Struktura dhe vetitë e polietilenit

Polietileni (polietileni, i referuar si PE) është një rrëshirë termoplastike e prodhuar nga polimerizimi i monomerit të etilenit. Në industri, gjithashtu përfshin etilenin dhe një numër të vogël të kopolimerëve A-olefin. Polietileni pa erë, jo toksik, ndjeheni si dylli, me rezistencë të shkëlqyeshme të temperaturës së ulët (temperatura e përdorimit më të ulët deri në -100 ~ -70 ° C). Stabiliteti i mirë kimik, sepse molekula polimer përmes lidhjes së lidhjes së vetme të karbonit - karboni, mund t'i rezistojë shumicës së erozionit të acidit dhe alkalisë (jo rezistent ndaj vetive oksiduese të acidit). Të pazgjidhshëm në tretësit e zakonshëm në temperaturën e dhomës, thithjen e ulët të ujit, izolim të shkëlqyeshëm elektrik.

Struktura dhe vetitë e polietilenit

1. Struktura e polietilenit

Formula e përgjithshme për strukturën e secilit lloj polietileni (PE) mund të shprehet si më poshtë:

Përbërja e tij është vetëm dy atome të karbonit dhe hidrogjenit, dhe ka strukturën më të thjeshtë dhe lidhjet më të vogla të zinxhirit midis komponimeve të karbonit polimer dhe hidrogjenit. Në thelb është një dylli parafine me masë të lartë molekulare relative, d.m.th., një polimer yndyror me zinxhir të gjatë. Për shkak të etilenit molekular monomer plotësisht simetrik, dhe kështu njësia strukturore PE në mënyrën e lidhjes së zinxhirit molekular është në thelb vetëm një. Lidhja e vetme CC është σ lidhje, shpërndarja e saj e reve të elektroneve ka aksimetrike, është polariteti më i vogël në komponimet polimer të zinxhirit të karbonit, ndërveprimet ndër-atomike intramolekulare janë shumë të vogla, shkalla e rrotullimit të brendshëm është shumë i ulët, pengesat e rrotullimit të brendshëm nuk janë të mëdha , dhe numri i konformimeve të mundshme është i madh.

Forca e van der Waals dhe forca e lidhjes së hidrogjenit të bashkëveprimit ndërmolekular të PE është gjithashtu më e vogla, energjia e kohezionit është 260J/cm3, zinxhiri molekular është i butë dhe i lehtë për tu deformuar, dhe makromolekulat e tjera më të ulëta se 293 J/cm3 zakonisht përdoren zakonisht Si gome, vetëm PE është një përjashtim, i cili i përket zinxhirit tipik fleksibël makromolekule.

Përbërja kimike PE dhe polietileni me densitet të ulët linear (LLDPE) me kushte të ndryshme polimerizimi, ekzistojnë polietileni me densitet të lartë (HDPE), polietileni me densitet të ulët (LDPE), zinxhiri kryesor ka një numër të ndryshëm të gjatësive të ndryshme të grupeve anësore të degëzuara, Dhe madje edhe një numër i vogël i llojeve të ndryshme të lidhjeve të dyfishta, ekziston ende një sasi e caktuar e grupit karbonil dhe eter në LDPE. Varietete të ndryshme të dozës në madhësinë e numrit të degëve në mënyrë të ldpe> lldpe> hdpe, aq më shumë degë të rezistencës së tij ndaj fotodegradimit dhe oksidimit të aftësisë për të përkeqësuar. HDPE Vetëm disa degë të shkurtra, departamenti i makromolekulave lineare, zinxhirët makromolekularë nuk janë të lidhur me lidhjen, aq të buta dhe elastike; LDPE është një makromolekula lineare e gjatë, e shkurtër e degëzuar, e degëzuar, në mënyrë që distanca midis zinxhirit molekular të rritet, makromolekulat e grumbulluara të lirshme, me densitet të ulët, kristalitet të ulët, densitet të ulët, kristalitet të ulët. LDPE është një makromolekulë lineare me zinxhirë të gjatë dhe të shkurtër të degëzuar, zinxhirët e degëzuar rrisin distancën midis zinxhirëve makromolekularë, makromolekulat janë grumbulluar lirshëm, dendësia është e ulët, kristaliteti është i ulët, dhe është më i butë, kështu që ngurtësia, forca dhe dhe Rezistenca ndaj nxehtësisë së LDPE është më e ulët.

