聚乙烯

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聚乙烯(Polyethylene,PE)

目錄

什麼是聚乙烯[1]

  聚乙烯是以乙烯為原料經催化劑催化聚合而得的一種化合物。

聚乙烯的種類及其性能特點[2]

  聚乙烯有很多種類,按工業化年代來分有:最早工業化生產的第一代聚乙烯(高壓法聚乙烯),這是由煉油廠中的熱裂化和催化裂化生成的石油氣體,經精餾塔提煉出純度達99.999%的乙烯,在150~200MPa的高壓下聚合而成的、密度為0.91~0.925g/cm3的低密度聚乙烯(LDPE);第二代聚乙烯是低壓法聚合而成的高密度聚乙烯(HDPE);1977年工業生產了性能上具有不少特色的線性低密度聚乙烯(LLDPE);1984年工業化的、用茂金屬為催化劑聚合而成茂金屬聚乙烯(mPE)。此外,還有超低密度聚乙烯(VLDPE)、超高分子量聚乙烯(UHMWPE)。

  1.LDPE

  LDPE的性能特點如下:

  1)LDPE是無色、無臭、無味、無毒的熱塑性結晶性(結晶度55%~65%)聚合物,熔點為105~126℃。

  2)LDPE是非極性塑料,易帶靜電,其體積電阻率達1016Ω·cm,電絕緣性優,錶面能低,錶面張力為3.1×10 − 4N/cm,因此印刷、塗裝前應預先進行電暈處理,以提高錶面能。

  3)LDPE透明性好、耐寒性好,脆化溫度為-80~-55℃。

  4)LDPE有良好的熱封性,是複合薄膜良好的內封層材料。

  5)LDPE的熱分解溫度是315℃。LDPE易燃,氧指數為17.5。

  說明:氧指數21以下屬易燃材料,21~27屬難燃材料,>27的為不燃材料。

  6)LDPE有良好的阻濕性,而透氣性大,是良好的乾燥食品的包裝材料

  2.HDPE

  HDPE的性能特點有許多與LDPE相同,如:易燃,燃燒時有燒滴現象;良好的耐寒性;無臭、無色、無味、無毒;錶面能低,阻濕性好,但透氣性大;是結晶性聚合物(結晶度為75%~90%);HDPE電絕緣性優,體積電阻率達1017Ω·cm。

  HDPE的突出特點是韌性好,強度大。尤其是MI<1g/10min、相對分子質量高的HDPE,在應力開裂性得到改善後,常用作長距離輸送石油和天然氣的管道材料。但HDPE的透明性不如LDPE,其薄膜呈半透明狀,密度為0.941~0.970g/cm3

  3.MDPE

  MDPE是中密度聚乙烯,其密度為0.925~0.940g/cm3,其性能處於LDPE和HDPE之間。聚乙烯隨密度的提高,結晶度增加,各種物理機械性能提高,熔點提高。

  4.LLDPE

  LLDPE是20世紀70年代工業化生產的聚乙烯,其密度雖在0.914-0.931g/cm3的低密度範圍內,但具有不少有價值的特性。

  1)LLDPE的熔體粘度與溫度的依存關係較小,而與剪切速率有很大的關係,而且LLDPE的熔體粘度是LDPE同一溫度下的10倍以上。因此,要降低LLDPE的熔體粘度以完成成型,不是用提高溫度的方法,而是通過提高剪切速率,即使用提高成型速度的方法來完成熔體加工成型。由於LLDPE的熔體粘度大,因此成型機械的動力大。例如:用65mm直徑的螺桿加工LDPE時,需要15~20kW的電動機,但在加工LLDPE時,需要50kW的電動機。螺桿必須是專門設計的混煉型螺桿,以滿足快速塑化的要求。

  2)LLDPE的另一個特性是具有似離子型聚合物的性能,即像離子型聚合物那樣具有極好的夾雜物熱封性,故即使在LLDPE錶面有油污灰塵,仍舊能熱封制袋且熱封可靠,防止被包裝商品漏出。

  此外,LLDPE還有比LDPE高的拉伸強度和衝擊強度,脆化溫度比LDPE低20~30℃,耐環境應力開裂性比LDPE高1000倍。因此,HDPE煤氣管道的材料是LLDPE(用來改善HDPE耐環境應力開裂性)和HDPE的共混物(煤氣管道用HDPE要求1000h的耐環境應力開裂性)。LLDPE的粘彈性比其它聚乙烯好,因此,LLDPE是纏繞包裝膜的主要材料。

  5.VLDPE

  超低密度聚乙烯(Very Low-Density Polyethylene,VLDPE)的密度比LDPE低。密度低則單位質量所得到包裝面積或包裝體積(稱得率,Yield)就大,成本就低。此外,VLDPE同LLDPE一樣,耐環境應力開裂性優,低溫衝擊強度高,且與LDPE一樣,是優良的包裝熱封層材料。

  6.UHMWPE

  聚合度大於3.7×104,相對分子質量超過1.5×106,叫超高分子量聚乙烯(Ultrahigh Molecular Weight PE,UHMWPE)。其性能特點是熔融指數(Melting Index,MI)幾乎是零,即使熔融也不流動。因此,它的成型只能用粉末冶金的方法——燒結成型法。UHMWPE有突出的耐摩擦性,具自潤滑性,雜訊阻尼性極好。它還有突出的耐低溫衝擊性,電絕緣性極好(體積電阻率達1016-1017Ω·cm),耐高溫蠕變性好,有卓越的耐化學藥品性,耐環境應力開裂性可達2000h,是PE中最好的。經過改性,UHMWPE現在也可以通過擠出、壓製成型。

  7.mPE

  茂金屬聚乙烯是最新開發的一種聚乙烯,稱mPE。它是在二茂基氯鋯催化劑下聚合而成的,同傳統的Ziegler-Natta催化劑聚合不同,對mPE的相對分子質量、相對分子質量分佈、立體規整結構、共聚單體含量及分佈都可以精確地控制,因而mPE有優異的性能。mPE同LLDPE一樣,有良好的夾雜物熱封性;透明性優;熔體粘度高。但是mPE熔體粘度的降低既可以通過提高溫度,也可以通過提高剪切速率來達到,因此較LLDPE易成型。mPE的強韌性比LLDPE好,耐環境應力開裂性優,同其它聚烯烴(如PE、PP等)的相容性好。

相關條目

參考文獻

  1. 第四章 石油化工 石油和石化工業概述.中國石化出版社,2010.07.
  2. 周祥興編著.第二章 聚烯烴包裝製品的配方 500種包裝塑料和500種塑料工業製品配方.機械工業出版社,2008.6.
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