聚乙烯

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聚乙烯(Polyethylene,PE)

目录

什么是聚乙烯[1]

  聚乙烯是以乙烯为原料经催化剂催化聚合而得的一种化合物。

聚乙烯的种类及其性能特点[2]

  聚乙烯有很多种类,按工业化年代来分有:最早工业化生产的第一代聚乙烯(高压法聚乙烯),这是由炼油厂中的热裂化和催化裂化生成的石油气体,经精馏塔提炼出纯度达99.999%的乙烯,在150~200MPa的高压下聚合而成的、密度为0.91~0.925g/cm3的低密度聚乙烯(LDPE);第二代聚乙烯是低压法聚合而成的高密度聚乙烯(HDPE);1977年工业生产了性能上具有不少特色的线性低密度聚乙烯(LLDPE);1984年工业化的、用茂金属为催化剂聚合而成茂金属聚乙烯(mPE)。此外,还有超低密度聚乙烯(VLDPE)、超高分子量聚乙烯(UHMWPE)。

  1.LDPE

  LDPE的性能特点如下:

  1)LDPE是无色、无臭、无味、无毒的热塑性结晶性(结晶度55%~65%)聚合物,熔点为105~126℃。

  2)LDPE是非极性塑料,易带静电,其体积电阻率达1016Ω·cm,电绝缘性优,表面能低,表面张力为3.1×10 − 4N/cm,因此印刷、涂装前应预先进行电晕处理,以提高表面能。

  3)LDPE透明性好、耐寒性好,脆化温度为-80~-55℃。

  4)LDPE有良好的热封性,是复合薄膜良好的内封层材料。

  5)LDPE的热分解温度是315℃。LDPE易燃,氧指数为17.5。

  说明:氧指数21以下属易燃材料,21~27属难燃材料,>27的为不燃材料。

  6)LDPE有良好的阻湿性,而透气性大,是良好的干燥食品的包装材料

  2.HDPE

  HDPE的性能特点有许多与LDPE相同,如:易燃,燃烧时有烧滴现象;良好的耐寒性;无臭、无色、无味、无毒;表面能低,阻湿性好,但透气性大;是结晶性聚合物(结晶度为75%~90%);HDPE电绝缘性优,体积电阻率达1017Ω·cm。

  HDPE的突出特点是韧性好,强度大。尤其是MI<1g/10min、相对分子质量高的HDPE,在应力开裂性得到改善后,常用作长距离输送石油和天然气的管道材料。但HDPE的透明性不如LDPE,其薄膜呈半透明状,密度为0.941~0.970g/cm3

  3.MDPE

  MDPE是中密度聚乙烯,其密度为0.925~0.940g/cm3,其性能处于LDPE和HDPE之间。聚乙烯随密度的提高,结晶度增加,各种物理机械性能提高,熔点提高。

  4.LLDPE

  LLDPE是20世纪70年代工业化生产的聚乙烯,其密度虽在0.914-0.931g/cm3的低密度范围内,但具有不少有价值的特性。

  1)LLDPE的熔体粘度与温度的依存关系较小,而与剪切速率有很大的关系,而且LLDPE的熔体粘度是LDPE同一温度下的10倍以上。因此,要降低LLDPE的熔体粘度以完成成型,不是用提高温度的方法,而是通过提高剪切速率,即使用提高成型速度的方法来完成熔体加工成型。由于LLDPE的熔体粘度大,因此成型机械的动力大。例如:用65mm直径的螺杆加工LDPE时,需要15~20kW的电动机,但在加工LLDPE时,需要50kW的电动机。螺杆必须是专门设计的混炼型螺杆,以满足快速塑化的要求。

  2)LLDPE的另一个特性是具有似离子型聚合物的性能,即像离子型聚合物那样具有极好的夹杂物热封性,故即使在LLDPE表面有油污灰尘,仍旧能热封制袋且热封可靠,防止被包装商品漏出。

  此外,LLDPE还有比LDPE高的拉伸强度和冲击强度,脆化温度比LDPE低20~30℃,耐环境应力开裂性比LDPE高1000倍。因此,HDPE煤气管道的材料是LLDPE(用来改善HDPE耐环境应力开裂性)和HDPE的共混物(煤气管道用HDPE要求1000h的耐环境应力开裂性)。LLDPE的粘弹性比其它聚乙烯好,因此,LLDPE是缠绕包装膜的主要材料。

  5.VLDPE

  超低密度聚乙烯(Very Low-Density Polyethylene,VLDPE)的密度比LDPE低。密度低则单位质量所得到包装面积或包装体积(称得率,Yield)就大,成本就低。此外,VLDPE同LLDPE一样,耐环境应力开裂性优,低温冲击强度高,且与LDPE一样,是优良的包装热封层材料。

  6.UHMWPE

  聚合度大于3.7×104,相对分子质量超过1.5×106,叫超高分子量聚乙烯(Ultrahigh Molecular Weight PE,UHMWPE)。其性能特点是熔融指数(Melting Index,MI)几乎是零,即使熔融也不流动。因此,它的成型只能用粉末冶金的方法——烧结成型法。UHMWPE有突出的耐摩擦性,具自润滑性,噪声阻尼性极好。它还有突出的耐低温冲击性,电绝缘性极好(体积电阻率达1016-1017Ω·cm),耐高温蠕变性好,有卓越的耐化学药品性,耐环境应力开裂性可达2000h,是PE中最好的。经过改性,UHMWPE现在也可以通过挤出、压制成型。

  7.mPE

  茂金属聚乙烯是最新开发的一种聚乙烯,称mPE。它是在二茂基氯锆催化剂下聚合而成的,同传统的Ziegler-Natta催化剂聚合不同,对mPE的相对分子质量、相对分子质量分布、立体规整结构、共聚单体含量及分布都可以精确地控制,因而mPE有优异的性能。mPE同LLDPE一样,有良好的夹杂物热封性;透明性优;熔体粘度高。但是mPE熔体粘度的降低既可以通过提高温度,也可以通过提高剪切速率来达到,因此较LLDPE易成型。mPE的强韧性比LLDPE好,耐环境应力开裂性优,同其它聚烯烃(如PE、PP等)的相容性好。

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参考文献

  1. 第四章 石油化工 石油和石化工业概述.中国石化出版社,2010.07.
  2. 周祥兴编著.第二章 聚烯烃包装制品的配方 500种包装塑料和500种塑料工业制品配方.机械工业出版社,2008.6.
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