PE性能、用途及聚合的原理方法

PE性能、用途及聚合的原理方法概述是由乙烯經(jīng)聚合制得的一種熱塑性樹脂。在工業(yè)上，也包括乙烯與少量α－烯烴的共聚物。無臭，無毒,手感似蠟,具有優(yōu)良的耐低溫性能(最低使用溫度可達-70～-100℃)化學穩(wěn)定性好,能耐大多數(shù)酸堿的侵蝕(不耐具有氧化性質(zhì)的酸),常溫下不溶于一般溶劑,吸水性小,電絕緣性能優(yōu)良結(jié)構(gòu)最簡單的高分子，通用合成樹脂中產(chǎn)量最大的品種，也是應用最廣泛的高分子材料。結(jié)構(gòu)單體為乙烯。經(jīng)加聚反應聚合而得聚乙烯碳原子為鋸齒形排列，所有原子均以σ鍵相連實際上是沿-C-C-主鏈還存在有長度為1—8個碳原子的短支鏈，n值約大于400甚至高達50000以上。聚乙烯事故稍具柔軟性的部分結(jié)晶固體物。其結(jié)晶相區(qū)與無定形相區(qū)的比例不同導致其密度由差異，因而對其物理機械性能產(chǎn)生重要的影響。此外平均分子量以及分子分布也產(chǎn)生影響。根據(jù)計算純結(jié)晶聚乙烯其密度約為1.0g/cm3，而純無定形聚乙烯的密度則約為0.855g/cm3。工業(yè)生產(chǎn)的聚乙烯樹脂相對密度則在0.915-0.970范圍之間PE材料的理化性質(zhì)物理性質(zhì)聚乙烯為白色蠟狀半透明材料，柔而韌，比水輕，無毒，具有優(yōu)越的介電性能。易燃燒且離火后繼續(xù)燃燒。透水率低，對有機蒸汽透過率則較大。聚乙烯的透明度隨結(jié)晶度增加而下降在一定結(jié)晶度下，透明度隨分子量增大而提高。高密度聚乙烯熔點范圍為132-135oC，低密度聚乙烯熔點較低（112oC）且范圍寬。常溫下不溶于任何已知溶劑中，70oC以上可少量溶解于甲苯、乙酸戊酯、三氯乙烯等溶劑中?；瘜W性質(zhì)化學穩(wěn)定性優(yōu)越，室溫下耐鹽酸、氫氟酸、磷酸、甲酸、胺類、氫氧化鈉、氫氧化鉀等各種化學物質(zhì)。但是硝酸和硫酸對聚乙烯有較強的破壞作用。聚乙烯容易光氧化、熱氧化、臭氧分解，在紫外線作用下容易發(fā)生降解，碳黑對聚乙烯有優(yōu)異的光屏蔽作用。受輻射后可發(fā)生交聯(lián)、斷鏈、形成不飽和基團等反映。分類目前工業(yè)生產(chǎn)的聚乙烯樹脂相對密度課分為以下類型產(chǎn)品。1.高壓、低密度聚乙烯（LDPE）包括密度為0.915-0.930g/cm3的均聚物和含有少量機型集團的由乙烯和醋酸乙烯酯、丙烯酸乙酯共聚得到的共聚物。均聚物分子中含有1-8個碳原子（多數(shù)為4個碳原子）或更長的支鏈。

低密度聚乙烯（LDPE）低密度聚乙烯通常以微量氧或有機過氧化合物為引發(fā)劑在1500~3000㎏/cm2壓力下，溫度為180℃時，在反應器中聚合成低密度聚乙烯。由于高壓聚乙烯屬于自由基型聚合機理，突出特點是反應溫度高于一般自由基聚合，因此高壓聚乙烯帶有較多支鏈，結(jié)晶度相對較低，并且由于支鏈存在，分子堆砌不緊密，使得密度較低，產(chǎn)品的軟化溫度、剛性、硬度均比較低。低密度聚乙烯度聚乙烯（LDPE）是一種塑料材料，它適合熱塑性成型加工的各種成型工藝，成型加工性好。LDPE主要用途是作薄膜產(chǎn)品，還用于注塑制品，醫(yī)療器具，藥品和食品包裝材料，吹塑中空成型制品等高密度聚乙烯高密度聚乙烯（HighDensityPolyethylene，簡稱為“HDPE”），是一種結(jié)晶度高、非極性的熱塑性樹脂。原態(tài)HDPE的外表呈乳白色，在微薄截面呈一定程度的半透明狀。PE具有優(yōu)良的耐大多數(shù)生活和工業(yè)用化學品的特性。某些種類的化學品會產(chǎn)生化學腐蝕，例如腐蝕性氧化劑（濃硝酸），芳香烴（二甲苯）和鹵化烴（四氯化碳）。該聚合物不吸濕并具有好的防水蒸汽性，可用于包裝用途。HDPE具有很好的電性能，特別是絕緣介電強度高，使其很適用于電線電纜。中到高分子量等級具有極好的抗沖擊性，在常溫甚至在-40F低溫度下均如此。生產(chǎn)工藝

