Struktur dan sifat polietilen

Polyethylene (polietilen, disebut sebagai PE) adalah resin termoplastik yang diproduksi oleh polimerisasi monomer etilena. Dalam industri, juga termasuk etilena dan sejumlah kecil kopolimer A-olefin. Polyethylene tidak berbau, tidak beracun, terasa seperti lilin, dengan resistensi suhu rendah yang sangat baik (suhu penggunaan terendah hingga -100 ~ -70 ° C). Stabilitas kimia yang baik, karena molekul polimer melalui koneksi ikatan karbon - karbon tunggal, dapat menahan sebagian besar erosi asam dan alkali (tidak tahan terhadap sifat pengoksidasi asam). Tidak larut dalam pelarut umum pada suhu kamar, penyerapan air rendah, isolasi listrik yang sangat baik.

Struktur dan sifat polietilen

1. Struktur polietilen

Rumus umum untuk struktur masing -masing jenis polietilen (PE) dapat dinyatakan sebagai berikut:

Komposisinya hanya dua atom karbon dan hidrogen, dan memiliki struktur paling sederhana dan hubungan rantai terkecil di antara senyawa karbon polimer dan hidrogen. Ini pada dasarnya adalah lilin parafin dari massa molekul relatif tinggi, yaitu, polimer rantai panjang berlemak. Karena monomer etilena molekuler sepenuhnya simetris, dan dengan demikian unit struktural PE dalam mode ikatan rantai molekuler pada dasarnya hanya satu. CC Bond Tunggal adalah ikatan σ, distribusi awan elektronnya memiliki axisymmetric, adalah polaritas terkecil dalam senyawa polimer rantai karbon, interaksi intramolekul antar-atomik sangat kecil, tingkat rotasi internal sangat rendah, hambatan rotasi internal tidak besar , dan jumlah kemungkinan konformasi besar.

Gaya van der Waals dan gaya ikatan hidrogen dari interaksi interaksi intermolekul PE juga yang terkecil, energi kohesi adalah 260J/cm3, rantai molekulnya lunak dan mudah dideformasi, dan makromolekul lainnya lebih rendah dari 293 J/cm3 biasanya digunakan Sebagai karet, hanya PE yang merupakan pengecualian, yang termasuk dalam rantai makromolekul fleksibel yang khas.

Komposisi kimia PE dan polietilen densitas rendah linier (LLDPE) dengan kondisi polimerisasi yang berbeda, ada polietilen kepadatan tinggi (HDPE), polietilen dengan kepadatan rendah (LDPE), rantai utama memiliki jumlah panjang yang berbeda dari kelompok sisi bercabang, yang berbeda, Dan bahkan sejumlah kecil jenis ikatan rangkap, masih ada sejumlah karbonil dan kelompok eter di LDPE. Berbagai varietas dosis pada ukuran jumlah cabang dalam urutan ldpe> lldpe> hdpe, semakin banyak cabang resistensi terhadap fotodegradasi dan oksidasi kemampuan untuk memburuk. HDPE hanya beberapa cabang pendek, departemen makromolekul linier, rantai makromolekul tidak terhubung ke ikatan, begitu lembut dan elastis; LDPE adalah makromolekul linier yang panjang dan bercabang pendek, bercabang sehingga jarak antara rantai molekul meningkat, makromolekul yang ditumpuk longgar, kepadatan rendah, kristalinitas rendah, kepadatan rendah, kristalinitas rendah. LDPE adalah makromolekul linier dengan rantai bercabang panjang dan pendek, rantai bercabang meningkatkan jarak antara rantai makromolekul, makromolekul secara longgar ditumpuk, kepadatannya rendah, kristalin rendah, dan lebih lembut, sehingga kekerasan, kekuatan dan kekuatannya dan kekuatannya rendah, dan lebih lembut, lebih lembut, dan kekuatannya dan kekuatannya dan kekuatannya dan kekuatannya dan kekuatannya dan kekuatannya dan kekuatannya dan kekuatannya dan kekuatannya dan kekuatannya dan kekuatannya dan kekuatannya dan kekuatannya dan kekuatannya dan kekuatannya dan kekuatannya dan kekuatannya dan kekuatannya dan kekuatannya dan kekuatannya dan kekuatannya dan kekuatannya, dan kekuatannya lebih lembut, dan kekuatannya lebih lembut, lebih lembut, dan kekuatannya lebih lembut, dan kuat Resistensi panas LDPE lebih rendah.

Konfigurasi molekul polietilen (pengaturan geometris atom atau gugus dalam ruang makromolekul yang difiksasi oleh ikatan kimia) adalah kelompok garis acak dalam keadaan bebas, dan bergerigi setelah peregangan oleh gaya eksternal, panjang ikatan CC tunggal CC tunggal Bond adalah 0,154 nm, sudut ikatan adalah 109,3 °, dan pitch gigi adalah 0,253 nm.

Kristalinitas dari berbagai jenis polietilen berbeda, LDPE sekitar 65%, HDPE sekitar 80%~ 90%, LLDPE sekitar 65%~ 75%. Dengan meningkatnya kristalinitas, kepadatan, kekakuan, kekerasan dan kekuatan produk PE meningkat, tetapi sifat dampaknya menurun. Varietas polietilen tidak hanya kristalinitas yang berbeda, bentuk kristalisasi dan parameter kristal tidak sama.

