Struktura a vlastnosti polyethylenu

Polyethylen (polyethylen, označovaný jako PE) je termoplastická pryskyřice produkovaná polymerací ethylenového monomeru. V průmyslu zahrnuje také ethylen a malý počet a-olefinových kopolymerů. Polyethylen bez zápachu, netoxický, se cítí jako vosk, s vynikající odolností s nízkou teplotou (nejnižší teplota použití do -100 ~ -70 ° C). Dobrá chemická stabilita, protože molekula polymeru prostřednictvím spojení s jedním vazbou uhlíku - uhlík může odolat většině eroze kyseliny a alkalií (ne odolná vůči oxidačním vlastnostem kyseliny). Nerozpustné ve běžných rozpouštědlech při pokojové teplotě, nízká absorpce vody, vynikající elektrická izolace.

Struktura a vlastnosti polyethylenu

1. Struktura polyethylenu

Obecný vzorec pro strukturu každého typu polyethylenu (PE) lze vyjádřit následovně:

Jeho složení jsou pouze dva atomy uhlíku a vodíku a má nejjednodušší strukturu a nejmenší řetězové spojení mezi polymerními uhlíkovými a vodíkovými sloučeninami. Je to v podstatě parafinový vosk s vysokou relativní molekulární hmotou, tj. Polymer s dlouhým řetězcem. Vzhledem k monomernímu molekulárnímu ethylenu je zcela symetrický, a proto je strukturální jednotka PE v režimu vazebného řetězce v podstatě pouze jedna. Jednotlivá vazba CC je σ vazba, její distribuce elektronového mraku má osymetrickou, je nejmenší polaritou v polymerních sloučeninách z uhlíkového řetězce, intramolekulární meziatomové interakce jsou velmi malé, stupeň vnitřní rotace je velmi nízký, vnitřní rotační bariéry nejsou velké, nejsou velké bariéry vnitřní rotace velké a počet možných konformací je velký.

Síla van der waals síly a vodíkové vazby mezimolekulární interakce PE je také nejmenší, kohezní energie je 260J/cm3, molekulární řetězec je měkký a snadno se deformoval a jiné makromolekuly nižší než 293 j/cm3 se obvykle používají Jako guma je pouze PE výjimkou, která patří do typického flexibilního řetězce makromolekul.

PE chemické složení a lineární polyethylen s nízkou hustotou (LLDPE) s různými polymeračními podmínkami jsou polyethylen s vysokou hustotou (HDPE), polyethylen s nízkou hustotou (LDPE), hlavní řetězec má odlišný počet různých délek rozvětvených vedlejších skupin, má odlišný počet různých délek bočních skupin, má odlišný počet různých délek rozvětvených postranních skupin. A dokonce i malý počet různých typů dvojitých vazb, v LDPE stále existuje určité množství karbonyl a etherové skupiny. Různé odrůdy dávky o velikosti počtu větví v pořadí LDPE> lldpe> hdpe, tím více větví jeho odolnosti vůči fotodegradaci a oxidaci schopnosti zhoršovat. HDPE pouze několik krátkých větví, oddělení lineárních makromolekul, makromolekulární řetězce nejsou spojeny s vazbou, tak měkké a elastické; LDPE je dlouhé, krátké rozvětvené lineární makromolekuly, rozvětvené tak, aby se vzdálenost mezi molekulárním řetězcem zvyšovala, makromolekuly naskládaly volnou, nízkou hustotu, nízkou krystalinitu, nízkou hustotu a nízkou krystalinitou. LDPE je lineární makromolekula s dlouhými a krátkými rozvětvenými řetězci, rozvětvené řetězy zvyšují vzdálenost mezi makromolekulárními řetězci, makromolekuly jsou volně naskládané, hustota je nízká, krystalinita je nízká a je měkčí, tak tvrdost, síla a Tepelná odolnost LDPE je nižší.

Konfigurace polyethylenové molekuly (geometrické uspořádání atomů nebo skupin v prostoru makromolekuly fixované chemickými vazbami) je ve volném stavu náhodná liniová skupina a po natažení vnější silou je délka vazby singlu CC single vazba je 0,154 nm, úhel vazby je 109,3 ° a rozteč zubů je 0,253 nm.

Krystalinita různých typů polyethylenu je odlišná, LDPE je asi 65%, HDPE je asi 80%~ 90%, LLDPE je asi 65%~ 75%. Se zvýšením krystalinity se hustota, rigidita, tvrdost a síla produktů PE zlepší, ale jeho nárazové vlastnosti klesají. Odrůdy polyethylenu jsou nejen odlišnou krystalinitou, krystalizační forma a krystalové parametry nejsou stejné.

Krystalická forma polyethylenu zahrnuje sférické krystaly a jedno krystaly. První z nich je získán po tání polyethylenu, tj. Krystalických agregátů získaných růstem jádra rozptýlených ve všech směrech; Ten je získán chlazením zředěných roztoků polyethylenu. Tabulka 1-2 ukazuje krystalinitu PE získanou různými metodami.

