Estructura y propiedades del polietileno

El polietileno (polietileno, denominado PE) es una resina termoplástica producida por polimerización del monómero de etileno. En la industria, también incluye etileno y un pequeño número de copolímeros de A-Olefin. Polietileno inodoro, no tóxico, se siente como cera, con excelente resistencia a baja temperatura (la temperatura de uso más baja de hasta -100 ~ -70 ° C). Buena estabilidad química, porque la molécula de polímero a través de la conexión de enlace único de carbono -carbono, puede resistir la mayor parte de la ácido y la erosión alcalina (no resistente a las propiedades oxidantes del ácido). Solventes comunes insolubles a temperatura ambiente, baja absorción de agua, excelente aislamiento eléctrico.

Estructura y propiedades del polietileno

1. Estructura del polietileno

La fórmula general para la estructura de cada tipo de polietileno (PE) se puede expresar de la siguiente manera:

Su composición es solo dos átomos de carbono e hidrógeno, y tiene la estructura más simple y los enlaces de cadena más pequeños entre los compuestos de carbono e hidrógeno polímeros. Es esencialmente una cera de parafina de alta masa molecular relativa, es decir, un polímero graso de cadena larga. Debido al monómero, el etileno molecular completamente simétrico y, por lo tanto, la unidad estructural de PE en el modo de enlace de cadena molecular es básicamente solo una. El enlace único CC es un enlace σ, su distribución de nubes de electrones tiene axisimétrica, es la polaridad más pequeña en los compuestos de polímero de la cadena de carbono, las interacciones intramoleculares interatómicas son muy pequeñas, el grado de rotación interna es muy bajo, las barreras de rotación interna no son grandes , y el número de posibles conformaciones es grande.

La fuerza de van der Waals y la fuerza de enlace de hidrógeno de la interacción intermolecular de PE también es la más pequeña, la energía de cohesión es de 260J/cm3, la cadena molecular es suave y fácil de deformarse, y otras macromoléculas inferiores a 293 J/cm3 se usan generalmente Como caucho, solo PE es una excepción, que pertenece a la típica cadena de macromolécula flexible.

Composición química PE y polietileno lineal de baja densidad (LLDPE) Con diferentes condiciones de polimerización, existen polietileno de alta densidad (HDPE), polietileno de baja densidad (LDPE), la cadena principal tiene un número diferente de diferentes longitudes de grupos laterales ramificados, E incluso un pequeño número de diferentes tipos de dobles enlaces, todavía hay una cierta cantidad de grupo de carbonilo y éter en el LDPE. Diferentes variedades de dosis en el tamaño del número de ramas en orden de LDPE> LLDPE> HDPE, más ramas de su resistencia a la fotodegradación y oxidación de la capacidad de deteriorarse. HDPE Solo unas pocas ramas cortas, el Departamento de Macromoléculas Lineales, las cadenas macromoleculares no están conectadas al enlace, tan suave y elástica; LDPE es una macromoléculas lineales largas y ramificadas largas, ramificadas para que aumente la distancia entre la cadena molecular, las macromoléculas apiladas sueltas, baja densidad, baja cristalinidad, baja densidad, baja cristalinidad. LDPE es una macromolécula lineal con cadenas ramificadas largas y cortas, las cadenas ramificadas aumentan la distancia entre las cadenas macromoleculares, las macromoléculas se apilan libremente, la densidad es baja, la cristalinidad es baja y es más suave, por lo que la dureza, la resistencia y la fuerza y La resistencia al calor de LDPE es menor.

La configuración de la molécula de polietileno (la disposición geométrica de los átomos o grupos en el espacio de la macromolécula fijada por enlaces químicos) es un grupo de línea aleatorio en el estado libre, y se dermina después del estiramiento por fuerza externa, la longitud de enlace de CC individual El enlace es 0.154 nm, el ángulo de enlace es de 109.3 ° y el tono de los dientes es de 0.253 nm.

La cristalinidad de los diferentes tipos de polietileno es diferente, el LDPE es de aproximadamente 65%, el HDPE es de aproximadamente 80%~ 90%, LLDPE es de aproximadamente 65%~ 75%. Con el aumento de la cristalinidad, la densidad, la rigidez, la dureza y la resistencia de los productos PE mejoran, pero sus propiedades de impacto disminuyen. Las variedades de polietileno no solo son diferentes cristalinidad, la forma de cristalización y los parámetros de cristal no son los mismos.

La forma cristalina de polietileno incluye cristales esféricos y cristales individuales. El primero se obtiene después de la fusión del polietileno, es decir, los agregados cristalinos obtenidos por el crecimiento de los núcleos dispersos en todas las direcciones; Este último se obtiene mediante el enfriamiento de soluciones diluidas de polietileno. La Tabla 1-2 muestra la cristalinidad de PE obtenida por diferentes métodos.

