Cấu trúc và tính chất của polyetylen

Polyetylen (polyetylen, được gọi là PE) là một loại nhựa nhiệt dẻo được sản xuất bởi sự trùng hợp của monome ethylene. Trong công nghiệp, cũng bao gồm ethylene và một số lượng nhỏ copolyme a-olefin. Polyetylen không mùi, không độc hại, có cảm giác như sáp, với điện trở nhiệt độ thấp tuyệt vời (nhiệt độ sử dụng thấp nhất lên đến -100 ~ -70 ° C). Sự ổn định hóa học tốt, bởi vì phân tử polymer thông qua kết nối liên kết đơn carbon - carbon, có thể chống lại hầu hết các axit và kiềm ăn mòn (không kháng với các đặc tính oxy hóa của axit). Không hòa tan trong các dung môi phổ biến ở nhiệt độ phòng, hấp thụ nước thấp, cách điện tuyệt vời.

Cấu trúc và tính chất của polyetylen

1. Cấu trúc của polyetylen

Công thức chung cho cấu trúc của từng loại polyetylen (PE) có thể được biểu thị như sau:

Thành phần của nó chỉ là hai nguyên tử carbon và hydro, và nó có cấu trúc đơn giản nhất và các liên kết chuỗi nhỏ nhất giữa các hợp chất carbon và hydro polymer. Nó thực chất là một loại sáp parafin có khối lượng phân tử tương đối cao, tức là, một polymer chuỗi dài béo. Do ethylene phân tử monome hoàn toàn đối xứng, và do đó, đơn vị cấu trúc PE trong chế độ liên kết chuỗi phân tử về cơ bản chỉ là một. CC liên kết đơn là σ liên kết, phân bố đám mây electron của nó có trục đối xứng, là cực nhất trong các hợp chất polymer chuỗi carbon, các tương tác giữa các nguyên tử nội phân và số lượng phù hợp có thể là lớn.

Lực Van der Waals và lực liên kết hydro của tương tác giữa các phân tử của PE cũng là nhỏ nhất, năng lượng liên kết là 260J/cm3, chuỗi phân tử mềm và dễ bị biến dạng và các đại phân tử khác thấp hơn 293 J/cm3 thường được sử dụng Là cao su, chỉ PE là một ngoại lệ, thuộc chuỗi phân tử macromcule linh hoạt điển hình.

Thành phần hóa học PE và polyetylen mật độ thấp tuyến tính (LLDPE) với các điều kiện trùng hợp khác nhau, có polyetylen mật độ cao (HDPE), polyetylen mật độ thấp (LDPE), chuỗi chính có số lượng khác nhau của các nhóm bên phân nhánh khác nhau, Và thậm chí một số lượng nhỏ các loại liên kết đôi khác nhau, vẫn còn một lượng carbonyl và ether nhất định trong LDPE. Các loại liều khác nhau về kích thước của số lượng nhánh theo thứ tự LDPE> LLDPE> HDPE, càng nhiều nhánh của khả năng kháng photode và oxy hóa khả năng suy giảm. HDPE chỉ có một vài nhánh ngắn, Sở các đại phân tử tuyến tính, chuỗi phân tử không được kết nối với liên kết, rất mềm và đàn hồi; LDPE là một đại phân tử tuyến tính phân nhánh dài, ngắn, phân nhánh sao cho khoảng cách giữa chuỗi phân tử tăng lên, các đại phân tử xếp chồng lên nhau, mật độ thấp, tinh thể thấp, mật độ thấp, độ kết tinh thấp. LDPE là một đại phân tử tuyến tính với các chuỗi phân nhánh dài và ngắn, các chuỗi phân nhánh làm tăng khoảng cách giữa các chuỗi phân tử, các đại phân tử được xếp chồng lên nhau, mật độ thấp, độ kết tinh thấp hơn và nó mềm hơn, do đó độ cứng, độ bền và Điện trở nhiệt của LDPE thấp hơn.

Cấu hình của phân tử polyetylen (sự sắp xếp hình học của các nguyên tử hoặc nhóm trong không gian của đại phân tử cố định bởi các liên kết hóa học) là một nhóm đường ngẫu nhiên ở trạng thái tự do và nó được răng cưa sau khi kéo dài bởi lực bên ngoài, độ dài liên kết của CC đơn Liên kết là 0,154nm, góc liên kết là 109,3 ° và độ cao của răng là 0,253nm.

Độ kết tinh của các loại polyetylen khác nhau là khác nhau, LDPE là khoảng 65%, HDPE là khoảng 80%~ 90%, LLDPE là khoảng 65%~ 75%. Với sự gia tăng độ kết tinh, mật độ, độ cứng, độ cứng và sức mạnh của các sản phẩm PE được cải thiện, nhưng tính chất tác động của nó giảm. Các giống polyetylen không chỉ có độ tinh thể khác nhau, dạng kết tinh và các thông số tinh thể không giống nhau.

Dạng tinh thể của polyetylen bao gồm các tinh thể hình cầu và các tinh thể đơn. Cái trước thu được sau sự tan chảy của polyetylen, tức là, các tập hợp tinh thể thu được từ sự phát triển của các hạt nhân phân tán theo mọi hướng; Loại thứ hai thu được bằng cách làm mát các dung dịch polyetylen pha loãng. Bảng 1-2 cho thấy độ kết tinh của PE thu được bằng các phương pháp khác nhau.

