โครงสร้างและคุณสมบัติของโพลีเอทิลีน

โพลีเอทิลีน (โพลีเอทิลีนเรียกว่า PE) เป็นเรซินเทอร์โมพลาสติกที่ผลิตโดยพอลิเมอไรเซชันของเอทิลีนโมโนเมอร์ ในอุตสาหกรรมรวมถึงเอทิลีนและโคพอลิเมอร์ A-Olefin จำนวนน้อย Polyethylene ไม่มีกลิ่นไม่เป็นพิษรู้สึกเหมือนขี้ผึ้งที่มีความต้านทานอุณหภูมิต่ำที่ยอดเยี่ยม (อุณหภูมิการใช้งานต่ำสุดสูงถึง -100 ~ -70 ° C) ความเสถียรทางเคมีที่ดีเนื่องจากโมเลกุลโพลีเมอร์ผ่านการเชื่อมต่อพันธะคาร์บอนเดี่ยวสามารถต้านทานการพังทลายของกรดและอัลคาไลส่วนใหญ่ (ไม่ทนต่อคุณสมบัติออกซิไดซ์ของกรด) ไม่ละลายในตัวทำละลายทั่วไปที่อุณหภูมิห้องการดูดซับน้ำต่ำฉนวนไฟฟ้าที่ยอดเยี่ยม

โครงสร้างและคุณสมบัติของโพลีเอทิลีน

1. โครงสร้างของโพลีเอทิลีน

สูตรทั่วไปสำหรับโครงสร้างของโพลีเอทิลีนแต่ละประเภท (PE) สามารถแสดงได้ดังนี้:

องค์ประกอบของมันเป็นเพียงสองอะตอมของคาร์บอนและไฮโดรเจนและมีโครงสร้างที่ง่ายที่สุดและการเชื่อมโยงห่วงโซ่ที่เล็กที่สุดระหว่างพอลิเมอร์คาร์บอนและสารประกอบไฮโดรเจน มันเป็นขี้ผึ้งพาราฟินที่มีมวลโมเลกุลสัมพัทธ์สูงเช่นพอลิเมอร์สายโซ่ยาวไขมัน เนื่องจากเอทิลีนโมเลกุลโมโนเมอร์สมมาตรอย่างสมบูรณ์และทำให้หน่วยโครงสร้าง PE ในโหมดพันธะห่วงโซ่โมเลกุลนั้นเป็นเพียงหนึ่งเดียวเท่านั้น พันธะเดี่ยว CC คือพันธะσการกระจายตัวของเมฆอิเล็กตรอนมีแกนสมมาตรเป็นขั้วที่เล็กที่สุดในสารประกอบพอลิเมอร์โซ่คาร์บอน และจำนวนของความสอดคล้องที่เป็นไปได้มีขนาดใหญ่

แรงของ Van der Waals และแรงพันธะไฮโดรเจนของการทำงานร่วมกันระหว่างโมเลกุลของ PE นั้นเล็กที่สุดพลังงานการทำงานร่วมกันคือ 260J/cm3 โซ่โมเลกุลนั้นนุ่มและง่ายต่อการเปลี่ยนรูปและ macromolecules อื่น ๆ ต่ำกว่า 293 J/CM3 ในฐานะที่เป็นยางมีเพียง PE เท่านั้นที่เป็นข้อยกเว้นซึ่งเป็นของห่วงโซ่ macromolecule ที่ยืดหยุ่นทั่วไป

องค์ประกอบทางเคมี PE และโพลีเอทิลีนความหนาแน่นต่ำเชิงเส้น (LLDPE) ที่มีเงื่อนไขพอลิเมอไรเซชันที่แตกต่างกันมีโพลีเอทิลีนความหนาแน่นสูง (HDPE), โพลีเอทิลีนความหนาแน่นต่ำ (LDPE), ห่วงโซ่หลักมีความยาวต่างกันของกลุ่มด้านข้างที่แตกต่างกัน และแม้แต่พันธบัตรสองประเภทที่แตกต่างกันจำนวนน้อยก็ยังมีกลุ่มคาร์บอนิลและอีเธอร์จำนวนหนึ่งใน LDPE ขนาดของปริมาณที่แตกต่างกันตามขนาดของจำนวนสาขาตามลำดับของ ldpe> lldpe> hdpe, สาขามากขึ้นของความต้านทานต่อการสลายตัวและออกซิเดชันของความสามารถในการเสื่อมสภาพ HDPE มีเพียงไม่กี่สาขาสั้น ๆ คือกรม macromolecules เชิงเส้นโซ่ macromolecular ไม่ได้เชื่อมต่อกับพันธะที่นุ่มและยืดหยุ่น; LDPE เป็น macromolecules เชิงเส้นยาวที่แตกแขนงสั้นกิ่งก้านเพื่อให้ระยะห่างระหว่างโซ่โมเลกุลเพิ่มขึ้น macromolecules ซ้อนกันหลวมความหนาแน่นต่ำผลึกต่ำความหนาแน่นต่ำผลึกต่ำ LDPE เป็น macromolecule เชิงเส้นที่มีโซ่ยาวและระยะสั้น, โซ่กิ่งก้านเพิ่มระยะห่างระหว่างโซ่โมเลกุล macromolecular, macromolecules ถูกซ้อนกันอย่างหลวม ๆ ความหนาแน่นต่ำผลึกต่ำ ความต้านทานความร้อนของ LDPE ต่ำกว่า

