高密度聚乙烯.ppt
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1、高密度聚乙烯(HDPE)简介英文名称英文名称为“High Density Polyethylene”,简称称为“HDPE”。HDPE是一种是一种结晶度高、非极性的晶度高、非极性的热塑性塑性树脂。原脂。原态HDPE的外表呈乳白色,在微的外表呈乳白色,在微薄截面呈一定程度的半透明状。薄截面呈一定程度的半透明状。PE具有具有优良的良的耐大多数生活和工耐大多数生活和工业用化学品的特性。某些种用化学品的特性。某些种类的化学品会的化学品会产生化学腐生化学腐蚀,例如腐,例如腐蚀性氧化性氧化剂(浓硝酸),芳香硝酸),芳香烃(二甲苯)和(二甲苯)和卤化化烃(四(四氯化碳)。化碳)。该聚合物不吸湿并具有好的防聚合
2、物不吸湿并具有好的防水蒸汽性,可用于包装用途。水蒸汽性,可用于包装用途。HDPE具有很好的具有很好的电性能,特性能,特别是是绝缘介介电强度高,使其很适用度高,使其很适用于于电线电缆。中到高分子量等。中到高分子量等级具有极好的抗具有极好的抗冲冲击性,在常温甚至在性,在常温甚至在-40F低温度下均如此。低温度下均如此。HDPE是一种是一种结晶度高、非极性的晶度高、非极性的热塑性塑性树脂。原脂。原态HDPE的外表的外表呈乳呈乳 白色,在微薄截面呈一定程度的半透明状。白色,在微薄截面呈一定程度的半透明状。HDPE具有很好具有很好的的电性能,特性能,特别是是绝缘介介电强度高,使其很适用于度高,使其很适用
3、于电线电缆。中。中到高分子量等到高分子量等级具有极好的抗冲具有极好的抗冲击性,在常温甚至在性,在常温甚至在-40F低温度低温度下均如此。各种等下均如此。各种等级HDPE的独有特性是四种基本的独有特性是四种基本变量的适当量的适当结合:密度、分子量、分子量分布和添加合:密度、分子量、分子量分布和添加剂。高密度聚乙。高密度聚乙烯为无无毒、无味、无臭的白色毒、无味、无臭的白色颗粒,熔点粒,熔点约为130,相,相对密度密度为0.9410.960。它具有良好的耐。它具有良好的耐热性和耐寒性,化学性和耐寒性,化学稳定性好,定性好,还具有具有较高的高的刚性和性和韧性,机械性,机械强度好。介度好。介电性能,耐性
4、能,耐环境境应力开力开裂性亦裂性亦较好。熔化温度好。熔化温度220260。对于分子于分子较大的材料,建大的材料,建议熔化温度范熔化温度范围在在200250之之间。高密度聚乙。高密度聚乙烯是种白色粉末火是种白色粉末火颗粒状粒状产品,无毒、无味,密度在品,无毒、无味,密度在0.9400.976 g/cm3范范围内;内;结晶度晶度为8090,软化点化点为125135,使用温度可达,使用温度可达100;硬度、拉伸;硬度、拉伸强度和蠕度和蠕变性性优于低密度聚乙于低密度聚乙烯;耐磨性、;耐磨性、电绝缘性、性、韧性及耐寒性均性及耐寒性均较好,但与低密度好,但与低密度绝缘性比性比较略差些;略差些;化学化学稳定
5、性好,在室温条件下,不溶于任何有机溶定性好,在室温条件下,不溶于任何有机溶剂,耐酸、碱,耐酸、碱和各种和各种盐类的腐的腐蚀;薄膜;薄膜对水蒸气和空气的渗透性小、吸水性低;水蒸气和空气的渗透性小、吸水性低;耐老化性能差,耐耐老化性能差,耐环境开裂性不如低密度聚乙境开裂性不如低密度聚乙烯,特,特别是是热氧化氧化作用会使其性能下降,所以,作用会使其性能下降,所以,树脂需加入抗氧脂需加入抗氧剂和紫外和紫外线吸收吸收剂等来提高改善等来提高改善这方面的不足。高密度聚乙方面的不足。高密度聚乙烯薄膜在受力情况下的薄膜在受力情况下的热变形温度形温度较低,低,这一点一点应用用时要注意要注意 二、结构特点HDPE的
