Struktur und Eigenschaften von Polyethylen

Polyethylen (Polyethylen, als PE bezeichnet) ist ein thermoplastisches Harz, das durch Polymerisation von Ethylenmonomer produziert wird. In der Industrie umfasst auch Ethylen und eine kleine Anzahl von A-Olefin-Copolymeren. Polyethylen geruchlos, ungiftig, fühlt sich wie Wachs mit hervorragendem Resistenz mit niedriger Temperatur (die niedrigste Verwendung von bis zu -100 ~ -70 ° C) an. Eine gute chemische Stabilität, da das Polymermolekül durch den Kohlenstoff -Kohlenstoff -Einbindungsverbindung den größten Teil der Säure- und Alkali -Erosion (nicht resistent gegen oxidierende Eigenschaften der Säure) widerstehen kann. Unlöslich in gemeinsamen Lösungsmitteln bei Raumtemperatur, niedriger Wasserabsorption, ausgezeichnete elektrische Isolierung.

Struktur und Eigenschaften von Polyethylen

1. Struktur von Polyethylen

Die allgemeine Formel für die Struktur jeder Art von Polyethylen (PE) kann wie folgt ausgedrückt werden:

Seine Zusammensetzung sind nur zwei Atome von Kohlenstoff und Wasserstoff und haben die einfachste Struktur und die kleinsten Kettenglieder zwischen den Kohlenstoff- und Wasserstoffverbindungen des Polymers. Es ist im Wesentlichen ein Paraffinwachs aus hoher relativer Molekularmasse, dh ein fettkettiges Polymer. Aufgrund des Monomer -Molekularethylens vollständig symmetrisch und damit die PE -Struktureinheit im molekularen Kettenbindungsmodus im Grunde nur eine. CC-Einzelbindung ist eine σ-Bindung, seine Elektronenwolkenverteilung hat axisymmetrisch, ist die kleinste Polarität in den Kohlenstoffkettenpolymerverbindungen, intramolekulare interatomare Wechselwirkungen sind sehr gering, der Grad der inneren Drehung ist sehr niedrig, die inneren Drehbarrieren sind nicht groß und die Anzahl der möglichen Konformationen ist groß.

Die Van der Waals -Kraft und die Wasserstoffbrückenbindungskraft der intermolekularen Wechselwirkung von PE ist ebenfalls die kleinste Als Gummi ist nur PE eine Ausnahme, die zur typischen flexiblen Makromolekülkette gehört.

PE-chemische Zusammensetzung und lineare Polyethylen (LLDPE) mit unterschiedlichen Polymerisationsbedingungen, Polyethylen (HDPE), Polyethylen mit niedriger Dichte (LDPE), die Hauptkette aufweist, hat eine unterschiedliche Anzahl unterschiedlicher Längen der verzweigten Seitengruppen, und hat eine unterschiedliche Anzahl von unterschiedlichen Längen der Zweiggruppen, und hat Und selbst eine kleine Anzahl verschiedener Arten von Doppelbindungen gibt es im LDPE immer noch eine gewisse Menge Carbonyl- und Ethergruppen. Verschiedene Dosierungssorten über die Größe der Anzahl der Zweige in der Reihenfolge von LDPE> LLDPE> HDPE, desto mehr Zweige seines Widerstands gegen Photodegradation und Oxidation der Fähigkeit zur Verschlechterung. HDPE nur wenige kurze Zweige, die Abteilung für lineare Makromoleküle, makromolekulare Ketten sind nicht mit der Bindung verbunden, so weich und elastisch; LDPE ist ein langer, kurz verzweigter linearer Makromoleküle, so dass der Abstand zwischen der molekularen Kette zunimmt. LDPE ist ein linearer makromolekül mit langen und kurzen verzweigten Ketten, die verzweigten Ketten erhöhen den Abstand zwischen den makromolekularen Ketten, die Makromoleküle sind locker gestapelt, die Dichte ist niedrig, die Kristallinität ist niedrig und sie ist weicher, so die Härte, Stärke und die Stärke und die Kristall Wärmewiderstand von LDPE ist niedriger.

Die Konfiguration des Polyethylenmoleküls (die geometrische Anordnung von Atomen oder Gruppen im Raum des durch chemischen Bindungen fixierten Makromoleküls) ist eine Zufallsliniengruppe im freien Zustand und wird nach dem Dehnen durch externe Kraft, die Bindungslänge von CC -Single Die Bindung beträgt 0,154 nm, der Bindungswinkel 109,3 ° und die Zähnestoffe 0,253 nm.

Die Kristallinität verschiedener Arten von Polyethylen ist unterschiedlich, LDPE beträgt etwa 65%, HDPE beträgt etwa 80%~ 90%, LLDPE liegt bei 65%~ 75%. Mit der Erhöhung der Kristallinität verbessern sich die Dichte, Steifigkeit, Härte und Stärke von PE -Produkten, aber die Impacteigenschaften sinken. Polyethylensorten sind nicht nur unterschiedliche Kristallinität, Kristallisationsform und Kristallparameter sind nicht gleich.

Die kristalline Form von Polyethylen umfasst kugelförmige Kristalle und Einzelkristalle. Ersteres wird nach dem Schmelzen von Polyethylen erhalten, dh den kristallinen Aggregaten, die durch das Wachstum der in alle Richtungen dispergierten Kerne erhalten wurden; Letzteres wird durch die Abkühlung von verdünnten Lösungen von Polyethylen erhalten. Tabelle 1-2 zeigt die Kristallinität von PE, die durch verschiedene Methoden erhalten wird.

