Structure et propriétés du polyéthylène

Le polyéthylène (polyéthylène, appelé PE) est une résine thermoplastique produite par polymérisation du monomère d'éthylène. Dans l'industrie, comprend également l'éthylène et un petit nombre de copolymères A-oléfine. Le polyéthylène inodore, non toxique, ressemble à de la cire, avec une excellente résistance à basse température (la température d'utilisation la plus basse jusqu'à -100 ~ -70 ° C). Une bonne stabilité chimique, car la molécule de polymère à travers la connexion à liaison unique carbone - carbone peut résister à la majeure partie de l'érosion acide et alcaline (non résistant aux propriétés oxydantes de l'acide). Insoluble dans les solvants courants à température ambiante, absorption de l'eau basse, excellente isolation électrique.

Structure et propriétés du polyéthylène

1. Structure du polyéthylène

La formule générale de la structure de chaque type de polyéthylène (PE) peut être exprimée comme suit:

Sa composition n'est que deux atomes de carbone et d'hydrogène, et il a la structure la plus simple et les liaisons de chaîne les plus petites entre les composés de carbone en polymère et d'hydrogène. Il s'agit essentiellement d'une cire de paraffine de masse moléculaire relative élevée, c'est-à-dire un polymère gras à chaîne longue. En raison de l'éthylène moléculaire monomère complètement symétrique, et donc l'unité structurelle PE en mode de liaison de la chaîne moléculaire n'est essentiellement qu'une seule. La liaison unique CC est une liaison σ, sa distribution des nuages ​​d'électrons a axisymétrique, est la plus petite polarité des composés polymère de la chaîne de carbone, les interactions interatomiques intramoléculaires sont très petites, le degré de rotation interne est très faible, les barrières de rotation interne ne sont pas grandes , et le nombre de conformations possibles est importante.

La force de van der Waals et la force de liaison hydrogène de l'interaction intermoléculaire de l'EP sont également la plus petite, l'énergie de cohésion est de 260J / cm3, la chaîne moléculaire est douce et facile à déformer et d'autres macromolécules inférieures à 293 J / cm3 sont généralement utilisées En tant que caoutchouc, seule PE est une exception, qui appartient à la chaîne macromolécule flexible typique.

Composition chimique PE et polyéthylène linéaire à basse densité (LLDPE) avec différentes conditions de polymérisation, il existe du polyéthylène à haute densité (HDPE), du polyéthylène à basse densité (LDPE), la chaîne principale a un nombre différent de longueurs de groupes latéraux ramifiés, Et même un petit nombre de différents types de doubles liaisons, il y a toujours une certaine quantité de groupe carbonyle et éther dans le LDPE. Différentes variétés de dosage sur la taille du nombre de branches dans l'ordre de LDPE> LLDPE> HDPE, plus il y a de branches de sa résistance à la photodégradation et de l'oxydation de la capacité de se détériorer. HDPE seulement quelques branches courtes, le département des macromolécules linéaires, les chaînes macromoléculaires ne sont pas connectées à la liaison, si douce et élastique; Le LDPE est une longue et courte ramification des macromolécules linéaires, ramifiées de sorte que la distance entre la chaîne moléculaire augmente, les macromolécules empilées en vrac, basse densité, basse cristallinité, faible densité et faible cristallinité. Le LDPE est une macromolécule linéaire avec des chaînes ramifiées longues et courtes, les chaînes ramifiées augmentent la distance entre les chaînes macromoléculaires, les macromolécules sont lâchement empilées, la densité est faible, la cristallinité est faible et elle est plus douce, donc la dureté, la résistance et la résistance et la résistance La résistance à la chaleur du LDPE est plus faible.

La configuration de la molécule de polyéthylène (la disposition géométrique des atomes ou des groupes dans l'espace de la macromolécule fixée par des liaisons chimiques) est un groupe de lignes aléatoires à l'état libre, et il est dentelé après l'étirement par force externe, la longueur de liaison de CC unique CC unique CC, La liaison est de 0,154 nm, l'angle de liaison est de 109,3 ° et la hauteur des dents est de 0,253 nm.

La cristallinité de différents types de polyéthylène est différente, le LDPE est d'environ 65%, le HDPE est d'environ 80% ~ 90%, le LLDPE est d'environ 65% ~ 75%. Avec l'augmentation de la cristallinité, la densité, la rigidité, la dureté et la force des produits PE s'améliorent, mais ses propriétés d'impact diminuent. Les variétés de polyéthylène ne sont pas seulement une cristallinité différente, la forme de cristallisation et les paramètres cristallins ne sont pas les mêmes.

La forme cristalline de polyéthylène comprend des cristaux sphériques et des monocristaux. Le premier est obtenu après la fusion du polyéthylène, c'est-à-dire les agrégats cristallins obtenus par la croissance de noyaux dispersés dans toutes les directions; Ce dernier est obtenu par le refroidissement des solutions diluées de polyéthylène. Le tableau 1-2 montre la cristallinité de PE obtenue par différentes méthodes.