Konfigurimi i molekulës së polietilenit (rregullimi gjeometrik i atomeve ose grupeve në hapësirën e makromolekulës së fiksuar nga lidhjet kimike) është një grup i linjës së rastësishme në gjendjen e lirë, dhe ajo është e dhëmbëzuar pas shtrirjes me forcë të jashtme, gjatësia e lidhjes së CC të vetme CC Lidhja është 0.154 nm, këndi i lidhjes është 109.3 °, dhe katrani i dhëmbëve është 0.253 nm.

Kristaliteti i llojeve të ndryshme të polietilenit është i ndryshëm, LDPE është rreth 65%, HDPE është rreth 80%~ 90%, LLDPE është rreth 65%~ 75%. Me rritjen e kristalitetit, dendësia, ngurtësia, ngurtësia dhe forca e produkteve PE përmirësohen, por vetitë e tij të ndikimit bien. Varietetet e polietilenit nuk janë vetëm kristaliteti i ndryshëm, forma e kristalizimit dhe parametrat kristal nuk janë të njëjta.

Forma kristalore e polietilenit përfshin kristale sferike dhe kristale të vetme. E para fitohet pas shkrirjes së polietilenit, d.m.th., agregatet kristalore të marra nga rritja e bërthamave të shpërndara në të gjitha drejtimet; Kjo e fundit merret nga ftohja e zgjidhjeve të holluara të polietilenit. Tabela 1-2 tregon kristalitetin e PE të marrë me metoda të ndryshme.

Dendësia e PE është e lidhur ngushtë me kristalitetin XC, dhe marrëdhënia midis të dyve është:

ku D është dendësia e matur e mostrës; D1 dhe D2 janë dendësia e PE plotësisht e kristalizuar dhe plotësisht amorfe, përkatësisht. Në përgjithësi, densiteti i fazës kristalore të PE të pangopur është 1.014 g/cm3 dhe dendësia e fazës amorfe është 0.84 g/cm3 në 25 ℃.

Ky ekuacion supozon se dendësia e fazave kristalore dhe amorfe në një polimer pjesërisht të kristalizuar (d.m.th., mostra që do të testohet) janë të barabarta me dendësitë e fazave plotësisht kristalore dhe plotësisht amorfe, përkatësisht. Në fakt, është e pamundur që çdo PE të jetë 100% kristalor ose plotësisht amorf.

Masa relative molekulare e PE shpesh përshkruhet me shkallën mesatare të polimerizimit (figura), masa mesatare molekulare e peshës (foto) ose numri mesatar mesatar i masës molekulare (foto), dhe shpërndarja e masës molekulare relative shprehet nga kurba e shpërndarjes dhe indeksi i gjerësisë së shpërndarjes (fotografia). Masa molekulare relative e PE dhe shpërndarja e saj kanë të njëjtin efekt në performancën si shkalla e degëzimit të PE dhe shkalla e pangopjes. Për shkak të metodave të ndryshme të polimerizimit dhe kushteve të funksionimit, masa relative molekulare mund të ndryshojë në një gamë të gjerë, siç është nga masa molekulare kritike relative prej 10,000 deri në dhjetëra mijëra, qindra mijëra, apo edhe miliona. Shpërndarja relative e masës molekulare ndryshon gjithashtu me kushte të ndryshme polimerizimi, veçanërisht për PE me presion të ulët me katalizatorin e zeeglerit të bartësit, shpërndarja relative e masës molekulare mund të jetë nga mjaft e ngushtë në mjaft e gjerë. Masa relative molekulare e PE e zakonshme është 40,000 ~ 120,000, dhe ajo e UHMWPE është 1.000.000-4,000,000. Sa më e lartë të jetë pesha molekulare, aq më mirë janë vetitë mekanike të rrëshirës, ​​të tilla si forca elastike, prona e përqafimit të temperaturës së ulët, rezistenca ndaj plasaritjes së stresit mjedisor, etj., Por performanca e përpunimit përkeqësohet.