Die Dichte von PE ist eng mit der Kristallinität XC verwandt, und die Beziehung zwischen den beiden ist:

wobei D die gemessene Dichte der Probe ist; D1 und D2 sind die Dichten von vollständig kristallisiertem bzw. vollständig amorphem PE. Im Allgemeinen beträgt die Dichte der kristallinen Phase der unverzweigten PE 1,014 g/cm3 und die Dichte der amorphen Phase 0,84 g/cm3 bei 25 ℃.

Diese Gleichung geht davon aus, dass die Dichten der kristallinen und amorphen Phasen in einem teilweise kristallisierten Polymer (dh der zu testenden Probe) gleich den Dichten der vollständig kristallinen bzw. vollständig amorphen Phasen sind. Tatsächlich ist es für jeden PE unmöglich, 100% kristallin oder vollständig amorph zu sein.

Die relative molekulare Masse von PE wird häufig durch ihren durchschnittlichen Polymerisationsgrad (Bild), den durchschnittlichen Gewicht durchschnittlichen relativen molekularen Masse (Bild) oder die durchschnittliche relative Molekülmasse (Bild) und die Verteilung der relativen Molekularmasse durch die Verteilungskurve beschrieben und der Verteilungsbreitenindex (Bild). Die relative molekulare Masse von PE und ihre Verteilung haben den gleichen Effekt auf die Leistung wie der Grad der PE -Verzweigung und den Grad der Ungesättigtheit. Aufgrund der unterschiedlichen Polymerisationsmethoden und Betriebsbedingungen kann die relative molekulare Masse in einem weiten Bereich variiert werden, z. B. von der kritischen relativen molekularen Masse von 10.000 bis Zehntausenden, Hunderttausenden oder sogar Millionen. Die relative molekulare Massenverteilung variiert auch mit unterschiedlichen Polymerisationsbedingungen, insbesondere bei PE mit niedrigem Druck mit Träger-Ziegler-Katalysator, die relative Molekülmasseverteilung kann von ziemlich schmal bis recht breit sein. Die relative molekulare Masse gewöhnlicher PE beträgt 40.000 ~ 120.000 und die von UHMWPE 1.000.000 bis 4.000.000. Je höher das Molekulargewicht, desto besser die mechanischen Eigenschaften des Harzes, wie die Zugfestigkeit, die Verspritzungseigenschaft mit niedriger Temperatur, Resistenz gegen das Rissen von Umweltstress usw., aber die Verarbeitungsleistung verschlechtert sich.

Zusätzlich zu den obigen Parametern kann die Größe des PE -Moleküls durch die Schmelzdurchflussrate (MFR) exprimiert werden, um die Größe der relativen Molekülmasse indirekt zu veranschaulichen, desto kleiner ist die relative Molekularmasse, je kleiner die relative Molekülmasse und umgekehrt, desto umso mehr und umgekehrt, desto umso mehr Je niedriger die relative molekulare Masse. Für LDPE beträgt der MFR 20 ~ 50 g/10 min, für HDPE 4 ~ 15 g/10 min und für LLDPE 3 ~ 10 g/10 min.

Für LDPE haben die MFR und das durchschnittliche relative relative molekulare Massenbild die folgende ungefähre Beziehung:

Die Größe der relativen molekularen Masse und ihre Verteilung spielen eine wichtige Rolle bei der Benutzerfreundlichkeit und Verarbeitungsleistung von Kunststoffen. Die obige Beziehung zeigt nur den Effekt der Größe des Polymermoleküls auf die Verarbeitungsleistung, da der MFR -Niveau physisch ist Menge, die die Größe der Schmelzviskosität kennzeichnet, die ein Maß für die Verarbeitungsfluidität ist, und es gibt auch die folgende ungefähre Beziehung zwischen MFR und der scheinbaren Viskosität (η) der Schmelze:

HDPE aufgrund des unteren MFR, mehr als die Viskosität (ein relatives Maß für die relative Molekülmasse) exprimiert. Industrielles PE, gelöst in Tetrahydronaphthalin oder Decahydronaphthalin, seine Massenfraktion in Lösung: C beträgt 0,5%, hohe und niedrige Dichte PE wurden bei 120 ℃ 75 ℃ gemessen [η ']

wobei η0 die Lösungsmittelviskosität ist, pa-s.

MFR spiegelt nicht die relative molekulare Massenverteilung wider, tatsächlich hat die relative molekulare Massenverteilung einen großen Einfluss auf ihre Fluidität, da sich die relative Molekülmasseverteilung erweitert, die Schmelzfluidität nimmt zu, in der der niedrige relative molekulare Massenteil gleichwertig ist Der Weichmacher der hohen relativen molekularen Masse PE. Für PE mit der gleichen durchschnittlichen relativen Molekülmasse weist die PE mit breiterer Verteilung eine bessere Fließfähigkeit auf. Darüber hinaus hat die Dichte von PE auch einen großen Einfluss auf die Viskosität ihrer Schmelze, kleine Dichte und Viskosität ist ebenfalls gering. Daher ist die Schmelzflussrate MFR nicht zur Bewertung der relativen Molekülmasse von PE mit unterschiedlichen Dichten geeignet. Kurz gesagt, die relative molekulare Masse der kleinen, breiten Verteilung von LDPE ist für ihre Verarbeitungsfluidität günstig, aber die meisten Anwendungseigenschaften, insbesondere die mechanischen Eigenschaften PE ist der gleiche wie der PE ist ein wichtiger Faktor, der die endgültige Leistung von PE beeinflusst.