Estructura i propietats del polietilè

El polietilè (polietilè, anomenat PE) és una resina termoplàstica produïda per la polimerització de monòmer d’etilè. A la indústria, també inclou etilè i un nombre reduït de copolímers A-olefin. Polietilè sense olor, no tòxic, sent com cera, amb una excel·lent resistència a baixa temperatura (la temperatura més baixa d’ús fins a -100 ~ -70 ° C). Una bona estabilitat química, perquè la molècula de polímer a través de la connexió d’unió d’un sol carboni -carboni pot resistir la major part de l’àcid i l’erosió alcalí (no resistent a les propietats oxidants de l’àcid). Insoluble en dissolvents comuns a temperatura ambient, baixa absorció d’aigua, excel·lent aïllament elèctric.

Estructura i propietats del polietilè

1. Estructura del polietilè

La fórmula general per a l'estructura de cada tipus de polietilè (PE) es pot expressar de la manera següent:

La seva composició és només dos àtoms de carboni i hidrogen, i té l'estructura més simple i els enllaços de cadena més petits entre els compostos de carboni i hidrogen de polímer. Es tracta essencialment d’una cera de parafina d’alta massa molecular relativa, és a dir, un polímer de cadena llarga gras. A causa de l'etilè molecular de monòmer completament simètric i, per tant, la unitat estructural de PE en el mode d'enllaç de cadena molecular és bàsicament només una. L’enllaç únic CC és un enllaç σ, la seva distribució del núvol d’electrons té eiximètrica, és la polaritat més petita en els compostos de polímer de la cadena de carboni, les interaccions interatòmiques intramoleculars són molt petites, el grau de rotació interna és molt baix, les barreres de rotació interna no són grans , i el nombre de possibles conformacions és gran.

La força de van der Waals i la força d’enllaç d’hidrogen de la interacció intermolecular de PE també és la més petita, l’energia de cohesió és de 260J/cm3, la cadena molecular és suau i fàcil de deformar, i altres macromolècules inferiors a 293 J/cm3 solen utilitzar -se Com a goma, només PE ​​és una excepció, que pertany a la típica cadena de macromolècules flexibles.

Composició química de PE i polietilè de baixa densitat lineal (LLDPE) Amb diferents condicions de polimerització, hi ha polietilè d’alta densitat (HDPE), polietilè de baixa densitat (LDPE), la cadena principal té un nombre diferent de diferents longituds de grups laterals ramificats, I fins i tot un nombre reduït de diferents tipus d’enllaços dobles, encara hi ha una certa quantitat de grups carbonil i èter al LDPE. Diferents varietats de dosificació de la mida del nombre de branques en ordre de LDPE> lldpe> hdpe, com més branques de la seva resistència a la fotodegradació i oxidació de la capacitat de deteriorar -se. HDPE només algunes branques curtes, el Departament de Macromolècules Lineals, les cadenes macromoleculars no estan connectades a l’enllaç, tan suaus i elàstics; El LDPE és un llarg i llarg macromolècules lineals ramificades, ramificades de manera que la distància entre la cadena molecular augmenta, les macromolècules apilades soltes, baixa densitat, baixa cristalinitat, baixa densitat, baixa cristalininitat. El LDPE és una macromolècula lineal amb cadenes ramificades llargues i curtes, les cadenes ramificades augmenten la distància entre les cadenes macromoleculars, les macromolècules s’apilen amb sol La resistència a la calor de LDPE és inferior.

La configuració de la molècula de polietilè (la disposició geomètrica d’àtoms o grups a l’espai de la macromolècula fixada per enllaços químics) és un grup de línia aleatòria en estat lliure, i es sèrgeix després d’estirar per força externa, la longitud de l’enllaç de cc simple L’enllaç és de 0,154 nm, l’angle d’enllaç és de 109,3 ° i el pas de dents de 0,253 nm.

La cristalinitat de diferents tipus de polietilè és diferent, LDPE és al voltant del 65%, la HDPE és aproximadament del 80%~ 90%, LLDPE és d'aproximadament el 65%~ 75%. Amb l’augment de la cristalinitat, la densitat, la rigidesa, la duresa i la força dels productes PE milloren, però les seves propietats d’impacte disminueixen. Les varietats de polietilè no només són diferents cristallinitats, la forma de cristal·lització i els paràmetres de cristall no són els mateixos.

La forma cristal·lina de polietilè inclou cristalls esfèrics i cristalls simples. El primer s’obté després de la fusió del polietilè, és a dir, els agregats cristal·lins obtinguts pel creixement de nuclis dispersos en totes les direccions; Aquest últim s’obté mitjançant el refredament de solucions diluïdes de polietilè. La taula 1-2 mostra la cristalinitat de PE obtinguda per diferents mètodes.

