Propiedades básicas y aplicaciones de polietileno (PE)

Propiedades básicas y aplicaciones de polietileno (PE)

I. Información básica

Nombre: polietileno

Abreviatura: PE

Fórmula química: (C2H4) N

Punto de fusión: 85 a 136 ° C

Solubilidad de agua: insoluble

Densidad: 0.91 a 0.96g/cm3

Apariencia: Líquido incoloro de bajo peso molecular, alto peso molecular gránulos blancos lácteos cerosos o polvo

Punto de flash: 270 ° C

II. Historia de la investigación de polietileno (PE)

La investigación de polietileno comenzó a principios del siglo XX con el descubrimiento accidental de su forma temprana por parte del científico alemán Hans Von Peckmann en 1899, y su redescubrimiento de la compañía británica ICI en 1933, que atrajo la atención, y la producción de la polietileno de baja densidad por parte de la compañía británica IGI en los años 1930 y la producción de la alta densidad de los polietileno en los 1950 de los Estados Unidos. Desde entonces, la investigación ha profundizado en la estructura y las propiedades, incluida la cadena de estiramiento de macromoléculas y las fibras de alto rendimiento, etc., y el campo de aplicación se ha expandido.

Iii. ¿Cómo se hace PE?

El polietileno se realiza mediante la polimerización de etileno (CH2 = CH2), un proceso que implica unir moléculas de etileno para formar cadenas largas de moléculas con unidades de repetición -CH2- a través de reacciones de polimerización de adición. En la producción industrial, los catalizadores a menudo se usan para mejorar la eficiencia de la polimerización, por ejemplo, mediante el uso de catalizadores como el trióxido de cromo (CR2O3). Además, el polietileno se prepara mediante reacciones de polimerización a diferentes presiones y temperaturas, como los métodos de polimerización de alta presión, presión media y de baja presión, que afectan la densidad y las propiedades físicas del polietileno.

IV. Propiedades de PE

1. Propiedades físicas

• PE tiene una baja tasa de transmisión de vapor de agua, pero una alta tasa de transmisión de vapor para compuestos orgánicos. La absorción de agua es muy pequeña, aproximadamente 0.03%.

2. Propiedades mecánicas

• La tenacidad a la EP y la fuerza de impacto es buena, la dureza, el módulo de elasticidad y la resistencia de los plásticos de uso común son bajos, y la masa molecular relativa y su distribución, cristalinidad y densidad, etc.

• La cristalinidad de polietileno de alta densidad (HDPE) es alta, la resistencia es mejor; La cadena ramificada de polietileno de baja densidad (LDPE), baja cristalinidad, pero la resistencia al impacto y la alargamiento en la ruptura es mayor.

3. Propiedades térmicas

• La temperatura de fuego PE es de aproximadamente 350 ℃, la temperatura del fuego de polvo de PE es de 450 ℃.

• La resistencia a la baja temperatura es buena, con el aumento de la masa molecular relativa, cuanto más estrecha sea la distribución relativa de masa molecular, mejor será la resistencia a baja temperatura.

4. Propiedades químicas

• PE es inerte al agua y los reactivos químicos, insolubles en solventes orgánicos generales a temperatura ambiente, excepto por algunos solventes.

• El diámetro graso, la luz aromática, halogenada por la PE se puede disolver, la temperatura excede los 60 ℃, puede ser parte del disolvente disuelto.

• Soluble en tetrahidronaftaleno y decahidronaftaleno, solubilidad y cristalinidad, masa molecular relativa.

• Resistente al ácido diluido, álcali, solución salina a temperatura ambiente, no resistente al ácido oxidante fuerte.

• La resistencia de oxidación de PE de diferente densidad es diferente, la resistencia a la oxidación de LDPE es peor que el HDPE.

• El efecto del cloro gaseoso y el flúor sobre la EP aumenta con la temperatura.

• PE y otros polímeros son poco compatibles, difíciles de unir e imprimir, los agentes oxidantes fuertes y otros tratamientos pueden mejorar la adhesión e imprimabilidad.

5. Propiedades eléctricas

• PE tiene un buen aislamiento eléctrico, que está relacionado con su hidrofobicidad y características estructurales.