La densidad de PE está estrechamente relacionada con la cristalinidad XC, y la relación entre los dos es:

donde d es la densidad medida de la muestra; D1 y D2 son las densidades de PE completamente cristalizadas y completamente amorfas, respectivamente. En general, la densidad de la fase cristalina de PE no ramificada es 1.014 g/cm3 y la densidad de la fase amorfa es 0.84 g/cm3 a 25 ℃.

Esta ecuación supone que las densidades de las fases cristalinas y amorfas en un polímero parcialmente cristalizado (es decir, la muestra a probar) son iguales a las densidades de las fases completamente cristalinas y completamente amorfas, respectivamente. De hecho, es imposible que cualquier PE sea 100% cristalino o completamente amorfo.

La masa molecular relativa de PE a menudo se describe por su grado promedio de polimerización (imagen), la masa molecular relativa promedio de peso (imagen) o el número de masa molecular relativa promedio (imagen), y la distribución de la masa molecular relativa se expresa mediante la curva de distribución y el índice de ancho de distribución (imagen). La masa molecular relativa de PE y su distribución tienen el mismo efecto sobre el rendimiento que el grado de ramificación de PE y el grado de insaturación. Debido a los diferentes métodos de polimerización y condiciones de funcionamiento, la masa molecular relativa puede variar en un amplio rango, como la masa molecular relativa crítica de 10,000 a decenas de miles, cientos de miles o incluso millones. La distribución relativa de masa molecular también varía con diferentes condiciones de polimerización, especialmente para PE de baja presión con catalizador de Ziegler portador, la distribución relativa de masa molecular puede ser de bastante estrecha a bastante ancha. La masa molecular relativa de PE ordinaria es 40,000 ~ 120,000, y la de UHMWPE es de 1,000,000-4,000,000. Cuanto mayor sea el peso molecular, mejores serán las propiedades mecánicas de la resina, como la resistencia a la tracción, la propiedad de fragilización de baja temperatura, la resistencia al agrietamiento del estrés ambiental, etc., pero el rendimiento del procesamiento se deteriora.

Además de los parámetros anteriores, el tamaño de la molécula de PE se puede expresar mediante la velocidad de flujo de fusión (MFR) para ilustrar indirectamente el tamaño de la masa molecular relativa, cuanto más pequeña sea la MFR, mayor es la masa molecular relativa y viceversa, cuanto más bajo es la masa molecular relativa. Para LDPE, el MFR es de 20 ~ 50 g/10 min, para HDPE 4 ~ 15 g/10 min, y para LLDPE 3 ~ 10 g/10 min.

Para LDPE, el MFR y el número de masa molecular relativa promedio de número tienen la siguiente relación aproximada:

El tamaño de la masa molecular relativa y su distribución juegan un papel importante en la usabilidad y el rendimiento del procesamiento de los plásticos, la relación anterior solo ilustra el efecto del tamaño de la molécula de polímero en el rendimiento del procesamiento, porque el nivel de la MFR es un físico es un físico. Cantidad que caracteriza el tamaño de la viscosidad de la fusión, que es una medida de la fluidez del procesamiento, y también existe la siguiente relación aproximada entre la MFR y la viscosidad aparente (η) de la fusión:

HDPE debido a la MFR más baja, más que la viscosidad (una medida relativa de la masa molecular relativa) expresada. PE industrial disuelta en tetrahidronaftaleno o decahidronaftaleno, su fracción de masa en solución: C es 0.5%, se midió PE de alta densidad de alta y baja en 120 ℃ 75 ℃ en las condiciones de viscosidad de su solución η, se calcula la siguiente fórmula que la concentración de viscosidad de viscosidad [η ']

donde η0 es la viscosidad solvente, PA-S.

MFR no refleja la distribución relativa de la masa molecular, de hecho, la distribución relativa de la masa molecular tiene una gran influencia en su fluidez, a medida que se amplía la distribución de masa molecular relativa, la fluidez de fusión aumenta, en la que la parte baja de la masa molecular relativa es equivalente a El plastificante de la alta masa molecular relativa PE. Para PE con la misma masa molecular relativa promedio, la EP con una distribución más amplia tiene una mejor flujo de flujo. Además, la densidad de PE también tiene una gran influencia en la viscosidad de su fusión, pequeña densidad, la viscosidad también es pequeña. Por lo tanto, la velocidad de flujo de fusión MFR no es adecuada para evaluar la masa molecular relativa de PE con diferentes densidades. En resumen, la masa molecular relativa de una distribución pequeña y amplia de LDPE es favorable para su fluidez de procesamiento, pero la mayoría de las propiedades de la aplicación, especialmente las propiedades mecánicas son desfavorables, por lo que la masa molecular relativa de PE y su distribución y otros parámetros estructurales de La PE es lo mismo que el PE es un factor importante que afecta el rendimiento final de PE.