6、分子的分子链结构构简单对称,只含有极少量的短支称,只含有极少量的短支链,简单对称的称的主主链结构有利于构有利于结晶,因而晶,因而HDPE结晶度最高,密度也最高。晶度最高,密度也最高。结晶度晶度和晶粒尺寸都相和晶粒尺寸都相对较大,例如,大,例如,HDPE晶粒尺寸在晶粒尺寸在28微米。因此微米。因此HDPE的的结晶熔点最高,晶熔点最高,强度和硬度也最高。度和硬度也最高。HDPE既包括乙既包括乙烯的均聚物,也包括乙的均聚物,也包括乙烯和少量和少量a烯烃的共聚物。工的共聚物。工业生生产的的HDPE的相的相对分子分子质量范量范围很很宽,从几百的聚乙,从几百的聚乙烯蜡到几百蜡到几百万的超高相万的超高相对分
7、子分子质量聚乙量聚乙烯(UHMWPE),不同),不同HDPE树脂的熔体脂的熔体指数范指数范围是从是从500以上到小于以上到小于0.001。代表相。代表相对分子分子质量分布的量分布的MFR的范的范围也很也很宽,从注塑,从注塑级的窄相的窄相对分子自古跨步法分布的分子自古跨步法分布的树脂脂(MFR=25)到一些)到一些宽相相对分子分子质量分布的薄膜量分布的薄膜级树脂(脂(MFR150)。)。树脂的脂的结晶度和相晶度和相对密度主要取决于聚合物密度主要取决于聚合物链中的短中的短链支化度,也支化度,也与相与相对分子分子质量有关。量有关。HDPE树脂的密度范脂的密度范围为0.9410.960 g/cm,虽然
8、然UHMWPE是完全没有支是完全没有支链的乙的乙烯均聚物,但由于其相均聚物,但由于其相对分子分子质量很高,因而其量很高,因而其结晶度晶度较低,密度只有低,密度只有0.93 g/cm。(1)分子结构和化学性质 根据不同的根据不同的应用,制得的用,制得的HDPE可以完全没有支可以完全没有支链,如用于注塑和吹塑,如用于注塑和吹塑的牌号;也可以通的牌号;也可以通过和和a-烯烃共聚生共聚生产含小量支含小量支链的共聚物。当与的共聚物。当与1-丁丁烯共聚共聚时得到的支得到的支链是乙基支是乙基支链,当与,当与1-己己烯共聚共聚时得到的是正丁得到的是正丁基支基支链。HDPE分子的一个端基是甲基,另一个端基可以是
9、甲基,也可分子的一个端基是甲基,另一个端基可以是甲基,也可以是双以是双键,通常,通常为乙乙烯基。基。HDPE分子的支分子的支链数数较低,通常每低,通常每1000个碳个碳原子有原子有510个支个支链,即使是用某些,即使是用某些过渡族金属化合物催化渡族金属化合物催化剂生生产的的乙乙烯均聚物也含有少量的支均聚物也含有少量的支链,每,每1000个碳原子大个碳原子大约含含0.53个支个支链。这些支些支链比比较短,是甲基、乙基或正丁基,它短,是甲基、乙基或正丁基,它们的存在通常与原料乙的存在通常与原料乙烯中含少量的中含少量的a-烯烃杂质有关。支化度是有关。支化度是HDPE树脂脂结构上的重要特点,构上的重要
10、特点,与相与相对分子分子质量一起影响量一起影响树脂的脂的许多物理和机械性能。多物理和机械性能。和几乎所有的其他聚合物一和几乎所有的其他聚合物一样,HDPE是不同是不同长度的聚合物度的聚合物链的集合。的集合。短短链的相的相对分子分子质量只有量只有5001000,长链的相的相对分子分子质量可到量可到1000万。不同万。不同链长的相的相对含量(即含量(即MWD曲曲线的形状和的形状和宽度)主要取决于度)主要取决于生生产技技术和用于聚合的催化和用于聚合的催化剂类型。可以根据具体的型。可以根据具体的应用要求,量体用要求,量体裁衣式的定制裁衣式的定制HDPE树脂的脂的MWD宽度。度。反应性 HDPE是一个是
