Propriétés de base et applications du polyéthylène (PE)

Propriétés de base et applications du polyéthylène (PE)

I. Informations de base

Nom: polyéthylène

Abréviation: PE

Formule chimique: (C2H4) n

Point de fusion: 85 à 136 ° C

Solubilité dans l'eau: insoluble

Densité: 0,91 à 0,96 g / cm3

Aspect: Liquide incolore à faible poids moléculaire, poids moléculaire à haute moléculaire granules ou poudre

Point de flash: 270 ° C

Ii Histoire de la recherche en polyéthylène (PE)

La recherche en polyéthylène a commencé au début du 20e siècle avec la découverte accidentelle de sa forme précoce par le scientifique allemand Hans von Peckmann en 1899, et sa redécouverte de la société britannique ICI en 1933, qui a attiré l'attention, et la production de polyéthylène britannique à la fin des années 1930 et de la production de polyéthylène de haute densité dans le 1950 de l'Ouest et de la West Stands et de la West Stands et de la West Stands et de la West Stands et de la West Stands et de la West Stands et de la West Stands et de la West Stands et de la West Stands et de la West Stands et de la German et de la German et de la Production du Polyethylene High Density Amérique. Depuis lors, la recherche est plus approfondie dans la structure et les propriétés, y compris la chaîne d'étirement des macromolécules et les fibres de haute performance, etc., et le domaine d'application s'est développé.

Iii. Comment se fait PE?

Le polyéthylène est fabriqué par la polymérisation de l'éthylène (CH2 = CH2), un processus qui consiste à relier les molécules d'éthylène pour former de longues chaînes de molécules avec des unités de -CH2 répétitives par des réactions de polymérisation d'addition. Dans la production industrielle, les catalyseurs sont souvent utilisés pour améliorer l'efficacité de la polymérisation, par exemple en utilisant des catalyseurs tels que le trioxyde de chrome (CR2O3). De plus, le polyéthylène est préparé par des réactions de polymérisation à différentes pressions et températures, telles que les méthodes de polymérisation à haute pression, à pression moyenne et basse pression, qui affectent la densité et les propriétés physiques du polyéthylène.

Iv. Propriétés de l'EP

1. Propriétés physiques

• L'EP a un taux de transmission à faible vapeur d'eau, mais un taux de transmission à vapeur élevé pour les composés organiques. L'absorption de l'eau est très faible, environ 0,03%.

2. Propriétés mécaniques

• La ténacité et l'impact de la force d'impact sont bonnes, la dureté, le module d'élasticité et la force des plastiques couramment utilisés sont faibles, et la masse moléculaire relative et sa distribution, la cristallinité et la densité, etc.

• La cristallinité à haute densité en polyéthylène (HDPE) est élevée, la résistance est meilleure; Chaîne ramifiée en polyéthylène à basse densité (LDPE), basse cristallinité, mais la résistance à l'impact et l'allongement à la rupture sont plus élevées.

3. Propriétés thermiques

• La température du feu PE est d'environ 350 ℃, la température du feu de poussière PE est de 450 ℃.

• Une faible résistance à la température est bonne, avec l'augmentation de la masse moléculaire relative, plus la distribution de masse moléculaire relative plus étroite, meilleure est la faible résistance à la température.

4. Propriétés chimiques

• L'EP est inerte à l'eau et aux réactifs chimiques, insoluble dans les solvants organiques généraux à température ambiante à l'exception de quelques solvants.

• Le diamètre gras, la lumière aromatique, halogéné par l'EP peut être dissous, la température dépasse 60 ℃, peut faire partie du solvant dissous.

• Soluble dans le tétrahydronaphtalène et le décahydronaphtalène, la solubilité et la cristallinité, la masse moléculaire relative.

• Résistant à l'acide dilué, alcalin, solution saline à température ambiante, non résistante à un fort acide oxydant.

• Une résistance à l'oxydation de PE différente est différente, la résistance à l'oxydation du LDPE est pire que le HDPE.

• L'effet du chlore gazeux et du fluor sur l'EP augmente avec la température.

• L'EP et d'autres polymères sont mal compatibles, difficiles à se lier et à l'imprimer, des agents oxydants puissants et d'autres traitements peuvent améliorer l'adhésion et l'imprimabilité.