分為高壓法、低壓法、中壓法三種。高壓法用來生產(chǎn)低密度聚乙烯，這種方法開發(fā)得早，用此法生產(chǎn)的聚乙烯至今約占聚乙烯總產(chǎn)量的2/3,但隨著生產(chǎn)技術(shù)和催化劑的發(fā)展，其增長速度已大大落后于低壓法。低壓法就其實施方法來說，有淤漿法、溶液法和氣相法。淤漿法主要用于生產(chǎn)高密度聚乙烯，而溶液法和氣相法不僅可以生產(chǎn)高密度聚乙烯，還可通過加共聚單體，生產(chǎn)中、低密度聚乙烯，也稱為線型低密度聚乙烯。近年來，各種低壓法工藝發(fā)展很快。中壓法僅菲利浦公司至今仍在采用，生產(chǎn)的主要是高密度聚乙烯。

低壓法分淤漿法、溶液法和氣相法三種，除溶液法外，聚合壓力都在2MPa以下。一般步驟有催化劑的配制、乙烯聚合、聚合物的分離和造粒等。①淤漿法生成的聚乙烯不溶于溶劑而呈淤漿狀。淤漿法聚合條件溫和，易于操作，常用烷基鋁作活化劑，氫氣作分子量調(diào)節(jié)劑，多采用釜式反應器。由聚合釜出來的聚合物淤漿經(jīng)閃蒸釜、氣液分離器到粉料干燥機，然后去造粒。生產(chǎn)過程中還包括溶劑回收、溶劑精制等步驟。采用不同的聚合釜串聯(lián)或并聯(lián)的組合方式，可以得到不同分子量分布的產(chǎn)品。

②溶液法聚合在溶劑中進行，但乙烯和聚乙烯均溶于溶劑中,反應體系為均相溶液。反應溫度(≥140℃)、壓力(4～5MPa)較高。特點是聚合時間短，生產(chǎn)強度大，可兼產(chǎn)高、中、低三種密度的聚乙烯，能較好地控制產(chǎn)品的性質(zhì)；但溶液法所得聚合物分子量較低，分子量分布窄，固體物含量較低。

③氣相法乙烯在氣態(tài)下聚合,一般采用流化床反應器。催化劑有鉻系和鈦系兩種，由貯罐定量加入到床層內(nèi)，用高速乙烯循環(huán)以維持床層流態(tài)化，并排除聚合反應熱。生成的聚乙烯從反應器底部出料。反應器的壓力約2MPa，溫度85～100℃。氣相法是生產(chǎn)線型低密度聚乙烯最主要的方法，氣相法省去了溶劑回收和聚合物干燥等工序，且比溶液法節(jié)省投資15％和操作成本10％。為傳統(tǒng)高壓法投資的30％,操作費的1/6。因而得到了迅速發(fā)展。但氣相法在產(chǎn)品質(zhì)量及品種上有待進一步改進。產(chǎn)品性能

(1)結(jié)晶性能聚乙烯是結(jié)晶性聚合物不同密度的聚乙烯結(jié)晶度也不相同。結(jié)晶度與密度呈線性關(guān)系，它們對聚乙烯的許多性能有顯著影響。鑒于聚乙烯短支鏈的存在會干擾主鏈的結(jié)晶，因此增加短支鏈就會破壞結(jié)晶和降低密度。均聚的高密度聚乙烯含有極少的短支鏈，所以它的結(jié)晶度高，密度也高。LLDPE與HDPE雖同屬線型聚乙烯，但LLDPE完全是乙烯與α-烯烴共聚而成的。由于LLDPE所含的共聚單體比高密度的共聚物多，因而LLDPE的線型主鏈上有很多的短支鏈，致使其結(jié)晶度和密度都低；再因其短支鏈的類別和數(shù)目是隨不同的共聚單體而異，若共聚單體的碳原子數(shù)多，在共聚物中含量也多，則該共聚物的密度下降也大。（2

)熱性能聚乙烯受熱以后，隨著溫度的升高，結(jié)晶部分逐漸減少，當結(jié)晶部分完全消失時，聚乙烯就融化，此時的溫度即為熔點。聚乙烯的密度升高，結(jié)晶度升高，其熔點也隨之升高，所以密度不同的聚乙烯，其熔點也不同。

LLDPE的熔點為120-125℃，介于HP-LDPE與HDPE之間。不同共聚單體的LLDPE，其熔點高低隨其共聚單體的碳原子的增減而變動，碳原子數(shù)增多熔點升高。由于LLDPE的熔點比HP-LDPE高，故其模型制品可在較高溫度下脫模，而且又快又干凈。因LLDPE的熔點范圍比HP-LDPE窄，故LLDPE的薄膜熱封性能好，熱合強度也高。