• El tipo y la cantidad de aditivos son pequeños, y la propiedad de aislamiento eléctrico es excelente.

• La constante dieléctrica relativa y la resistencia dieléctrica están relacionadas con la masa molecular relativa, el medio ambiente y otros factores, a temperatura ambiente en un rango de frecuencia específico e independiente de la frecuencia, adecuado para materiales de aislamiento eléctrico de alto voltaje.

6. Resistencia al agrietamiento del estrés ambiental

• La resistencia al agrietamiento del estrés ambiental de PE está relacionada con la densidad, el HDPE es más sensible.

• Según la prueba Nacional de Estándar GB 1842-80, la tasa de rotura del 50% del tiempo F50 (h) para el tiempo de descifrado del estrés ambiental, los resultados de la probabilidad logarítmica de método de gráfico de coordenadas.

7. Higiénico

• PE no es tóxico para el cuerpo humano, se puede usar para materiales de envasado de alimentos, pero debe prestar atención a la toxicidad de los aditivos.

V. Clasificación y propiedades de PE

El polietileno es un termoplástico que se puede clasificar por densidad en tipos como polietileno de baja densidad (LDPE), polietileno de alta densidad (HDPE) y polietileno lineal de baja densidad (LLDPE).

HDPE tiene una densidad entre 0.94 y 0.97 g/cm³ y se produce principalmente a presiones atmosféricas o más bajas, pero también se puede hacer a altas presiones. Es altamente cristalino y fuerte y se usa principalmente para la inyección y el moldeo de extrusión. Los métodos de producción tradicionales, como el método Ziegler, el método Philips y el método de aceite estándar, son efectivos pero tienen baja eficiencia de catalizador, lo que afecta las propiedades del producto.

La densidad de LDPE varía de 0.91 a 0.935 g/cm³, y sus características incluyen cadena ramificada corta y estructuras de cadena ramificada larga, que lo distinguen de HDPE. La densidad y el grado de la cadena ramificada de LDPE están estrechamente relacionadas con su rendimiento: el aumento de la densidad mejora la resistencia a la lágrima y la dureza, pero la resistencia al impacto disminuye. Su distribución del peso molecular afecta el rendimiento del procesamiento y las propiedades físicas y mecánicas, cuanto más amplia sea la distribución, mejor será la fluidez del procesamiento, pero la resistencia al impacto y la resistencia al agrietamiento del estrés pueden reducirse. El LLDPE es químicamente estable, resistencia al corosión ácido y alcalino, excelentes propiedades eléctricas, pero la resistencia al calor y la resistencia a la edad es pobre.

En el etiquetado de reciclaje, PE generalmente corresponde a los códigos de reciclaje 2 y 4, lo que indica que estos plásticos pueden reciclarse. Las diferentes aplicaciones de polietileno pueden tener diferentes estructuras de cristal, que afectan las características de rendimiento del producto final.

Rangos de masa molecular relativa de diferentes métodos de polimerización de polietileno

VI. Modificación

Modificación del injerto

La polimerización del injerto, una forma de polarizar PE, agrega monómeros polares funcionales a PE sin cambiar su estructura de columna vertebral. Este método mantiene las propiedades originales de PE y agrega nuevas funciones. Los enfoques clave para el injerto incluyen:

• Método de solución: PE, monómeros e iniciadores se disuelven en solventes como tolueno o xileno. La polaridad y la constante de transferencia de cadena del solvente afectan en gran medida la reacción.

• Método de fase sólida: el polvo PE reacciona directamente con monómeros e iniciadores. Los beneficios incluyen la temperatura ambiente y el funcionamiento de la presión, el mantenimiento de las propiedades del polímero, sin recuperación de solventes y posprocesamiento simple y eficiente.

• Método de fusión: en el estado fundido, los iniciadores se descomponen térmicamente para producir radicales libres, lo que induce la copolimerización del injerto, uniendo monómeros como cadenas laterales.

• Método de injerto de radiación: los rayos γ o los rayos β irradian el material para generar radicales libres, que luego reaccionan con monómeros para la modificación de la superficie. Los métodos incluyen co-irradiación, pre-irradiación e irradiación asistida por peróxido.

