相對分子質(zhì)量、共聚以及成型加工條件等對PE的結(jié)晶均有影響。UHM-WPE的相對分子質(zhì)量過大致使結(jié)晶困難,盡管支化程度小呈線型結(jié)構(gòu),但其結(jié)晶度低于HDPE。乙烯與其他單體共聚后,由于大分子的支化增多,結(jié)晶能力大為降低。成型加工中采用快速冷卻可大大降低PE的結(jié)晶度,生產(chǎn)中常用此法來提高
注塑加工產(chǎn)品的透明度。
PE的分子結(jié)構(gòu)主要與聚合方法、條件和所使用的催化劑類型有關(guān),聚集態(tài)結(jié)構(gòu)不僅與聚合過程有關(guān),而且還取決于成型加工條件。PE的化學結(jié)構(gòu)、結(jié)晶性、相對分子質(zhì)量絕對其性能的三個重要方面。從化學組成看,PE是碳氫化合物,屬于高分子長鏈脂肪烴,為非極性聚合物,分子間作用力小,力學強度較低,易燃。
PE的結(jié)晶受分子鏈支化度的影響,隨著支化度的增加,降低了大分子鏈的規(guī)整性和對稱性,結(jié)晶能力隨之降低。高度支化的PE結(jié)晶度低,分子堆砌不緊密,因而密度也小。從這個意義上說,密度可作為支化度的一個量度,也是結(jié)晶度的一個表征。如高度支化的PE為LDPE,結(jié)晶度為60%左右,支化度更高的LDPE的結(jié)晶度僅為40%,而支化度較低的PE為HDPE,結(jié)晶度為80%-95%,LLDPE的支化度介于LDPE與HDPE之間,其結(jié)晶度為65%-75%。
根據(jù)紅外光譜和可磁共振的研究結(jié)果表明,PE是由支化的碳氫長鏈構(gòu)成,不同類型的PE分子中所含支鏈差異很大。LDPE分子鏈中大約每1000個碳原子有50個或更多一些側(cè)基,而且還存在著長支鏈,這是在聚合過程中由鏈轉(zhuǎn)移反應造成的。有些支鏈甚至可以達到主鏈的長度,以后的鏈轉(zhuǎn)移反應還可以在支鏈上發(fā)生,使支鏈像主鏈一樣也發(fā)生支化,因而LDPE的分子形態(tài)常被描繪程樹枝狀。
HDPE大分子鏈上側(cè)基較少,每1000個原子約有5個或更少的側(cè)基。LLDPE大分子鏈上具有較多的短支鏈,幾乎沒有長支鏈。因而HDPE和LLDPE大分子鏈為線型結(jié)構(gòu)。PE分子主鏈上不但有不同數(shù)量和長度的支鏈結(jié)構(gòu),而且分子鏈中還存在著雙鍵結(jié)構(gòu)。不同類型的PE分子鏈中所含雙鍵數(shù)目和類型也有所不同。這些雙鍵結(jié)構(gòu)和聚合過程中殘留在樹脂中的極少量催化劑對PE的電性能和老化性能有不良影響。
漿液法生產(chǎn)工藝簡單,操作條件要求較低,容易投產(chǎn)。采用不同的催化劑種類和濃度,改變AI/Ti比可制得不同性能的HDPE樹脂。也可根據(jù)用戶的需要在后處理過程中加入不同的塑料助劑,制得不同用途的粒料。PE聚合技術(shù)的發(fā)展主要歸于催化劑的改進,目前用于生產(chǎn)HDPE一類產(chǎn)物的催化劑大致有三類:鈦基催化劑、鉻基催化劑和茂金屬催化劑。茂金屬催化劑的應用給PE行業(yè)帶來巨大的變革,催生了茂金屬聚乙烯這一新品種的問世。
PE分子間力小,分子鏈柔順性好,基本結(jié)構(gòu)簡單、規(guī)整,結(jié)晶能力強。無論采用哪種聚合方法得到的PE都具有結(jié)晶結(jié)構(gòu)。PE結(jié)晶區(qū)域通常為球晶結(jié)構(gòu),當球晶大小接近或超過可見光波長時,由于光線漫射而呈乳白色,因而純凈的PE樹脂在常溫下呈乳白色半透明狀。HDPE的結(jié)晶度高于
注塑件加工LDPE,它的透明性更差。
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