塑料科普之-聚乙烯Polyethylene(PE)

2019-08-12

聚乙烯-Polyethylene(PE)

 

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聚乙烯(PE)是当今世界用量最多的一种塑料。也是日常生活中最常见的高分子材料之一,大量用于制造塑料袋,塑料薄膜,牛奶桶等产品。

聚乙烯是结构最简单的高分子,结构是重复的–CH2–单元。由乙烯单体(CH2=CH2)加聚而成。聚乙烯的性能取决于它的聚合方式。在中低等压力(15-30大气压),有机化合物催化条件下,进行Ziegler-Natta阴离子聚合生成高密度聚乙烯(HDPE)。这种条件下聚合的聚乙烯分子是线性的,且分子链很长,分子量高达几十万。如果是在高压力(100-300MPa),高温(190–210°C),过氧化物催化条件下,进行自由基聚合反应,生成低密度聚乙烯(LDPE),它是支化结构的。

聚乙烯的种类

(1) LDPE(Low Density Polyethylene):低密度聚乙烯、高压聚乙烯
(2) LLDPE(Linear Low Density Polyethylene):线形低密度聚乙烯
(3) MDPE(Medium Density Polyethylene):中密度聚乙烯、双峰树脂
(4) HDPE( High Density Polyethylene):高密度聚乙烯、低压聚乙烯
(5) UHMWPE(ultra-high molecular weight polyethylene):超高分子量聚乙烯。分子量高达3,000,000-6,000,000的线性聚乙烯。超高分子量聚乙烯的强度非常高,可以用来做防弹衣。
(6)改性聚乙烯:CPE、交联聚乙烯(PEX)
(7)乙烯共聚物:乙烯-丙烯共聚物(塑料)、EVA、乙烯-丁烯共聚物、乙烯-其它烯烃(如辛烯POE、环烯烃)的共聚物、乙烯-不饱和酯共聚物(EAA、 EMAA 、EEA、EMA、EMMA、EMAH)

聚乙烯特性

聚乙烯为白色蜡状的半透明材料,柔而韧,比水轻,无毒无臭,手感似蜡,具有优良的耐低温性能(最低使用温度可达-70~-100℃),优越的介电性能,化学稳定性好,室温下能耐大多数酸碱的侵蚀,如:盐酸、氢氟酸、磷酸、甲酸、胺类、氢氧化钠、氢氧化钾等(不耐具有氧化性质的酸,如:硝酸和硫酸等对聚乙烯有较强的破坏作用),常温下不溶于任何已知溶剂,70℃以上可少量溶解于甲苯、乙酸戊酯、三氯乙烯等溶剂中,吸水性小,透水率低,对有机蒸汽透过率则较大。但聚乙烯对于环境应力(化学与机械作用)是很敏感的,耐热老化性差。容易光氧化、热氧化、臭氧分解,在紫外线作用下容易发生降解,碳黑对聚乙烯有优异的光屏蔽作用。受辐射后可发生交联、断链、形成不饱和基团等反应。聚乙烯易燃烧且离火后继续燃烧。

当然,聚乙烯的很多性质因品种和合成方法等而异(聚合压力大小:高压、中压、低压;聚合实施方法: 淤浆法、溶液法 、气相法 ;产品密度大小:高密度、中密度、低密度、线性低密度;产品分子量:低分子量、普通分子量、超高分子量。)主要取决于分子结构和密度。聚乙烯的透明度随结晶度增加而下降。在一定结晶度下,透明度随分子量增大而提高。高密度聚乙烯熔点范围为132-135℃,低密度聚乙烯熔点较低(112℃)且范围宽。

聚乙烯在薄膜状态下可以被认为是透明的,但是在块状存在的时候由于其内部存在大量的晶体,会发生强烈的光散射而不透明。聚乙烯结晶的程度受到其枝链的个数的影响,枝链越多,越难以结晶。聚乙烯的晶体融化温度也受到枝链个数的影响,分布于从90℃到130℃的范围,枝链越多融化温度越低。聚乙烯单晶通常可以通过把高密度聚乙烯在130℃以上的环境中溶于二甲苯中制备。

聚乙烯烯产品用途

高压聚乙烯:一半以上用于薄膜制品,其次是管材、注射成型制品、电线包裹层等
中低、压聚乙烯:以注射成型制品及中空制品为主。
超高压聚乙烯:由于超高分子聚乙烯优异的综合性能,可作为工程塑料使用。

聚乙烯塑料的相对分子质量在10 000以上,根据密度的不同分为高密度聚乙烯、中密度聚乙烯和低密度聚乙烯。低密度聚乙烯较软,多用高压聚合;高密度聚乙烯较硬,多用低压聚合。大量使用的常为低密度(高压)聚乙烯。聚乙烯是当今世界用量最多的一种塑料。聚乙烯为蜡状,有蜡一样的光滑感,不染色时,低密度聚乙烯透明,而高密度聚乙烯不透明,最大用途是在农业大棚、食品袋等方面.它不怕水,也不怕油,抗化学腐蚀性强,且美观实用。

历史

1898年,聚乙烯最早由德国化学家Hans von Pechmann在一次试验事故中合成的。
1933年,ICI Chemicals公司的Eric Fawcett和Reginald Gibson在另外一次试验事故中使用乙烯在高压状态下合成了聚乙烯。
1935年,ICI Chemicals公司的Michael Perrin发明了可控高压聚乙烯合成方法。
1939年,低密度聚乙烯开始使用高压法工业化生产。
1951年,Philips Petroleum公司的化学家Robert Banks 和 John Hogan发明了使用三氧化铬作为催化剂的合成方法。
1953年,德国化学家 Karl Ziegler发明了使用卤化钛作为催化剂的合成方法, 这种催化剂称为齐格勒-纳塔催化剂。
1976年,德国化学家Walter Kaminsky和Hansjörg Sinn发明了金属茂合物催化剂。生产与应用聚乙烯产品通常掺加大量各种添加剂以抗氧化等环境因素破坏。聚乙烯还可以和一些人造橡胶产品混合在一起增加抗冲击能力。

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