बहुस्तरीय संरचना और गुण

पॉलीइथाइलीन (पॉलीथीन, पीई के रूप में संदर्भित) एक थर्माप्लास्टिक राल है जो एथिलीन मोनोमर के पोलीमराइजेशन द्वारा निर्मित है। उद्योग में, एथिलीन और ए-ओलेफिन कॉपोलिमर की एक छोटी संख्या भी शामिल है। पॉलीइथाइलीन गंधहीन, गैर -विषैले, मोम की तरह महसूस करते हैं, उत्कृष्ट कम तापमान प्रतिरोध (-100 ~ -70 ° C तक सबसे कम उपयोग तापमान) के साथ। अच्छा रासायनिक स्थिरता, क्योंकि कार्बन - कार्बन सिंगल बॉन्ड कनेक्शन के माध्यम से बहुलक अणु, अधिकांश एसिड और क्षार कटाव (एसिड के ऑक्सीकरण गुणों के लिए प्रतिरोधी नहीं) का विरोध कर सकता है। कमरे के तापमान पर आम सॉल्वैंट्स में अघुलनशील, कम जल अवशोषण, उत्कृष्ट विद्युत इन्सुलेशन।

बहुस्तरीय संरचना और गुण

1. पॉलीथीन की संरचना

प्रत्येक प्रकार के पॉलीथीन (पीई) की संरचना के लिए सामान्य सूत्र को निम्नानुसार व्यक्त किया जा सकता है:

इसकी रचना कार्बन और हाइड्रोजन के केवल दो परमाणु है, और इसमें बहुलक कार्बन और हाइड्रोजन यौगिकों के बीच सबसे सरल संरचना और सबसे छोटी श्रृंखला लिंक हैं। यह अनिवार्य रूप से उच्च सापेक्ष आणविक द्रव्यमान का एक पैराफिन मोम है, यानी, एक वसायुक्त लंबी श्रृंखला बहुलक। मोनोमर आणविक एथिलीन पूरी तरह से सममित के कारण, और इस प्रकार आणविक श्रृंखला बॉन्डिंग मोड में पीई संरचनात्मक इकाई मूल रूप से केवल एक है। सीसी सिंगल बॉन्ड, बॉन्ड है, इसके इलेक्ट्रॉन क्लाउड डिस्ट्रीब्यूशन में अक्षीय है, कार्बन चेन पॉलिमर यौगिकों में सबसे छोटी ध्रुवीयता है, इंट्रामोलॉजिकल इंटर-परमाणु इंटरैक्शन बहुत कम हैं, आंतरिक रोटेशन की डिग्री बहुत कम है, आंतरिक रोटेशन बैरियर बड़े नहीं हैं , और संभावित अनुरूपताओं की संख्या बड़ी है।

पीई के अंतर -आणविक बातचीत के वैन डेर वाल्स बल और हाइड्रोजन बॉन्डिंग बल भी सबसे छोटा है, सामंजस्य ऊर्जा 260j/cm3 है, आणविक श्रृंखला नरम और विकृत होने के लिए आसान है, और 293 j/cm3 से कम अन्य मैक्रोमोलेक्यूल्स आमतौर पर उपयोग किए जाते हैं रबर के रूप में, केवल पीई एक अपवाद है, जो विशिष्ट लचीले मैक्रोमोलेक्यूल श्रृंखला से संबंधित है।

पीई रासायनिक संरचना और रैखिक कम-घनत्व पॉलीथीन (LLDPE) विभिन्न बहुलकीकरण स्थितियों के साथ, उच्च घनत्व वाले पॉलीथीन (HDPE), कम घनत्व वाले पॉलीथीन (LDPE) हैं, मुख्य श्रृंखला में शाखाओं वाले समूहों की अलग-अलग लंबाई की एक अलग संख्या होती है, और यहां तक ​​कि विभिन्न प्रकार के डबल बॉन्ड की एक छोटी संख्या, अभी भी LDPE में कार्बोनिल और ईथर समूह की एक निश्चित मात्रा है। LDPE> lldpe> HDPE के क्रम में शाखाओं की संख्या के आकार पर खुराक की विभिन्न किस्में, फोटोडेग्रेडेशन के लिए इसके प्रतिरोध की अधिक शाखाएँ और बिगड़ने की क्षमता के ऑक्सीकरण। HDPE केवल कुछ छोटी शाखाओं, रैखिक मैक्रोमोलेक्यूलस विभाग, मैक्रोमोलेक्युलर चेन बॉन्ड से जुड़े नहीं हैं, इसलिए नरम और लोचदार; LDPE एक लंबी, छोटी शाखाओं वाला रैखिक मैक्रोमोलेक्यूलस है, जो कि आणविक श्रृंखला के बीच की दूरी बढ़ जाती है, मैक्रोमोलेक्यूलस ढीला, कम घनत्व, कम क्रिस्टलीयता, कम घनत्व, कम क्रिस्टलीयता को ढेर कर देता है। LDPE लंबी और छोटी शाखाओं वाली श्रृंखलाओं के साथ एक रैखिक मैक्रोमोलेक्यूल है, शाखाओं वाली श्रृंखलाएं मैक्रोमोलेक्युलर चेन के बीच की दूरी को बढ़ाती हैं, मैक्रोमोलेक्यूलस शिथिल होते हैं, घनत्व कम होता है, क्रिस्टलीयता कम होती है, और यह नरम होता है, इसलिए कठोरता, शक्ति और शक्ति और शक्ति और शक्ति और शक्ति और कठोरता, ताकत और LDPE का हीट प्रतिरोध कम है।