La densité de PE est étroitement liée à la cristallinité XC, et la relation entre les deux est:

où d est la densité mesurée de l'échantillon; D1 et D2 sont les densités de PE entièrement cristallisé et entièrement amorphe, respectivement. Généralement, la densité de la phase cristalline de PE non ramifiée est de 1,014 g / cm3 et la densité de la phase amorphe est de 0,84 g / cm3 à 25 ℃.

Cette équation suppose que les densités des phases cristallines et amorphes dans un polymère partiellement cristallisé (c'est-à-dire l'échantillon à tester) sont égaux aux densités des phases entièrement cristallines et entièrement amorphes, respectivement. En fait, il est impossible pour un PE d'être 100% cristallin ou complètement amorphe.

La masse moléculaire relative de PE est souvent décrite par son degré moyen de polymérisation (image), de masse moléculaire relative moyenne de poids (image) ou de masse moléculaire relative moyenne (image) et la distribution de la masse moléculaire relative est exprimée par la courbe de distribution et l'indice de largeur de distribution (image). La masse moléculaire relative de PE et sa distribution ont le même effet sur la performance que le degré de ramification de l'EP et le degré d'insaturation. En raison des différentes méthodes de polymérisation et des conditions de fonctionnement, la masse moléculaire relative peut être variée dans une large gamme, comme de la masse moléculaire relative critique de 10 000 à des dizaines de milliers, des centaines de milliers, voire des millions. La distribution de masse moléculaire relative varie également selon les différentes conditions de polymérisation, en particulier pour le PE à basse pression avec le catalyseur Ziegler porteur, la distribution de masse moléculaire relative peut être assez étroite à assez large. La masse moléculaire relative de PE ordinaire est de 40 000 ~ 120 000, et celle de l'UHMWPE est de 1 000 000 à 4 000 000. Plus le poids moléculaire est élevé, meilleur est les propriétés mécaniques de la résine, comme la résistance à la traction, la propriété d'embrimassin à basse température, la résistance à la fissuration du stress environnemental, etc., mais les performances de traitement se détériorent.

En plus des paramètres ci-dessus, la taille de la molécule PE peut être exprimée par le débit de fusion (MFR) pour illustrer indirectement la taille de la masse moléculaire relative, plus le MFR est petit, plus la masse moléculaire relative est élevée, et vice versa, Plus la masse moléculaire relative est faible. Pour LDPE, le MFR est de 20 ~ 50 g / 10 min, pour HDPE 4 ~ 15 g / 10 min, et pour LLDPE 3 ~ 10 g / 10 min.

Pour LDPE, le MFR et le nombre moyen d'image de masse moléculaire relative moyenne ont la relation approximative suivante:

La taille de la masse moléculaire relative et de sa distribution jouent un rôle important dans les performances de l'utilisabilité et du traitement des plastiques, la relation ci-dessus illustre simplement l'effet de la taille de la molécule polymère sur les performances de traitement, car le niveau du MFR est un physique Quantité qui caractérise la taille de la viscosité de la fusion, qui est une mesure de la fluidité de traitement, et il existe également la relation approximative suivante entre le MFR et la viscosité apparente (η) de la fusion:

Le HDPE en raison du MFR inférieur, plus que la viscosité (une mesure relative de la masse moléculaire relative) s'est exprimée. L'EP industriel dissous dans le tétrahydronaphtalène ou le décahydronaphtalène, sa fraction de masse en solution: C est de 0,5%, un PE à densité élevé et à faible densité a été mesuré à 120 ℃ 75 ℃ dans les conditions de sa viscosité de solution η, la formule suivante est calculée que la concentration de viscosité [η ']

où η0 est la viscosité du solvant, PA-S.

Le MFR ne reflète pas la distribution de masse moléculaire relative, en fait, la distribution de masse moléculaire relative a une grande influence sur sa fluidité, à mesure que la distribution de masse moléculaire relative s'élargit, la fluidité de la fusion augmente, dans laquelle la partie de la masse moléculaire relative faible est équivalente à Le plastifiant de la masse moléculaire relative élevée PE. Pour PE avec la même masse moléculaire relative moyenne, l'EP avec une distribution plus large a une meilleure fluidité. De plus, la densité de l'EP a également une grande influence sur la viscosité de sa petite densité fondée, la viscosité est également faible. Par conséquent, le MFR du débit de fusion ne convient pas pour évaluer la masse moléculaire relative de PE avec différentes densités. En bref, la masse moléculaire relative de la petite distribution large du LDPE est favorable à sa fluidité de traitement, mais la plupart des propriétés d'application, en particulier les propriétés mécaniques, sont défavorables, de sorte que la masse moléculaire relative de PE et sa distribution et d'autres paramètres structurels de Les PE sont les mêmes que le PE est un facteur important affectant les performances finales de l'EP.