11、一个饱和的和的线性性烃,化学反,化学反应性很低。性很低。HDPE分子分子中最活中最活泼的部位是双的部位是双链端基和在聚合物支端基和在聚合物支链上的支化点上上的支化点上的的CH链。HDPE与大部分有机酸和无机酸不反与大部分有机酸和无机酸不反应。因。因为对氢氟酸氟酸稳定性,使它成定性,使它成为装装氢氟酸溶液容器最适宜的材料。氟酸溶液容器最适宜的材料。硫酸的硫酸的浓溶液(溶液(70%)在加)在加热的条件下可以和的条件下可以和HDPE慢慢反慢慢反应,生成磺化取代物。在室温下可以被,生成磺化取代物。在室温下可以被浓硝酸及它与硫酸硝酸及它与硫酸的混合物硝化。在更苛刻的条件下的混合物硝化。在更苛刻的条件下这
12、些酸可以分解聚合物,些酸可以分解聚合物,产生有机酸的混合物。生有机酸的混合物。HDPE在任何在任何浓度的碱性溶液或度的碱性溶液或盐溶溶液(包括液(包括KMnO4等氧化等氧化剂)中是最)中是最稳定的。定的。在室温下,在室温下,HDPE不溶于任何已知的有机溶不溶于任何已知的有机溶剂,但在温度高,但在温度高于于80100时,大部分,大部分HDPE可溶解在一些芳可溶解在一些芳烃、脂肪、脂肪烃和和卤代代烃中。常用于溶解中。常用于溶解HDPE的溶的溶剂是二甲苯、四是二甲苯、四氢化化萘、十、十氢化化萘、1,2,4三甲苯等。三甲苯等。热降解 受热时HDPE比较稳定,在缺氧条件下,仅在290300摄氏度化学反应
13、才较明显。HDPE的热裂解是C-C键的自由基断裂反应。反应降低了树脂的相对分子质量,并在聚合物链中引入乙烯基。产生了低分子量烃。在惰性气氛中的裂解在500摄氏度以上才较明显,主要的裂解产物是蜡、低分子量烷烃、烯烃和二烯烃。热氧化降解 在高温在高温时氧会在一系列的自由基反氧会在一系列的自由基反应中中进攻攻HDPE分子,分子,这些反些反应降低了降低了树脂的相脂的相对分子分子质量,并在聚合物量,并在聚合物链中引入中引入羟基和基和羧基等含氧基基等含氧基团。其他的氧化。其他的氧化产物是水、物是水、醛、酮、醇等低分子量化合物。、醇等低分子量化合物。HDPE的氧化降解主要的氧化降解主要是被是被杂质引引发的,
14、的,这些些杂质主要是含主要是含钛和和铬等的等的过渡渡族金属的催化族金属的催化剂残渣。因残渣。因为氧化降解可以在造粒或加氧化降解可以在造粒或加工工过程中程中产,因而在,因而在这些操作些操作过程中程中应保保护熔融的熔融的树脂免受氧的攻脂免受氧的攻击。为避免避免热氧化降解,氧化降解,树脂中脂中应加入加入抗氧抗氧剂,即自由基抑制,即自由基抑制剂,如,如萘胺、苯二胺等,抗氧胺、苯二胺等,抗氧剂的用量通常的用量通常为0.1%1.0%(质量)。量)。许多薄膜和容器表面印刷和染色的工多薄膜和容器表面印刷和染色的工业操作要用操作要用热氧氧化作化作为预处理步理步骤。虽然染料然染料对HDPE表面的粘附性很表面的粘附
15、性很差,但用开放的火焰或差,但用开放的火焰或电场处理,使制品表面理,使制品表面层氧化氧化后,可提高其粘附性。后,可提高其粘附性。这种种处理使理使HDPE制品表面制品表面产生生了极性基了极性基团,增加了,增加了对染料的染料的亲和性。和性。光氧化降解 虽然由氧和光引然由氧和光引发的的HDPE降解与降解与热氧化降解相似,但前者氧化降解相似,但前者却是在却是在较低的温度下低的温度下进行的。波行的。波长低于低于400nm的光引的光引发了了自由基反自由基反应,该反反应使相使相对分子分子质量降低,并在聚合物量降低,并在聚合物链中形成双中形成双键和有机和有机过氧化物,并氧化物,并释放出醇、放出醇、醛、酮等低分
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