पॉलीइथाइलीन अणु का विन्यास (रासायनिक बॉन्ड द्वारा तय किए गए मैक्रोमोलेक्यूल के स्थान में परमाणुओं या समूहों की ज्यामितीय व्यवस्था) मुक्त अवस्था में एक यादृच्छिक रेखा समूह है, और इसे बाहरी बल द्वारा खींचने के बाद दाँतेदार है, सीसी सिंगल की बॉन्ड लंबाई बॉन्ड 0.154 एनएम है, बॉन्ड कोण 109.3 ° है, और दांतों की पिच 0.253 एनएम है।

विभिन्न प्रकार के पॉलीथीन की क्रिस्टलीयता अलग है, LDPE लगभग 65%है, HDPE लगभग 80%~ 90%है, LLDPE लगभग 65%~ 75%है। क्रिस्टलीयता की वृद्धि के साथ, घनत्व, कठोरता, कठोरता और पीई उत्पादों की ताकत में सुधार होता है, लेकिन इसके प्रभाव गुणों में गिरावट आती है। पॉलीथीन की किस्में न केवल अलग -अलग क्रिस्टलीकरण हैं, क्रिस्टलीकरण रूप और क्रिस्टल पैरामीटर समान नहीं हैं।

पॉलीथीन के क्रिस्टलीय रूप में गोलाकार क्रिस्टल और एकल क्रिस्टल शामिल हैं। पूर्व को पॉलीथीन के पिघलने के बाद प्राप्त किया जाता है, अर्थात, सभी दिशाओं में बिखरे हुए नाभिक के विकास से प्राप्त क्रिस्टलीय समुच्चय; उत्तरार्द्ध पॉलीइथाइलीन के पतला समाधानों के शीतलन द्वारा प्राप्त किया जाता है। तालिका 1-2 विभिन्न तरीकों से प्राप्त पीई के क्रिस्टलीयता को दर्शाता है।

पीई का घनत्व क्रिस्टलीयता एक्ससी से निकटता से संबंधित है, और दोनों के बीच संबंध है:

जहां डी नमूने का मापा घनत्व है; D1 और D2 क्रमशः पूरी तरह से क्रिस्टलीकृत और पूरी तरह से अनाकार पीई के घनत्व हैं। आम तौर पर, अनब्रन्डेड पीई के क्रिस्टलीय चरण का घनत्व 1.014 ग्राम/सेमी 3 है और अनाकार चरण का घनत्व 25 ℃ पर 0.84 ग्राम/सेमी 3 है।

यह समीकरण मानता है कि आंशिक रूप से क्रिस्टलीकृत बहुलक (यानी, परीक्षण किए जाने वाले नमूने) में क्रिस्टलीय और अनाकार चरणों की घनत्व क्रमशः पूरी तरह से क्रिस्टलीय और पूरी तरह से अनाकार चरणों के घनत्व के बराबर हैं। वास्तव में, किसी भी पीई के लिए 100% क्रिस्टलीय या पूरी तरह से अनाकार होना असंभव है।