聚乙烯在溫度升高時的流動性和在增加荷重時的變化，主要受分子量的影響。由于測定聚乙烯的熔體流動速率比測定分子量容易，因而通常以熔體指數(shù)(MI)，或熔體流動指數(shù)(MFI)來表示聚乙烯的分子量特性。在熔融狀態(tài)下，聚乙烯的熔體粘度是分子量的函數(shù)，它隨分子量的增高而加大。當分子量相同時，溫度升高則熔體粘度降低。在常溫下聚乙烯隨密度的不同而有不同的柔韌性。在低溫下聚乙烯自然具有良好的柔韌性，其脆析溫度較低，這與其分子量有關(guān)。當聚乙烯的分子量增高時，其脆化溫度下降，其極限值為-140℃

在分子量相同的情況下，線型結(jié)構(gòu)的LLDPE與HDPE的熔體粘度要比非線型結(jié)構(gòu)的HP-LDPE大。在熔體指數(shù)相同的情況下，HP-LDPE的熔體粘度明顯低于LLDPE和HDPE，因此，前者加工時的熔體流動性明顯好于后兩者，螺桿負荷小，發(fā)熱量也小。(3)熱氧老化和光氧老化性能聚乙烯由于其分子結(jié)構(gòu)上和聚合物中所含的微量雜質(zhì)等內(nèi)因，以及受大氣環(huán)境和成型加工條件等外因的影響，會產(chǎn)生熱氧老化和光氧老化。這些老化反應按自由基鍵式反應機理進行，結(jié)果導致聚乙烯發(fā)生降解反應為主的不可逆的化學反應，而使其性能變壞乃至完全失去使用價值。

聚乙烯在氧氣的存在下受熱時易發(fā)生熱氧老化作用，這種熱氧老化過程具有自動催化效應，因此當升高溫度時，氧化加速進行，它可使聚乙烯的電絕緣性能變壞。此外，ESCR、伸長率等性能也會降低，并且脆性增加，嚴重時還會發(fā)生特臭氣味。氧化作用的影響與受熱時間長短有關(guān)，例如將高密度聚乙烯制成的容器經(jīng)短時間受熱，其使用價值并無任何降低，如果將其制成的電纜在60℃長時間受熱，則其電絕緣性能會顯著降低

聚乙烯受日光中紫外線的照射和空氣中氧的作用，使其分子中的羰基含量增加而發(fā)生光氧老化作用，這種光氧老化作用是在常溫下進行的，它可使聚乙烯分子解聚，并生成一部分支鏈體型結(jié)構(gòu)。因此，為了防止或減慢光氧老化的作用，應在聚乙烯中添加具有遮蔽光作用的穩(wěn)定劑，如炭黑或紫外線吸收劑。聚乙烯在受熱成型加工過程中，特別是與大量空氣接觸的情況下，例如壓延過程中或擠出、注射成型時，由于受熱氧化而使聚乙烯的機械性能降低，加了抗氧化劑后雖可部分防止，但仍不能完全避免，因此改進聚合工藝及成型加工方法，以及采用改性的方法，可提高聚乙烯受外因作用的穩(wěn)定性。(4)聚乙烯的介電性能純的聚乙烯不含極性基因，因此具有良好的介電性能。聚乙烯的分子量對其介電性能不發(fā)生影響，但聚乙烯中若含有雜質(zhì)，如催化劑、金屬灰分及分子中存在極性基團(羥基、羰基)等，則對其介電性能如介電常數(shù)、介電耗損(介電損耗角正切)等會發(fā)生不良影響。PE材料應用

低密度聚乙烯總產(chǎn)量的一半以上經(jīng)吹塑制成薄膜,這種薄膜有良好的透明性和一定的抗拉強度,廣泛用作各種食品、衣物、醫(yī)藥、化肥、工業(yè)品的包裝材料以及農(nóng)用薄膜(見彩圖)。也可用擠出法加工成復合薄膜用于包裝重物。薄膜1975年以來，高密度聚乙烯薄膜也得到發(fā)展，它的強度高、耐低溫、防潮，并有良好的印刷性和可加工性。線型低密度聚乙烯的最大用途也是制成薄膜，其強度、韌性均優(yōu)于低密度聚乙烯，耐刺穿性和剛性也較好，透明性雖較差，仍稍優(yōu)于高密度聚乙烯。此外，還可以在紙、鋁箔或其他塑料薄膜上擠出涂布聚乙烯涂層，制成高分子復合材料。中空制品管板材擠出法可生產(chǎn)聚乙烯管材，高密度聚乙烯管強度較高，適于地下鋪設(shè)。擠出的板材可進行二次加工。也可用發(fā)泡擠出和發(fā)泡注射法將高密度聚乙烯制成低泡沫塑料，作臺板和建筑材料高密度聚乙烯強度較高，適宜作真空制品。可用吹塑法制成瓶、桶、罐、槽等容器，或用澆鑄法制成槽車罐和貯罐等大型容器纖維中國稱為乙綸，一般采用低壓聚乙烯作原料，紡制成合成纖維。乙綸主要用于生產(chǎn)漁網(wǎng)和繩索，或紡成短纖維后用作絮片，也可用于工業(yè)耐酸堿織物。目前已研制出超高強度聚乙烯纖維（強度可達3～4GPa）,可用作防彈背心，汽車和海上作業(yè)用的復