5. Propriétés électriques

• L'EP a une bonne isolation électrique, qui est liée à son hydrophobicité et à ses caractéristiques structurelles.

• Le type et la quantité d'additifs sont petits et la propriété d'isolation électrique est excellente.

• La constante diélectrique relative et la résistance diélectrique sont liées à la masse moléculaire relative, à l'environnement et à d'autres facteurs, à température ambiante dans une plage de fréquences spécifique et indépendant de la fréquence, adaptée aux matériaux d'isolation électrique à haute tension.

6. Résistance à la fissuration du stress environnemental

• La résistance à la fissuration de la contrainte environnementale PE est liée à la densité, le HDPE est plus sensible.

• Selon le test national standard GB 1842-80, le taux de rupture de 50% du temps F50 (h) pour le temps de fissuration de la contrainte environnementale, les résultats de la probabilité logarithmique de méthode graphique de coordonnées.

7. Hygiène

• L'EP est non toxique pour le corps humain, peut être utilisé pour les matériaux d'emballage alimentaire, mais doit faire attention à la toxicité des additifs.

V. Classification et propriétés de l'EP

Le polyéthylène est un thermoplastique qui peut être classé par densité en types tels que le polyéthylène à faible densité (LDPE), le polyéthylène haute densité (HDPE) et le polyéthylène à faible densité linéaire (LLDPE).

Le HDPE a une densité comprise entre 0,94 et 0,97 g / cm³ et est principalement produit à des pressions atmosphériques ou inférieures, mais peut également être faite à haute pression. Il est hautement cristallin et fort et est principalement utilisé pour le moulage par injection et extrusion. Les méthodes de production traditionnelles telles que la méthode Ziegler, la méthode Philips et la méthode d'huile standard sont efficaces mais ont une faible efficacité de catalyseur, ce qui affecte les propriétés du produit.

La densité de LDPE varie de 0,91 à 0,935 g / cm³, et ses caractéristiques comprennent une chaîne ramifiée courte et de longues structures de chaîne ramifiées, qui la distinguent du HDPE.La densité et degré de chaîne ramifiée de LDPE sont étroitement liées à ses performances: l'augmentation de la densité améliore la résistance et la difficulté à la déchirure, mais la résistance à l'impact diminue. Sa distribution de poids moléculaire affecte les performances de traitement et les propriétés physiques et mécaniques, plus la distribution est large, plus la fluidité de traitement est large, mais la résistance à l'impact et la résistance à la fissuration de la contrainte peut être réduite. LDPE est chimiquement stable, l'acide et la résistance à la corrosion alcaline, les excellentes propriétés électriques, mais la résistance à la chaleur et la résistance au vieillissement sont médiocres.

Dans le marquage de recyclage, PE correspond généralement aux codes de recyclage 2 et 4, ce qui indique que ces plastiques peuvent être recyclés. Différentes applications de polyéthylène peuvent avoir différentes structures cristallines, ce qui affecte les caractéristiques de performance du produit final.

Gamme de masse moléculaire relative de différentes méthodes de polymérisation du polyéthylène

Vi. Modification

Modification du greffon

La polymérisation du greffon, un moyen de polariser PE, ajoute des monomères polaires fonctionnels à PE sans modifier sa structure de squelette. Cette méthode maintient les propriétés d'origine de PE et ajoute de nouvelles fonctions. Les approches clés pour la greffe comprennent:

• Méthode de la solution: l'EP, les monomères et les initiateurs sont dissous dans des solvants comme le toluène ou le xylène. La polarité et le transfert de chaîne du solvant affectent considérablement la réaction.

• Méthode en phase solide: la poudre PE réagit directement avec les monomères et les initiateurs. Les avantages comprennent la température ambiante et le fonctionnement de la pression, le maintien des propriétés du polymère, pas de récupération de solvant et un post-traitement simple et efficace.

• Méthode de fusion: À l'état fondu, les initiateurs se décomposent thermiquement pour produire des radicaux libres, qui induisent la copolymérisation du greffon, fixant des monomères comme chaînes latérales.

• Méthode de greffe de radiation: les rayons γ ou les rayons β irradent le matériau pour générer des radicaux libres, qui réagissent ensuite avec les monomères pour la modification de la surface. Les méthodes comprennent la co-irradiation, l'irradiation pré-irradiation et le peroxyde.