Cross - Vinculación de modificación

La modificación de la vinculación de PE aumenta significativamente sus propiedades físicas, resistencia a la grieta de estrés, resistencia a la corrosión, propiedades anti -fluencia y capacidad de consumo, ampliando sus aplicaciones como tuberías PEX. Hay tres métodos de vinculación principales: los métodos de enlace:

• Radiación cruzada: vinculación: rayos de energía alta (rayos γ, rayos x) crean partículas activas en PE, induciendo reacciones químicas para formar una red cruzada.

• Cross químicos: vinculación: los radicales libres de peróxidos o compuestos aZO reaccionan con sitios insaturados en moléculas de PE, formando centros activos que se cruzan a través de un enlace de monómero.

• Silane Cross - Vinculación: los silanos con grupos vinílicos insaturados y grupos de alcoxi hidrolizables se injertan en PE. Hidrólisis y condensación Entonces se forman —Si - O - SI— Cross - Vinkages.

Modificación de copolimerización ( mezcla )

1. Copolimerización de PE

A través de la copolimerización de la coordinación (como EPR, EPDM), copolimerización de radicales libres (como EVA) y la copolimerización iónica (como el copolímero de ácido acrílico de etileno (meth)), etc., para cambiar las características de la cadena macromolecular PE o la introducción de los grupos funcionales de reacción, para aumentar el rendimiento y a medida que aumenta.

2. Combinar la modificación de PE

• Mezcla HDPE/LDPE: combina la flexibilidad de LDPE con la fuerza de HDPE. Agregar LLDPE o VLDPE mejora aún más el rendimiento.

• Mezcla de PE/CPE: Agregar polietileno clorado (CPE) mejora el retraso de la llama, la imprimibilidad y la dureza. Se necesita un compatibilizador para mejorar la compatibilidad

• PE/EVA Mezcla: aumenta la flexibilidad, la transparencia, la transpirabilidad e imprimabilidad, pero reduce ligeramente la resistencia mecánica.

• Mezcla de PE/caucho: mejora significativamente las propiedades de impacto de HDPE.

• PE/PA Mezcla: mejora las propiedades de barrera del solvente de oxígeno e hidrocarburos. Se requiere una mejora de la compatibilidad.

Modificación de relleno

La modificación de relleno implica agregar partículas inorgánicas u orgánicas a las resinas termoplásticas para reducir los costos o alterar las propiedades del producto, y puede dividirse en el relleno general y funcional en función de los objetivos.

1. Llenado general: impacta principalmente las propiedades mecánicas de PE. Los rellenos inorgánicos como el carbonato de calcio y el polvo de talco pueden reducir los costos, aumentar la rigidez, la resistencia al calor y la estabilidad dimensional, pero pueden afectar las propiedades mecánicas y de flujo. Los agentes de acoplamiento o el recubrimiento MPEW pueden mejorar la adhesión interfacial. Los rellenos orgánicos, como la paja y la fibra de madera, también se usan comúnmente.

2. Llenado funcional: tiene como objetivo mejorar el rendimiento en aspectos ópticos, eléctricos, magnéticos y de combustión.

• PE biodegradable: Agregar almidón modificado permite degradabilidad microbiana.

• PE conductora: compuesto con rellenos conductores como el polvo de carbono negro y metal produce materiales conductores para aplicaciones antiestáticas, conductivas, de elementos de calentamiento y de blindaje electromagnético.

• PE-Retardante de llama: incorporación de retardantes de llama de halógeno, ácidos orgánicos, fosfato de amonio, tribromobenceno o rellenos inorgánicos-retardantes de llamas (p. Ej.

Modificación de refuerzo

La modificación del refuerzo es mejorar el rendimiento de PE mediante la adición de materiales de refuerzo o métodos especiales de moldeo. Entre ellos, la modificación de la reflexión de autoconfutamiento utiliza un proceso especial de moldeo y un diseño de moho para hacer que las cadenas moleculares de PE sean orientadas en paralelo y formar cristales de cadena recta para mejorar las propiedades mecánicas. Los materiales de refuerzo como las fibras de vidrio, las fibras sintéticas (p. Ej., Polyacrilonitrilo, poliamida, etc.) y bigotes (p. Ej., Carbonato de calcio, titanato de potasio) pueden mejorar significativamente la resistencia mecánica y la resistencia al calor de la EP y convertirse en plásticos de ingeniería. Agregar reactivos de reacción interfacial y sus injertos puede mejorar las propiedades de enlace interfacial de los materiales compuestos.

