Estrutura e propriedades de polietileno

O polietileno (polietileno, referido como PE) é uma resina termoplástica produzida pela polimerização do monômero de etileno. Na indústria, também inclui etileno e um pequeno número de copolímeros de Olefin. Polietileno inodoro, não tóxico, pareça cera, com excelente resistência de baixa temperatura (a temperatura mais baixa de uso de até -100 ~ -70 ° C). Boa estabilidade química, porque a molécula de polímero através da conexão de ligação única de carbono pode resistir à maior parte do ácido e da erosão alcalina (não resistente às propriedades oxidantes do ácido). Insolúvel em solventes comuns à temperatura ambiente, baixa absorção de água, excelente isolamento elétrico.

Estrutura e propriedades de polietileno

1. Estrutura do polietileno

A fórmula geral para a estrutura de cada tipo de polietileno (PE) pode ser expressa da seguinte maneira:

Sua composição é apenas dois átomos de carbono e hidrogênio, e possui a estrutura mais simples e os menores ligações de cadeia entre os compostos de carbono e hidrogênio do polímero. É essencialmente uma cera de parafina de alta massa molecular relativa, ou seja, um polímero de cadeia longa gordurosa. Devido ao monômero etileno molecular completamente simétrico e, portanto, a unidade estrutural de PE no modo de ligação da cadeia molecular é basicamente apenas uma. A ligação única do CC é a ligação σ, sua distribuição de nuvem de elétrons tem axissimétrica, é a menor polaridade nos compostos poliméricos da cadeia de carbono, as interações interatômicas intramoleculares são muito pequenas, o grau de rotação interna é muito baixo, as barreiras de rotação interna não são grandes e o número de conformações possíveis é grande.

A força de van der Waals e a força de ligação de hidrogênio da interação intermolecular do PE também é a menor, a energia de coesão é 260J/cm3, a cadeia molecular é macia e fácil de ser deformada, e outras macromoléculas inferiores a 293 j/cm3 geralmente são usadas Como borracha, apenas PE é uma exceção, que pertence à cadeia de macromoléculas flexíveis típicas.

Composição química PE e polietileno de baixa densidade linear (LLDPE) Com diferentes condições de polimerização, existem polietileno de alta densidade (HDPE), polietileno de baixa densidade (LDPE), a cadeia principal possui um número diferente de diferentes comprimentos de grupos laterais ramificados, E mesmo um pequeno número de tipos diferentes de ligações duplas, ainda existe uma certa quantidade de carbonil e éter no LDPE. Diferentes variedades de dosagem no tamanho do número de ramos em ordem de ldpe> lldpe> hdpe, quanto mais ramos de sua resistência à fotodegradação e oxidação da capacidade de se deteriorar. HDPE apenas alguns ramos curtos, o Departamento de Macromoléculas Lineares, as cadeias macromoleculares não estão conectadas à ligação, tão macia e elástica; O LDPE é um longo e curto, macromoléculas lineares ramificadas, ramificadas para que a distância entre a cadeia molecular aumente, as macromoléculas empilhadas soltas, baixa densidade, baixa cristalinidade, baixa densidade e baixa cristalinidade. O LDPE é uma macromolécula linear com cadeias ramificadas longas e curtas, as cadeias ramificadas aumentam a distância entre as cadeias macromoleculares, as macromoléculas são frouxamente empilhadas, a densidade é baixa, a cristalinidade é baixa e é mais suave, assim a força, a força e a força e A resistência ao calor do LDPE é menor.

A configuração da molécula de polietileno (o arranjo geométrico de átomos ou grupos no espaço da macromolécula fixado por ligações químicas) é um grupo de linhas aleatórias no estado livre e é serrilhada após o alongamento pela força externa, o comprimento da ligação do CC único A ligação é de 0,154 nm, o ângulo da ligação é de 109,3 ° e o tom de dentes é de 0,253 nm.

A cristalinidade de diferentes tipos de polietileno é diferente, o LDPE é de cerca de 65%, o HDPE é de cerca de 80%~ 90%, o LLDPE é de cerca de 65%~ 75%. Com o aumento da cristalinidade, a densidade, a rigidez, a dureza e a força dos produtos de PE melhoram, mas suas propriedades de impacto diminuem. As variedades de polietileno não são apenas diferentes cristalinidade, forma de cristalização e parâmetros de cristal não são os mesmos.

A forma cristalina de polietileno inclui cristais esféricos e cristais únicos. O primeiro é obtido após o derretimento do polietileno, ou seja, os agregados cristalinos obtidos pelo crescimento de núcleos dispersos em todas as direções; Este último é obtido pelo resfriamento de soluções diluídas do polietileno. A Tabela 1-2 mostra a cristalinidade do PE obtida por diferentes métodos.