Cross - Linking Modification

La modification de liaison croisée de l'EP augmente considérablement ses propriétés physiques, sa résistance aux fissures de contrainte, sa résistance à la corrosion, ses propriétés anti-fluage et sa météochabilité, élargissant ses applications comme les tuyaux PEX. Il existe trois méthodes de liaison principales:

• Radiation Cross - Linking: Rays d'énergie élevés (rayons γ -, rayons x) créent des particules actives dans le PE, induisant des réactions chimiques pour former un réseau lié à la croix.

• Croix chimique - lien: les radicaux libres à partir de peroxydes ou de composés azo réagissent avec des sites insaturés dans les molécules PE, formant des centres actifs qui se transforment via la liaison monomère.

• Silane Cross - Linking: Silanes avec des groupes de vinyle insaturés et des groupes alcooxy hydrolysables sont greffés sur PE. Hydrolyse et condensation forment alors —SI - O - SI— Cross - Linkages.

Modification de copolymérisation ( mélange )

1. Copolymérisation de PE

Grâce à la copolymérisation de coordination (telle que EPR, EPDM), la copolymérisation radicale libre (telle que EVA) et la copolymérisation ionique (telles que l'éthylène- (METH) Copolymer acide), etc., pour modifier les caractéristiques de la chaîne macromoléculaire PE ou de l'introduction des groupes fonctionnels réactifs, pour améliorer les performances et en tant qu'agent fonctionnel réactif.

2. Modification de mélange de l'EP

• Mélange HDPE / LDPE: combine la flexibilité de LDPE avec la force de HDPE. L'ajout de LLDPE ou VLDPE améliore encore les performances.

• Mélange PE / CPE: L'ajout de polyéthylène chloré (CPE) améliore le retard des flammes, l'imprimabilité et la ténacité. Un compatibilisateur est nécessaire pour améliorer la compatibilité

• PE / EVA Mélange: stimule la flexibilité, la transparence, la respirabilité et l'imprimabilité, mais réduit légèrement la résistance mécanique.

• Mélange PE / caoutchouc: améliore considérablement les propriétés d'impact du HDPE.

• PE / PA Mélange: améliore les propriétés de la barrière de solvant d'oxygène et d'hydrocarbure. Une amélioration de la compatibilité est nécessaire.

Modification de la charge

La modification de la remplissage consiste à ajouter des particules inorganiques ou organiques aux résines thermoplastiques pour réduire les coûts ou modifier les propriétés du produit, et il peut être divisé en remplissage général et fonctionnel en fonction des objectifs.

1. Remplissage général: a principalement un impact sur les propriétés mécaniques de l'EP. Les charges inorganiques comme le carbonate de calcium et la poudre de talc peuvent réduire les coûts, augmenter la rigidité, la résistance à la chaleur et la stabilité dimensionnelle, mais peuvent affecter les propriétés mécaniques et d'écoulement. Les agents de couplage ou le revêtement Mpew peuvent améliorer l'adhésion interfaciale. Les charges biologiques telles que la paille et les fibres de bois sont également couramment utilisées.

2. Remplissage fonctionnel: vise à améliorer les performances des aspects optiques, électriques, magnétiques et de combustion.

• PE biodégradable: l'ajout d'amidon modifié permet la dégradabilité microbienne.

• PE conducteur: composé avec des charges conductrices comme le noir de carbone et la poudre métallique donne des matériaux conducteurs pour les applications antistatiques, conductrices, d'éléments de chauffage et les applications de blindage électromagnétique.

• PE ignifuge des flammes: incorporant des retardateurs de flamme halogène, des acides organiques, du phosphate d'ammonium, du tribromobenzène ou des charges inorganiques ignifuges (par exemple, AL (OH) ₃, Mg (OH) ₂) atteint un retard de flamme.

Modification du renforcement

La modification du renforcement est d'améliorer les performances de l'EP en ajoutant des matériaux de renforcement ou des méthodes de moulage spéciales. Parmi eux, la modification de l'auto-renforcement utilise un processus de moulage spécial et une conception de moisissure pour rendre les chaînes moléculaires PE orientées en parallèles et former des cristaux de chaîne droite pour améliorer les propriétés mécaniques. Les matériaux de renforcement tels que les fibres de verre, les fibres synthétiques (par exemple, le polyacrylonitrile, le polyamide, etc.) et les moustaches (par exemple, le carbonate de calcium, le titanate de potassium) peuvent améliorer considérablement la résistance mécanique et la résistance à la chaleur de l'EP et devenir des plastiques ingénieurs. L'ajout de réactifs de réaction interfaciale et de leurs greffes peut améliorer les propriétés de liaison interfaciale des matériaux composites.