Përveç parametrave të mësipërm, madhësia e molekulës PE mund të shprehet me shkallën e rrjedhës së shkrirjes (MFR) për të ilustruar indirekt madhësinë e masës molekulare relative, sa më e vogël të jetë MFR, aq më e lartë është masa molekulare relative, dhe anasjelltas, anasjelltas, sa më i ulët është masa relative molekulare. Për LDPE, MFR është 20 ~ 50 g/10 min, për HDPE 4 ~ 15 g/10 min, dhe për LLDPE 3 ~ 10 g/10 min.

Për LDPE, MFR dhe numri mesatar mesatar i masës molekulare ka marrëdhënien e përafërt të mëposhtme:

Madhësia e masës molekulare relative dhe shpërndarja e saj luajnë një rol të rëndësishëm në përdorueshmërinë dhe performancën e përpunimit të plastikës, marrëdhënia e mësipërme thjesht ilustron efektin e madhësisë së molekulës polimer në performancën e përpunimit, sepse niveli i MFR është një fizik Sasia që karakterizon madhësinë e viskozitetit të shkrirë, që është një masë e rrjedhshmërisë së përpunimit, dhe ekziston edhe marrëdhënia e përafërt e mëposhtme midis MFR dhe viskozitetit të dukshëm (η) të shkrirjes:

HDPE për shkak të MFR të ulët, të shprehur më shumë se viskoziteti (një masë relative e masës molekulare relative). PE industriale e tretur në tetrahidronafhtalen ose dekahidronafhtalen, fraksioni i saj masiv në tretësirë: C është 0.5%, PE me densitet të lartë dhe të ulët u matën në 120 ℃ 75 ℃ Në kushtet e zgjidhjes së tij viskoziteti η, formula e mëposhtme llogaritet sesa përqendrimi i viskozitetit të viskozitetit [η ']

ku η0 është viskoziteti i tretësit, pa-s.

MFR nuk pasqyron shpërndarjen relative të masës molekulare, në fakt, shpërndarja relative e masës molekulare ka një ndikim të madh në rrjedhshmërinë e saj, pasi shpërndarja relative e masës molekulare zgjerohet, rrjedhshmëria e shkrirjes rritet, në të cilën pjesa e ulët e masës molekulare relative është e barabartë me plastifikuesi i masës molekulare të lartë relative PE. Për PE me të njëjtën masë mesatare molekulare relative, PE me shpërndarje më të gjerë ka rrjedhës më të mirë. Për më tepër, dendësia e PE gjithashtu ka një ndikim të madh në viskozitetin e shkrirjes së tij, densitetit të vogël, viskoziteti është gjithashtu i vogël. Prandaj, shkalla e rrjedhës së shkrirjes MFR nuk është e përshtatshme për vlerësimin e masës molekulare relative të PE me dendësi të ndryshme. Me pak fjalë, masa relative molekulare e shpërndarjes së vogël, të gjerë të LDPE është e favorshme për rrjedhshmërinë e saj të përpunimit, por shumica e vetive të aplikimit, veçanërisht vetitë mekanike janë të pafavorshme, kështu që masa molekulare relative e PE dhe shpërndarja e saj dhe parametrat e tjerë strukturorë të PE janë të njëjta me PE është një faktor i rëndësishëm që ndikon në performancën përfundimtare të PE.