การกำหนดค่าของโมเลกุลโพลีเอทิลีน (การจัดเรียงทางเรขาคณิตของอะตอมหรือกลุ่มในพื้นที่ของโมเลกุลขนาดใหญ่ที่ได้รับการแก้ไขโดยพันธะเคมี) เป็นกลุ่มเส้นแบบสุ่มในสถานะอิสระ พันธะคือ 0.154 นาโนเมตรมุมพันธะคือ 109.3 °และระยะห่างของฟันคือ 0.253 นาโนเมตร

ผลึกของโพลีเอทิลีนชนิดต่าง ๆ นั้นแตกต่างกัน LDPE อยู่ที่ประมาณ 65%, HDPE อยู่ที่ประมาณ 80%~ 90%, LLDPE อยู่ที่ประมาณ 65%~ 75% ด้วยการเพิ่มขึ้นของผลึกความหนาแน่นความแข็งแกร่งความแข็งและความแข็งแรงของผลิตภัณฑ์ PE ดีขึ้น แต่คุณสมบัติผลกระทบลดลง พันธุ์โพลีเอทิลีนไม่เพียง แต่ผลึกที่แตกต่างกันรูปแบบการตกผลึกและพารามิเตอร์คริสตัลไม่เหมือนกัน

รูปแบบผลึกของโพลีเอทิลีนรวมถึงผลึกทรงกลมและผลึกเดี่ยว อดีตได้รับหลังจากการหลอมรวมของโพลีเอทิลีนคือมวลรวมผลึกที่ได้จากการเจริญเติบโตของนิวเคลียสกระจายไปในทุกทิศทาง; หลังได้มาจากการระบายความร้อนของสารละลายเจือจางของโพลีเอทิลีน ตารางที่ 1-2 แสดงผลึกของ PE ที่ได้จากวิธีการต่าง ๆ

ความหนาแน่นของ PE นั้นเกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับ Crystallinity XC และความสัมพันธ์ระหว่างทั้งสองคือ:

โดยที่ d คือความหนาแน่นที่วัดได้ของตัวอย่าง; D1 และ D2 เป็นความหนาแน่นของ PE ที่ตกผลึกอย่างเต็มที่และเป็นอสัณฐานอย่างเต็มที่ตามลำดับ โดยทั่วไปความหนาแน่นของเฟสผลึกของ PE ที่ไม่ได้รับการรับรองคือ 1.014 g/cm3 และความหนาแน่นของเฟสอสัณฐานคือ 0.84 g/cm3 ที่ 25 ℃

สมการนี้สันนิษฐานว่าความหนาแน่นของเฟสผลึกและอสัณฐานในพอลิเมอร์ที่ตกผลึกบางส่วน (เช่นตัวอย่างที่จะทดสอบ) มีค่าเท่ากับความหนาแน่นของผลึกอย่างเต็มที่และเฟสอสัณฐานอย่างเต็มที่ตามลำดับ ในความเป็นจริงมันเป็นไปไม่ได้ที่ PE ใด ๆ จะเป็นผลึก 100% หรืออสัณฐานอย่างสมบูรณ์

มวลโมเลกุลสัมพัทธ์ของ PE มักจะอธิบายโดยระดับเฉลี่ยของการเกิดพอลิเมอไรเซชัน (ภาพ) น้ำหนักเฉลี่ยโมเลกุลสัมพัทธ์ (ภาพ) หรือจำนวนมวลโมเลกุลเฉลี่ย (ภาพ) และการกระจายของมวลโมเลกุลสัมพัทธ์จะแสดงโดยเส้นโค้งการกระจาย และดัชนีความกว้างการกระจาย (รูปภาพ). มวลโมเลกุลสัมพัทธ์ของ PE และการกระจายของมันมีผลต่อประสิทธิภาพเช่นเดียวกับระดับของการแตกแขนง PE และระดับของความไม่อิ่มตัว เนื่องจากวิธีการโพลีเมอไรเซชันที่แตกต่างกันและสภาวะการทำงานมวลโมเลกุลสัมพัทธ์สามารถเปลี่ยนแปลงได้ในช่วงกว้างเช่นจากมวลโมเลกุลสัมพัทธ์ที่สำคัญ 10,000 ถึงหมื่นคนหลายแสนหรือแม้แต่ล้าน การกระจายมวลโมเลกุลสัมพัทธ์ยังแตกต่างกันไปตามเงื่อนไขการเกิดพอลิเมอไรเซชันที่แตกต่างกันโดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับ PE แรงดันต่ำที่มีตัวเร่งปฏิกิริยา Ziegler ผู้ให้บริการการกระจายมวลโมเลกุลสัมพัทธ์อาจมาจากค่อนข้างแคบถึงกว้าง มวลโมเลกุลสัมพัทธ์ของ PE ธรรมดาคือ 40,000 ~ 120,000 และของ UHMWPE คือ 1,000,000-4,000,000 ยิ่งน้ำหนักโมเลกุลสูงขึ้นเท่าใดคุณสมบัติเชิงกลของเรซิ่นก็จะยิ่งดีขึ้นเช่นความแข็งแรงแรงดึงคุณสมบัติการเยียวยาอุณหภูมิต่ำความต้านทานต่อการแตกร้าวของความเครียดจากสิ่งแวดล้อม ฯลฯ แต่ประสิทธิภาพการประมวลผลลดลง