La densitat de PE està estretament relacionada amb la cristallinitat XC, i la relació entre tots dos és:

on d és la densitat mesurada de la mostra; D1 i D2 són la densitat de PE totalment cristal·litzada i plenament amorfa, respectivament. Generalment, la densitat de la fase cristal·lina de PE no ramificada és de 1,014 g/cm3 i la densitat de la fase amorfa és de 0,84 g/cm3 a 25 ℃.

Aquesta equació suposa que les densitats de les fases cristal·lines i amorfes en un polímer parcialment cristal·litzat (és a dir, la mostra a provar) són iguals a les densitats de les fases totalment cristal·lines i totalment amorfes, respectivament. De fet, és impossible que cap PE sigui 100% cristal·lina o completament amorfa.

La massa molecular relativa de PE es descriu sovint pel seu grau mitjà de polimerització (imatge), la massa molecular relativa de pes (imatge) o el nombre mitjà de massa molecular relativa (imatge) i la distribució de massa molecular relativa s’expressa per la corba de distribució i l’índex d’amplada de distribució (imatge). La massa molecular relativa de PE i la seva distribució té el mateix efecte sobre el rendiment que el grau de ramificació de PE i el grau de insaturació. A causa dels diferents mètodes de polimerització i condicions de funcionament, la massa molecular relativa es pot variar en un ampli abast, com ara des de la massa molecular relativa crítica de 10.000 a desenes de milers, centenars de milers o fins i tot milions. La distribució de massa molecular relativa també varia amb diferents condicions de polimerització, especialment per a PE de baixa pressió amb el catalitzador de Ziegler portador, la distribució de massa molecular relativa pot ser de força estreta a força àmplia. La massa molecular relativa de PE ordinària és de 40.000 ~ 120.000, i la de UHMWPE és de 1.000.000-4.000.000. Com més gran sigui el pes molecular, millor són les propietats mecàniques de la resina, com la resistència a la tracció, la propietat d’embrittlement a baixa temperatura, la resistència a l’esquerdament de l’estrès ambiental, etc., però el rendiment del processament es deteriora.

A més dels paràmetres anteriors, la mida de la molècula de PE es pot expressar mitjançant el cabal de fusió (MFR) per il·lustrar indirectament la mida de la massa molecular relativa, més petita és la MFR, més gran és la massa molecular relativa i viceversa, Com més baixa és la massa molecular relativa. Per a LDPE, el MFR és de 20 ~ 50 g/10 min, per a HDPE 4 ~ 15 g/10 min, i per a LLDPE 3 ~ 10 g/10 min.

Per a LDPE, la MFR i la imatge de massa molecular relativa mitjana del nombre tenen la següent relació aproximada:

La mida de la massa molecular relativa i la seva distribució tenen un paper important en el rendiment de la usabilitat i el processament dels plàstics, la relació anterior només il·lustra l'efecte de la mida de la molècula de polímer sobre el rendiment del processament, perquè el nivell de la MFR és físic Quantitat que caracteritza la mida de la viscositat de fusió, que és una mesura de la fluïdesa de processament, i també hi ha la següent relació aproximada entre la MFR i la viscositat aparent (η) de la fusió:

HDPE a causa de la MFR inferior, més que la viscositat (una mesura relativa de la massa molecular relativa) expressada. PE industrial dissolt en tetrahidronaftalè o decahidronaftalè, la seva fracció de massa en solució: C és del 0,5%, es va mesurar PE de densitat alta i baixa [η ']

on η0 és la viscositat del dissolvent, PA-S.

La MFR no reflecteix la distribució de massa molecular relativa, de fet, la distribució de massa molecular relativa té una gran influència en la seva fluïdesa, ja que la distribució de massa molecular relativa s’amplia, la fluïdesa de fusió augmenta El plastificant de la massa molecular alta PE. Per a PE amb la mateixa massa molecular relativa mitjana, el PE amb una distribució més àmplia té una millor fluïdesa. A més, la densitat de PE també té una gran influència en la viscositat de la seva fosa i petita densitat, la viscositat també és petita. Per tant, el cabal de fusió MFR no és adequat per avaluar la massa molecular relativa de PE amb diferents densitats. En resum, la massa molecular relativa de petita i àmplia distribució de LDPE és favorable a la seva fluïdesa de processament, però la majoria de les propietats de l’aplicació, especialment les propietats mecàniques són desfavorables, de manera que la massa molecular relativa de PE i la seva distribució i altres paràmetres estructurals de PE és el mateix que el PE és un factor important que afecta el rendiment final de PE.