A densidade do PE está intimamente relacionada ao XC da cristalinidade, e a relação entre os dois é:

onde d é a densidade medida da amostra; D1 e D2 são as densidades de PE totalmente cristalizada e totalmente amorfa, respectivamente. Geralmente, a densidade da fase cristalina do PE não ramificada é de 1,014 g/cm3 e a densidade da fase amorfa é de 0,84 g/cm3 a 25 ℃.

Essa equação assume que as densidades das fases cristalinas e amorfas em um polímero parcialmente cristalizado (ou seja, a amostra a ser testada) são iguais às densidades das fases totalmente cristalinas e totalmente amorfas, respectivamente. De fato, é impossível para qualquer PE ser 100% cristalino ou completamente amorfo.

A massa molecular relativa do PE é frequentemente descrita por seu grau médio de polimerização (imagem), peso molecular relativo médio (imagem) ou número média de massa molecular relativa (imagem) e a distribuição da massa molecular relativa é expressa pela curva de distribuição e o índice de largura da distribuição (imagem). A massa molecular relativa de PE e sua distribuição tem o mesmo efeito no desempenho que o grau de ramificação de PE e o grau de insaturação. Devido aos diferentes métodos de polimerização e condições operacionais, a massa molecular relativa pode variar em uma ampla faixa, como da massa molecular relativa crítica de 10.000 a dezenas de milhares, centenas de milhares ou até milhões. A distribuição relativa de massa molecular também varia de acordo com diferentes condições de polimerização, especialmente para PE de baixa pressão com catalisador de Ziegler portador, a distribuição de massa molecular relativa pode ser de bastante estreita a bastante ampla. A massa molecular relativa do PE comum é de 40.000 ~ 120.000 e a do UHMWPE é de 1.000.000 a 4.000.000. Quanto maior o peso molecular, melhor as propriedades mecânicas da resina, como resistência à tração, propriedade de fragilização de baixa temperatura, resistência ao estresse ambiental, etc., mas o desempenho do processamento se deteriora.

Além dos parâmetros acima, o tamanho da molécula de PE pode ser expresso pela taxa de fluxo de fusão (MFR) para ilustrar indiretamente o tamanho da massa molecular relativa, quanto menor o MFR, maior a massa molecular relativa e vice -versa, quanto menor a massa molecular relativa. Para LDPE, o MFR é de 20 ~ 50 g/10 min, para HDPE 4 ~ 15 g/10 min e para LLDPE 3 ~ 10 g/10 min.

Para o LDPE, o MFR e a imagem média de massa molecular relativa média têm o seguinte relacionamento aproximado:

O tamanho da massa molecular relativa e sua distribuição desempenham um papel importante no desempenho de usabilidade e processamento dos plásticos, o relacionamento acima ilustra apenas o efeito do tamanho da molécula de polímero no desempenho do processamento, porque o nível do MFR é um físico físico Quantidade que caracteriza o tamanho da viscosidade do fusão, que é uma medida da fluidez de processamento, e também há a seguinte relação aproximada entre o MFR e a aparente viscosidade (η) do fundido:

HDPE devido ao MFR inferior, mais que a viscosidade (uma medida relativa da massa molecular relativa) expressa. PE industrial dissolvido em tetra -hidronaftaleno ou deca -hidronaftaleno, sua fração de massa em solução: c é 0,5%, a PE de alta e baixa densidade foi medida a 120 ℃ 75 ℃ sob as condições de sua viscosidade da solução η, a fórmula a seguir é calculada que a concentração de viscosidade [η ']

onde η0 é a viscosidade do solvente, PA-s.

O MFR não reflete a distribuição de massa molecular relativa; de fato, a distribuição relativa de massa molecular tem uma grande influência na sua fluidez, à medida que a distribuição de massa molecular relativa se amplia, a fluidez de fusão aumenta, na qual a baixa parte da massa molecular relativa é equivalente a o plastificante da alta massa molecular relativa. Para PE com a mesma massa molecular relativa média, o PE com distribuição mais ampla tem melhor fluxabilidade. Além disso, a densidade do PE também tem uma grande influência na viscosidade de sua fusão, pequena densidade, a viscosidade também é pequena. Portanto, a taxa de fluxo de fusão MFR não é adequada para avaliar a massa molecular relativa de PE com diferentes densidades. Em resumo, a massa molecular relativa de pequena e ampla distribuição de LDPE é favorável à sua fluidez de processamento, mas a maioria das propriedades do aplicativo, especialmente as propriedades mecânicas, é desfavorável; portanto, a massa molecular relativa de PE e sua distribuição e outros parâmetros estruturais de O PE é o mesmo que o PE é um fator importante que afeta o desempenho final do PE.