Modificación de nanopartículas

Los nanomateriales se refieren a materiales con un tamaño de partícula inferior a 100 nm, que se pueden combinar con polímeros para formar nuevos materiales multifuncionales debido a sus propiedades fisicoquímicas únicas. Los materiales de PE nanomodificados, incluidos nano montmorillonita, óxido de nano zinc, alúmina nano y PE modificada con nano arcilla, se han convertido en la vanguardia de la investigación de la ciencia de los materiales.

Vii. Campos de aplicación

1. Embalaje de alimentos y cine de acolchado agrícola

Escenarios de aplicación: bolsas de envasado de alimentos, cine de adherencia, película de mantillo agrícola, materiales de invernadero, etc.

Funciones: proporcione un buen rendimiento de sellado y protección para extender la vida útil de la comida; Mejorar el rendimiento de los cultivos y la eficiencia del manejo del agua.

2. Construcción y membrana impermeable

Escenario de aplicación: membrana impermeable para la construcción, envasado de cemento, etc.

Función: mejorar el rendimiento impermeable de la construcción, proteger la estructura del edificio; Asegure la seguridad de almacenamiento del cemento y otros materiales de construcción.

3. Sistema de tubería y transporte

Escenarios: suministro de agua, tratamiento de aguas residuales, transporte de gas natural, tuberías de riego agrícola, etc.

Función: Excelente resistencia a la tracción, resistencia a la abrasión y estabilidad química para garantizar la seguridad y la eficiencia del transporte de fluidos.

4. Fabricación de cable y cable

Escenario de aplicación: capa de aislamiento y material de envoltura para cables y cables de bajo voltaje.

Fol: Proporcione excelentes propiedades aislantes y resistencia a la intemperie para garantizar la seguridad y la estabilidad de la transmisión de energía.

5. Materiales de embalaje y recubrimiento

Escenario de aplicación: embalaje farmacéutico, recubrimiento de cartón, recubrimiento de película de poliéster, etc.

Rol: Mejore el sellado y la protección de los materiales de embalaje y mejore el rendimiento del sustrato.

6. Aplicaciones biomédicas

Escenarios de aplicación: películas de polímeros, nanocompuestos, sistemas de administración de fármacos y materiales de hidrogel, etc.

Rol: Proporcione materiales transparentes y duraderos para apoyar la investigación y las aplicaciones biomédicas.

7. Productos industriales y mecánicos

Escenario de aplicación: productos de inyección moldeados, platos, engranajes, etc.

Función: alta resistencia y resistencia a la abrasión, adecuada para diversas aplicaciones industriales.

8. Fabricación de piezas automotrices

Escenarios: tanques de combustible, piezas interiores, etc.

Rol: Proporcione buenas propiedades mecánicas y resistencia química para garantizar la seguridad y confiabilidad de las piezas automotrices.

9. Fabricación de adhesivo y recubrimiento

Escenarios: adhesivos, emulsiones, asfalto modificado por polímeros, pavimentación y recubrimientos de techado, etc.

Fol: Proporcione una fuerte adhesión y capacidad de consentimiento para apoyar una variedad de aplicaciones de construcción e ingeniería.

Viii. Conclusión

En los últimos años, los procesos de producción de polietileno se han mejorado para mejorar la eficiencia y la calidad. La demanda global de polietileno continúa creciendo, y el mercado chino se beneficia del crecimiento económico y el apoyo de políticas. China será el principal impulsor del crecimiento de la capacidad en el futuro, pero esto puede resultar en precios bajos. Con la promoción de la estrategia 'Dual Carbon ', la industria se centra en la protección del medio ambiente y el desarrollo sostenible, y promueve el reciclaje de los plásticos de desechos. En los segmentos del mercado, HDPE, LDPE, LLDPE, etc. continúan desarrollando, las aplicaciones de polietileno y polietileno modificados son prometedoras. En general, la industria del polietileno introduce oportunidades y desafíos impulsados ​​por la tecnología, la demanda, la capacidad de producción y la protección del medio ambiente.

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