna veriga pa ima različno število različnih dolžin razvejanih stranskih skupin, In celo majhno število različnih vrst dvojnih vezi je v LDPE še vedno določena količina karbonilne in eterske skupine. Različne sorte odmerka glede na velikost števila vej v vrstnem redu ldpe> lldpe> hdpe, več vej njegove odpornosti na fotodegradacijo in oksidacijo sposobnosti poslabšanja. HDPE le nekaj kratkih vej, ministrstva za linearne makromolekule, makromolekularne verige niso povezane z vezjo, tako mehke in elastične; LDPE je dolge, kratke razvejane linearne makromolekule, razvejane tako, da se razdalja med molekularno verigo poveča, makromolekule so zložene ohlapne, nizke gostote, nizka kristalnost, nizka gostota, nizka kristalnost. LDPE je linearna makromolekula z dolgimi in kratko razvejanimi verigami, razvejane verige se povečajo razdaljo med makromolekularnimi verigami, makromolekule so ohlapno zložene, gostota je nizka, kristalnost je nizka in je mehkejša, zato je trdota, trdnost in trdnost in trdnost in trdnost in trdnost in trdnost in trdnost in trdnost in trdnost in trdnost in trdnost in trdnost in trdnost Toplotna odpornost LDPE je nižja.

Konfiguracija polietilenske molekule (geometrijska razporeditev atomov ali skupin v prostoru makromolekule, fiksne s kemičnimi vezmi), je skupina naključnih linij v prostem stanju in je nazobna vez je 0,154 nm, kot vezi 109,3 °, naklon zob pa 0,253 nm.

Kristalnost različnih vrst polietilena je različna, LDPE je približno 65%, HDPE je približno 80%~ 90%, LLDPE je približno 65%~ 75%. S povečanjem kristalnosti se izboljšajo gostota, togost, trdota in moč PE izdelkov, vendar se njegove lastnosti udarcev zmanjšujejo. Polietilenske sorte niso le različne kristalnost, kristalizacijska oblika in kristalni parametri niso enaki.

Kristalna oblika polietilena vključuje sferične kristale in enojne kristale. Prvega dobimo po taljenju polietilena, tj. Kristalnih agregatov, pridobljenih z rastjo jeder, razpršenih v vse smeri; Slednje dobimo s hlajenjem razredčenih raztopin polietilena. V tabeli 1-2 je prikazana kristalnost PE, dobljena z različnimi metodami.

Gostota PE je tesno povezana s kristalnostjo XC, razmerje med obema pa je:

kjer je d izmerjena gostota vzorca; D1 in D2 sta gostoti popolnoma kristaliziranega in popolnoma amorfnega PE. Na splošno je gostota kristalne faze nerazvedenega PE 1,014 g/cm3, gostota amorfne faze pa 0,84 g/cm3 pri 25 ℃.

Ta enačba predvideva, da je gostota kristalne in amorfne faze v delno kristaliziranem polimeru (tj. Vzorec, ki ga je treba preizkusiti) enaka gostotam popolnoma kristalne in popolnoma amorfne faze. Pravzaprav je nemogoče, da bi bil vsak PE 100% kristalni ali popolnoma amorfni.

Relativna molekularna masa PE pogosto opisuje njena povprečna stopnja polimerizacije (slika), povprečna relativna molekularna masa (slika) ali števila povprečna relativna molekularna masa (slika), porazdelitev relativne molekulske mase pa se izraža s krivuljo porazdelitve in indeks širine porazdelitve (slika). Relativna molekularna masa PE in njegove porazdelitve imata enak učinek na delovanje kot stopnja veje PE in stopnja nenasičenosti. Zaradi različnih metod polimerizacije in delovnih pogojev se lahko relativna molekularna masa spreminja v širokem območju, na primer iz kritične relativne molekulske mase od 10.000 do več deset tisoč, sto tisoč ali celo milijonov. Relativna porazdelitev molekulske mase se razlikuje tudi glede na različni pogoji polimerizacije, zlasti pri nizkotlačnem PE z nosilcem Zieglerja katalizatorja, relativna porazdelitev molekulske mase je lahko od precej ozke do precej široke. Relativna molekularna masa navadnega PE je 40.000 ~ 120.000, UHMWPE pa 1.000.000-4.000.000. Večja kot je molekulska teža, boljše so mehanske lastnosti smole, kot so natezna trdnost, lastnost nizkotemperaturne embritlement, odpornost proti okoljskemu stresu itd., Vendar se zmogljivost obdelave poslabša.

Poleg zgornjih parametrov lahko velikost molekule PE izrazimo s hitrostjo pretoka taline (MFR), da se posredno prikaže velikost relativne molekulske mase, manjša je MFR, višja je relativna molekularna masa in obratno, obratno, nižja je relativna molekularna masa. Za LDPE je MFR 20 ~ 50 g/10 min, za HDPE 4 ~ 15 g/10 min in za lldpe 3 ~ 10 g/10 min.

Za LDPE imata MFR in število povprečne relativne molekulske mase naslednje približno razmerje:

Velikost relativne molekulske mase in njena porazdelitev igrata pomembno vlogo pri uporabnosti in obdelavi Plastike, zgornji odnos samo ponazarja učinek velikosti polimerne molekule na uspešnost obdelave, saj je raven MFR fizična Količina, ki je značilna za velikost viskoznosti taline, ki je merilo pretočnosti obdelave, med MFR in navideznim viskoznostjo (η) taline pa obstaja tudi naslednje približno razmerje:

HDPE zaradi spodnjega MFR, več kot izražena viskoznost (relativna mera relativne molekulske mase). Industrijski PE, raztopljen v tetrahidronaftalenu ali dekahidronaftalenu, njegova masna frakcija v raztopini: C je 0,5%, visoka in nizka gostota PE smo merili pri 120 ℃ 75 ℃ pod pogoji viskoznosti raztopine η, naslednja formula se izračuna kot koncentracija viskoznosti [η ']

kjer je η0 viskoznost topila, pa-s.

MFR ne odraža relativne porazdelitve molekulske mase, pravzaprav ima relativna porazdelitev molekulske mase velik vpliv na njegovo pretočnost, saj se relativna porazdelitev molekulske mase razširi Plastifikator visoke relativne molekulske mase PE. Za PE z enako povprečno relativno molekularno maso ima PE s širšo porazdelitvijo boljšo pretočnost. Poleg tega ima tudi gostota PE velik vpliv tudi na viskoznost njegove taline, majhne gostote, viskoznost je tudi majhna. Zato hitrost pretoka taline ni primeren za oceno relativne molekulske mase PE z različnimi gostotami. Skratka, relativna molekularna masa majhnega, široka porazdelitev LDPE je naklonjena njegovi pretočnosti obdelave, vendar je večina lastnosti uporabe, zlasti mehanske lastnosti PE so enaki kot PE pomemben dejavnik, ki vpliva na končno delovanje PE.