Mật độ của PE có liên quan chặt chẽ với Crystallinity XC và mối quan hệ giữa hai là:

trong đó D là mật độ đo của mẫu; D1 và D2 ​​là mật độ của PE hoàn toàn kết tinh và hoàn toàn vô định hình. Nói chung, mật độ của pha tinh thể của PE không phân nhánh là 1,014 g/cm3 và mật độ của pha vô định hình là 0,84 g/cm3 ở 25.

Phương trình này giả định rằng mật độ của các pha tinh thể và vô định hình trong một polymer tinh thể một phần (ví dụ, mẫu được thử nghiệm) tương ứng với mật độ của các pha hoàn toàn tinh thể và vô định hình hoàn toàn. Trên thực tế, bất kỳ PE nào không thể là tinh thể 100% hoặc hoàn toàn vô định hình.

Khối lượng phân tử tương đối của PE thường được mô tả bởi mức độ trùng hợp trung bình (hình ảnh), khối lượng phân tử tương đối trung bình trọng lượng (hình ảnh) hoặc khối lượng phân tử tương đối trung bình (hình ảnh) và phân bố khối lượng phân tử tương đối được biểu thị bằng đường cong phân phối và chỉ số chiều rộng phân phối (hình ảnh). Khối lượng phân tử tương đối của PE và phân phối của nó có tác động tương tự đến hiệu suất như mức độ phân nhánh PE và mức độ không bão hòa. Do các phương pháp trùng hợp và điều kiện hoạt động khác nhau, khối lượng phân tử tương đối có thể được thay đổi trong một phạm vi rộng, chẳng hạn như từ khối lượng phân tử tương đối quan trọng từ 10.000 đến hàng chục nghìn, hàng trăm ngàn, hoặc thậm chí hàng triệu. Sự phân bố khối lượng phân tử tương đối cũng thay đổi theo các điều kiện trùng hợp khác nhau, đặc biệt đối với PE áp suất thấp với chất xúc tác mang Ziegler, phân bố khối lượng phân tử tương đối có thể từ khá hẹp đến khá rộng. Khối lượng phân tử tương đối của PE thông thường là 40.000 ~ 120.000 và của UHMWPE là 1.000.000-4.000.000. Trọng lượng phân tử càng cao, các tính chất cơ học của nhựa càng tốt, chẳng hạn như độ bền kéo, tính chất ôm nhiệt độ thấp, khả năng chống nứt căng thẳng môi trường, v.v., nhưng hiệu suất xử lý giảm dần.

Ngoài các tham số trên, kích thước của phân tử PE có thể được biểu thị bằng tốc độ dòng chảy (MFR) để minh họa gián tiếp kích thước của khối lượng phân tử tương đối, MFR càng nhỏ, khối lượng phân tử tương đối càng cao và ngược lại, và ngược lại Khối lượng phân tử tương đối càng thấp. Đối với LDPE, MFR là 20 ~ 50 g/10 phút, đối với HDPE 4 ~ 15 g/10 phút và cho LLDPE 3 ~ 10 g/10 phút.

Đối với LDPE, MFR và hình ảnh khối lượng phân tử tương đối trung bình có mối quan hệ gần đúng sau:

Kích thước của khối lượng phân tử tương đối và phân phối của nó đóng một vai trò quan trọng đối với khả năng sử dụng và hiệu suất xử lý của nhựa, mối quan hệ trên chỉ minh họa ảnh hưởng của kích thước của phân tử polymer đối với hiệu suất xử lý, bởi vì mức độ của MFR là một Số lượng đặc trưng cho kích thước của độ nhớt tan chảy, đó là thước đo tính lưu động xử lý, và cũng có mối quan hệ gần đúng sau giữa MFR và độ nhớt rõ ràng () của sự tan chảy:

HDPE do MFR thấp hơn, nhiều hơn độ nhớt (một thước đo tương đối của khối lượng phân tử tương đối) được biểu thị. PE công nghiệp hòa tan trong tetrahydronaphthalene hoặc decahydronaphthalene, phần khối của nó trong dung dịch: C là 0,5%, mật độ cao và mật độ thấp được đo ở 120 ℃ 75 [η ']

trong đó η0 là độ nhớt dung môi, PA-S.

Trên thực tế, MFR không phản ánh sự phân bố khối lượng phân tử tương đối, trên thực tế, sự phân bố khối lượng phân tử tương đối có ảnh hưởng lớn đến tính lưu động của nó, vì sự phân bố khối phân tử tương đối mở rộng, độ trôi chảy của sự tan chảy, trong đó phần khối phân tử tương đối thấp tương đương với Các chất dẻo của khối lượng phân tử tương đối cao PE. Đối với PE với cùng một khối lượng phân tử tương đối trung bình, PE với phân phối rộng hơn có khả năng chảy tốt hơn. Ngoài ra, mật độ của PE cũng có ảnh hưởng lớn đến độ nhớt của sự tan chảy, mật độ nhỏ, độ nhớt cũng nhỏ. Do đó, tốc độ dòng tan chảy MFR không phù hợp để đánh giá khối lượng phân tử tương đối của PE với mật độ khác nhau. Nói tóm lại, khối lượng phân tử tương đối của sự phân bố LDPE nhỏ, rộng là thuận lợi cho tính lưu động của nó, nhưng hầu hết các tính chất ứng dụng, đặc biệt là các tính chất cơ học là không thuận lợi, do đó, khối lượng phân tử tương đối của PE và các thông số cấu trúc khác của nó PE giống như PE là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hiệu suất cuối cùng của PE.