Modification des nanoparticules

Les nanomatériaux se réfèrent à des matériaux avec une taille de particules inférieure à 100 nm, ce qui peut être combiné avec des polymères pour former de nouveaux matériaux multifonctionnels en raison de leurs propriétés physicochimiques uniques. Les matériaux PE de nano-modification, notamment Nano Montmorillonite, l'oxyde de nano-zinc, la nano alumine et le PE modifié par l'argile nano, sont devenus la pointe de la recherche en science des matériaux.

Vii. Champs de demande

1. Emballage alimentaire et film de paillage agricole

Scénarios d'application: sacs d'emballage alimentaire, films alimentaires, film de paillis agricole, matériaux à effet de serre, etc.

Fonctions: Fournir de bonnes performances d'étanchéité et de protection pour prolonger la durée de conservation des aliments; Améliorer le rendement des cultures et l'efficacité de la gestion de l'eau.

2. Construction et membrane étanche

Scénario d'application: membrane étanche pour la construction, emballage de ciment, etc.

Fonction: Améliorez les performances étanches de la construction, protégez la structure du bâtiment; Assurez-vous la sécurité du stockage du ciment et d'autres matériaux de construction.

3. Système de tuyaux et de transport

Scénarios: Approvisionnement en eau, traitement des eaux usées, transport du gaz naturel, tuyaux d'irrigation agricole, etc.

Fonction: Excellente résistance à la traction, résistance à l'abrasion et stabilité chimique pour assurer l'innocuité et l'efficacité du transport des liquides.

4. Fabrication de fils et de câbles

Scénario d'application: couche d'isolation et matériau de gaine pour les fils et câbles basse tension.

Rôle: Fournir d'excellentes propriétés isolantes et une résistance aux intempéries pour assurer la sécurité et la stabilité de la transmission de puissance.

5. Matériaux d'emballage et de revêtement

Scénario d'application: emballage pharmaceutique, revêtement en carton, revêtement de film en polyester, etc.

Rôle: Améliorez le scellement et la protection des matériaux d'emballage et améliorez les performances du substrat.

6. Applications biomédicales

Scénarios d'application: films en polymère, nanocomposites, systèmes d'administration de médicaments et matériaux d'hydrogel, etc.

Rôle: Fournir des matériaux transparents et durables pour soutenir la recherche et les applications biomédicales.

7. Produits industriels et mécaniques

Scénario d'application: produits moulés par injection, plaques, engrenages, etc.

Fonction: résistance élevée à la résistance et à l'abrasion, adaptée à diverses applications industrielles.

8. Fabrication de pièces automobiles

Scénarios: réservoirs de carburant, pièces intérieures, etc.

Rôle: Fournir de bonnes propriétés mécaniques et une résistance chimique pour assurer la sécurité et la fiabilité des pièces automobiles.

9. Fabrication adhésive et revêtement

Scénarios: adhésifs à chaud, émulsions, asphalte modifié en polymère, revêtements de pavage et de toiture, etc.

Rôle: Fournir une forte adhérence et une inéterdiction pour soutenir une variété d'applications de construction et d'ingénierie.

Viii. Conclusion

Ces dernières années, les processus de production de polyéthylène ont été améliorés pour améliorer l'efficacité et la qualité. La demande mondiale de polyéthylène continue de croître, le marché chinois bénéficiant de la croissance économique et du soutien politique. La Chine sera le principal moteur de la croissance des capacités à l'avenir, mais cela pourrait entraîner des prix bas. Avec la promotion de la stratégie double carbone ', l'industrie se concentre sur la protection de l'environnement et le développement durable et favorise le recyclage des plastiques de déchets. Dans les segments de marché, le HDPE, le LDPE, le LLDPE, etc. continuent de se développer, le polyéthylène métallocène et les applications de polyéthylène modifiées sont prometteurs. Dans l'ensemble, l'industrie du polyéthylène inaugure les opportunités et les défis motivés par la technologie, la demande, la capacité de production et la protection de l'environnement.

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