Bentuk kristal polietilen termasuk kristal bola dan kristal tunggal. Yang pertama diperoleh setelah pencairan polietilen, yaitu, agregat kristal yang diperoleh dengan pertumbuhan inti yang tersebar di semua arah; Yang terakhir diperoleh dengan pendinginan larutan encer polietilen. Tabel 1-2 menunjukkan kristalinitas PE yang diperoleh dengan metode yang berbeda.

Kepadatan PE terkait erat dengan kristalinitas XC, dan hubungan antara keduanya adalah:

di mana d adalah kepadatan sampel yang diukur; D1 dan D2 masing -masing adalah kepadatan PE yang dikristalisasi sepenuhnya dan sepenuhnya amorf. Secara umum, kepadatan fase kristal PE yang tidak bercabang adalah 1,014 g/cm3 dan kepadatan fase amorf adalah 0,84 g/cm3 pada 25 ℃.

Persamaan ini mengasumsikan bahwa kepadatan fase kristal dan amorf dalam polimer yang dikristalisasi sebagian (yaitu, sampel yang akan diuji) sama dengan kepadatan fase kristal sepenuhnya dan sepenuhnya amorf, masing -masing. Bahkan, tidak mungkin PE apa pun menjadi 100% kristal atau sepenuhnya amorf.

Massa molekul relatif PE sering dijelaskan oleh tingkat rata -rata polimerisasi (gambar), rata -rata berat massa molekul relatif (gambar) atau jumlah rata -rata massa molekul relatif (gambar), dan distribusi massa molekul relatif diekspresikan oleh kurva distribusi dan indeks lebar distribusi (gambar). Massa molekul relatif PE dan distribusinya memiliki efek yang sama pada kinerja seperti tingkat percabangan PE dan tingkat tidak jenuh. Karena metode polimerisasi yang berbeda dan kondisi operasi, massa molekul relatif dapat bervariasi dalam kisaran yang luas, seperti dari massa molekul relatif kritis 10.000 hingga puluhan ribu, ratusan ribu, atau bahkan jutaan. Distribusi massa molekul relatif juga bervariasi dengan kondisi polimerisasi yang berbeda, terutama untuk PE bertekanan rendah dengan katalis pembawa Ziegler, distribusi massa molekul relatif dapat dari cukup sempit hingga cukup lebar. Massa molekul relatif PE biasa adalah 40.000 ~ 120.000, dan UHMWPE adalah 1.000.000-4.000.000. Semakin tinggi berat molekul, semakin baik sifat mekanik resin, seperti kekuatan tarik, sifat embrittlement suhu rendah, resistensi terhadap retak tegangan lingkungan, dll., Tetapi kinerja pemrosesan memburuk.

Selain parameter di atas, ukuran molekul PE dapat diekspresikan oleh laju aliran leleh (MFR) untuk secara tidak langsung menggambarkan ukuran massa molekul relatif, semakin kecil MFR, semakin tinggi massa molekul relatif, dan sebaliknya, Semakin rendah massa molekul relatif. Untuk LDPE, MFR adalah 20 ~ 50 g/10 menit, untuk HDPE 4 ~ 15 g/10 menit, dan untuk LLDPE 3 ~ 10 g/10 menit.

Untuk LDPE, MFR dan angka rata -rata gambar massa molekul relatif memiliki hubungan perkiraan berikut:

Ukuran massa molekul relatif dan distribusinya memainkan peran penting dalam kegunaan dan kinerja pemrosesan plastik, hubungan di atas hanya menggambarkan efek ukuran molekul polimer pada kinerja pemrosesan, karena tingkat MFR adalah fisik adalah fisik Kuantitas yang menjadi ciri ukuran viskositas lelehan, yang merupakan ukuran fluiditas pemrosesan, dan ada juga hubungan perkiraan berikut antara MFR dan viskositas yang jelas (η) dari leleh:

HDPE karena MFR yang lebih rendah, lebih dari viskositas (ukuran relatif dari massa molekul relatif) yang diekspresikan. PE Industri yang dilarutkan dalam tetrahidronaphthalene atau decahydronaphthalene, fraksi massa dalam larutan: C adalah 0,5%, kepadatan tinggi dan rendah diukur pada 120 ℃ 75 ℃ dalam kondisi viskositas larutan η, formula berikut ini dihitung daripada konsentrasi viskositas viskositas viskositasnya η, formula berikut dihitung daripada konsentrasi viskositas viskositas viskositasnya [η ']

di mana η0 adalah viskositas pelarut, pa-s.

MFR tidak mencerminkan distribusi massa molekul relatif, pada kenyataannya, distribusi massa molekul relatif memiliki pengaruh besar pada fluiditasnya, karena distribusi massa molekul relatif diperluas, fluiditas leleh meningkat, di mana bagian massa molekul relatif rendah setara dengan ke Plasticizer PE massa molekul relatif tinggi. Untuk PE dengan massa molekul relatif rata -rata yang sama, PE dengan distribusi yang lebih luas memiliki kemampuan mengalir yang lebih baik. Selain itu, kepadatan PE juga memiliki pengaruh besar pada viskositas leleh, kepadatan kecil, viskositas juga kecil. Oleh karena itu, laju aliran leleh MFR tidak cocok untuk mengevaluasi massa molekul relatif PE dengan kepadatan yang berbeda. Singkatnya, massa molekul relatif dari distribusi LDPE kecil dan luas sangat menguntungkan untuk pemrosesan fluiditasnya, tetapi sebagian besar sifat aplikasi, terutama sifat mekaniknya tidak menguntungkan, sehingga massa molekul relatif PE dan distribusinya dan parameter struktural lainnya dari PE sama dengan PE adalah faktor penting yang mempengaruhi kinerja akhir PE.