นอกเหนือจากพารามิเตอร์ข้างต้นขนาดของโมเลกุล PE สามารถแสดงได้โดยอัตราการไหลหลอมละลาย (MFR) เพื่อแสดงขนาดของมวลโมเลกุลสัมพัทธ์ทางอ้อมยิ่งมีขนาดเล็กกว่ามวลโมเลกุลสัมพัทธ์และในทางกลับกัน มวลโมเลกุลสัมพัทธ์ต่ำกว่า สำหรับ LDPE MFR คือ 20 ~ 50 g/10 นาทีสำหรับ HDPE 4 ~ 15 g/10 นาทีและสำหรับ LLDPE 3 ~ 10 g/10 นาที

สำหรับ LDPE, MFR และจำนวนภาพมวลโมเลกุลเฉลี่ยเฉลี่ยมีความสัมพันธ์โดยประมาณดังต่อไปนี้:

ขนาดของมวลโมเลกุลสัมพัทธ์และการกระจายมีบทบาทสำคัญในการใช้งานและประสิทธิภาพการประมวลผลของพลาสติกความสัมพันธ์ข้างต้นแสดงให้เห็นถึงผลกระทบของขนาดของโมเลกุลโพลีเมอร์ต่อประสิทธิภาพการประมวลผลเนื่องจากระดับของ MFR เป็นทางกายภาพ ปริมาณที่กำหนดขนาดของความหนืดหลอมเหลวซึ่งเป็นตัวชี้วัดของการประมวลผลการไหลและยังมีความสัมพันธ์โดยประมาณระหว่าง MFR และความหนืดที่ชัดเจน (η) ของการหลอมละลาย:

HDPE เนื่องจาก MFR ต่ำกว่าความหนืด (การวัดสัมพัทธ์ของมวลโมเลกุลสัมพัทธ์) แสดง PE อุตสาหกรรมละลายใน tetrahydronaphthalene หรือ decahydronaphthalene ส่วนมวลของมันในการแก้ปัญหา: c คือ 0.5%, PE ความหนาแน่นสูงและต่ำถูกวัดที่ 120 ℃ 75 ℃ภายใต้เงื่อนไขของความหนืดของสารละลาย [η ']

โดยที่η0คือความหนืดของตัวทำละลาย Pa-s

MFR ไม่ได้สะท้อนการกระจายมวลโมเลกุลสัมพัทธ์ในความเป็นจริงการกระจายมวลโมเลกุลสัมพัทธ์มีอิทธิพลอย่างมากต่อการไหลของมันเนื่องจากการกระจายมวลโมเลกุลสัมพัทธ์กว้างขึ้น พลาสติไซเซอร์ของมวลโมเลกุลสัมพัทธ์สูง PE สำหรับ PE ที่มีมวลโมเลกุลสัมพัทธ์เฉลี่ยเดียวกัน PE ที่มีการกระจายที่กว้างขึ้นมีความสามารถในการไหลได้ดีขึ้น นอกจากนี้ความหนาแน่นของ PE ยังมีอิทธิพลอย่างมากต่อความหนืดของการละลายความหนาแน่นเล็ก ๆ ความหนืดก็มีขนาดเล็กเช่นกัน ดังนั้นอัตราการไหลเวียนของ MFR ไม่เหมาะสำหรับการประเมินมวลโมเลกุลสัมพัทธ์ของ PE ที่มีความหนาแน่นแตกต่างกัน ในระยะสั้นมวลโมเลกุลสัมพัทธ์ของการกระจายขนาดเล็กขนาดเล็กของ LDPE นั้นเป็นประโยชน์ต่อความลื่นไหลของการประมวลผล แต่คุณสมบัติการใช้งานส่วนใหญ่โดยเฉพาะอย่างยิ่งคุณสมบัติเชิงกลจะไม่เอื้ออำนวยดังนั้นมวลโมเลกุลสัมพัทธ์ของ PE และการกระจายและพารามิเตอร์โครงสร้างอื่น ๆ PE เหมือนกับ PE เป็นปัจจัยสำคัญที่มีผลต่อประสิทธิภาพสุดท้ายของ PE