Hustota PE úzce souvisí s krystalinitou XC a vztah mezi nimi je:

kde d je naměřená hustota vzorku; D1 a D2 jsou hustoty plně krystalizovaného a plně amorfního PE. Obecně je hustota krystalické fáze un -linched PE 1,014 g/cm3 a hustota amorfní fáze je 0,84 g/cm3 při 25 ℃.

Tato rovnice předpokládá, že hustoty krystalických a amorfních fází v částečně krystalizovaném polymeru (tj. Vzorek, který má být testován), se rovná hustotě plně krystalických a plně amorfních fází. Ve skutečnosti je nemožné, aby jakýkoli PE byl 100% krystalický nebo zcela amorfní.

Relativní molekulární hmotnost PE je často popisována průměrným stupněm polymerace (obrázku), průměrným hmotností relativní molekulární hmotnosti (obrázek) nebo číselným průměrným relativní molekulární hmotou (obrázek) a distribuce relativní molekulární hmoty je vyjádřena distribuční křivkou a index šířky distribuce (obrázek). Relativní molekulární hmotnost PE a jeho distribuce má stejný účinek na výkon jako stupeň větvení PE a stupeň nenasycení. Vzhledem k různým polymeračním metodám a provozním podmínkám se může relativní molekulární hmota měnit v širokém rozmezí, například od kritické relativní molekulární hmoty 10 000 až desítek tisíc, stovky tisíc nebo dokonce miliony. Relativní distribuce molekulární hmoty se také liší s různými podmínkami polymerace, zejména u nízkotlakého PE s katalyzátorem nosiče Ziegler, relativní distribuce molekulární hmoty může být od poměrně úzkého až poměrně širokého. Relativní molekulární hmotnost běžné PE je 40 000 ~ 120 000 a hmotnost UHMWPE je 1 000 000–4 000 000. Čím vyšší je molekulová hmotnost, tím lepší jsou mechanické vlastnosti pryskyřice, jako je pevnost v tahu, nízkoteplotní stahování, odolnost vůči praskání environmentálního stresu atd., Ale výkon zpracování se zhoršuje.

Kromě výše uvedených parametrů může být velikost molekuly PE vyjádřena průtokem taveniny (MFR), aby nepřímo ilustrovala velikost relativní molekulární hmoty, čím menší je MFR, tím vyšší je relativní molekulární hmota a naopak, a naopak,, Čím nižší je relativní molekulární hmota. Pro LDPE je MFR 20 ~ 50 g/10 minut, pro HDPE 4 ~ 15 g/10 minut a pro LLDPE 3 ~ 10 g/10 minut.

Pro LDPE mají MFR a číslo průměrného relativního relativního obrazu molekulární hmotnosti následující přibližný vztah:

Velikost relativní molekulární hmoty a její distribuce hrají důležitou roli v použitelnosti a výkonu zpracování plastů, výše uvedený vztah pouze ilustruje účinek velikosti molekuly polymeru na výkon zpracování, protože úroveň MFR je fyzická Množství, které charakterizuje velikost viskozity taveniny, což je měřítkem tekutosti zpracování, a existuje také následující přibližný vztah mezi MFR a zjevnou viskozitou (η) taveniny:

HDPE v důsledku nižšího MFR je vyjádřena více než viskozita (relativní míra relativní molekulární hmoty). Průmyslová PE rozpuštěná v tetrahydronaftalenu nebo dekahydronaftalenu, jeho hmotnostní frakce v roztoku: C je 0,5%, vysoká a nízká hustota PE byla měřena při 120 ℃ 75 ℃ za podmínek jeho roztokového viskozity η, vypočítá se následující vzorec než koncentrace viskozity [η ']

kde η0 je viskozita rozpouštědla, PA-S.

MFR neodráží relativní distribuci molekulární hmotnosti, ve skutečnosti má relativní distribuce molekulární hmoty velký vliv na jeho tekutost, protože relativní distribuce molekulární hmoty se rozšiřuje, zvyšuje se plynulost taveniny, při které je část nízké relativní molekulární hmota ekvivalentní plastifikátor vysoké relativní molekulární hmotnosti PE. Pro PE se stejnou průměrnou relativní molekulární hmotou má PE s širší distribucí lepší proudění. Kromě toho má hustota PE také velký vliv na viskozitu jeho taveniny, malé hustoty, viskozita je také malá. Proto průtok taveniny MFR není vhodný pro hodnocení relativní molekulární hmotnosti PE s různými hustotami. Stručně řečeno, relativní molekulární hmotnost malé, široké rozdělení LDPE je příznivá pro jeho tekutost zpracování, ale většina aplikačních vlastností, zejména mechanické vlastnosti, je nepříznivá, takže relativní molekulární hmotnost PE a její distribuce a další strukturální parametry of of of of of PE jsou stejné jako PE je důležitým faktorem ovlivňujícím konečný výkon PE.