पीई के सापेक्ष आणविक द्रव्यमान को अक्सर इसकी औसत डिग्री पोलीमराइजेशन (चित्र), वजन औसत सापेक्ष आणविक द्रव्यमान (चित्र) या संख्या औसत सापेक्ष आणविक द्रव्यमान (चित्र) द्वारा वर्णित किया जाता है, और सापेक्ष आणविक द्रव्यमान का वितरण वितरण वक्र द्वारा व्यक्त किया जाता है और वितरण चौड़ाई सूचकांक (चित्र)। पीई के सापेक्ष आणविक द्रव्यमान और इसके वितरण का प्रदर्शन पर पीई शाखाओं की डिग्री और असंतोष की डिग्री के समान प्रभाव पड़ता है। अलग -अलग पोलीमराइजेशन विधियों और ऑपरेटिंग स्थितियों के कारण, सापेक्ष आणविक द्रव्यमान एक विस्तृत श्रृंखला में भिन्न हो सकता है, जैसे कि 10,000 के महत्वपूर्ण सापेक्ष आणविक द्रव्यमान से हजारों, सैकड़ों हजारों, या लाखों भी। सापेक्ष आणविक द्रव्यमान वितरण भी अलग-अलग पोलीमराइजेशन स्थितियों के साथ भिन्न होता है, विशेष रूप से वाहक ज़िग्लर उत्प्रेरक के साथ कम दबाव वाले पीई के लिए, सापेक्ष आणविक द्रव्यमान वितरण काफी संकीर्ण से काफी चौड़े हो सकता है। साधारण पीई के सापेक्ष आणविक द्रव्यमान 40,000 ~ 120,000 है, और UHMWPE का 1,000,000-4,000,000 है। आणविक भार जितना अधिक होगा, राल के यांत्रिक गुणों, जैसे कि तन्यता ताकत, कम तापमान वाले उत्सर्जक संपत्ति, पर्यावरण तनाव दरार का प्रतिरोध, आदि, लेकिन प्रसंस्करण प्रदर्शन बिगड़ता है।

उपरोक्त मापदंडों के अलावा, पीई अणु के आकार को पिघल प्रवाह दर (एमएफआर) द्वारा अप्रत्यक्ष रूप से सापेक्ष आणविक द्रव्यमान के आकार को स्पष्ट करने के लिए व्यक्त किया जा सकता है, एमएफआर जितना छोटा होता है, सापेक्ष आणविक द्रव्यमान, और इसके विपरीत, उच्च, कम सापेक्ष आणविक द्रव्यमान। LDPE के लिए, MFR 20 ~ 50 g/10 मिनट है, HDPE 4 ~ 15 g/10 मिनट के लिए, और LLDPE 3 ~ 10 g/10 मिनट के लिए।

LDPE के लिए, MFR और संख्या औसत सापेक्ष आणविक द्रव्यमान चित्र में निम्नलिखित अनुमानित संबंध हैं:

सापेक्ष आणविक द्रव्यमान का आकार और इसके वितरण प्लास्टिक की प्रयोज्य और प्रसंस्करण प्रदर्शन में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं, उपरोक्त संबंध केवल प्रसंस्करण प्रदर्शन पर बहुलक अणु के आकार के प्रभाव को दर्शाता है, क्योंकि एमएफआर का स्तर एक भौतिक है मात्रा जो पिघल चिपचिपाहट के आकार की विशेषता है, जो प्रसंस्करण तरलता का एक उपाय है, और एमएफआर और पिघल के स्पष्ट चिपचिपाहट (η) के बीच निम्नलिखित अनुमानित संबंध भी है:

कम एमएफआर के कारण एचडीपीई, चिपचिपाहट से अधिक (सापेक्ष आणविक द्रव्यमान का एक सापेक्ष माप) व्यक्त किया गया। औद्योगिक पीई टेट्राहाइड्रोनफैथेलीन या डेकाहाइड्रोनफैथेलीन में भंग कर दिया गया, समाधान में इसका द्रव्यमान अंश: सी 0.5%है, उच्च और निम्न घनत्व पीई को 120 ℃ 75 ℃ पर मापा गया था। [η ']

जहां η0 विलायक चिपचिपाहट है, पा-एस।

MFR सापेक्ष आणविक द्रव्यमान वितरण को प्रतिबिंबित नहीं करता है, वास्तव में, सापेक्ष आणविक द्रव्यमान वितरण इसकी तरलता पर बहुत प्रभाव डालता है, क्योंकि सापेक्ष आणविक द्रव्यमान वितरण व्यापक होता है, पिघल तरलता बढ़ जाती है, जिसमें कम सापेक्ष आणविक द्रव्यमान भाग के बराबर होता है। उच्च सापेक्ष आणविक द्रव्यमान पीई का प्लास्टिसाइज़र। एक ही औसत सापेक्ष आणविक द्रव्यमान के साथ पीई के लिए, व्यापक वितरण के साथ पीई में बेहतर प्रवाह क्षमता होती है। इसके अलावा, पीई के घनत्व का भी इसके पिघल, छोटे घनत्व, चिपचिपाहट की चिपचिपाहट पर बहुत प्रभाव पड़ता है। इसलिए, पिघल प्रवाह दर एमएफआर विभिन्न घनत्वों के साथ पीई के सापेक्ष आणविक द्रव्यमान का मूल्यांकन करने के लिए उपयुक्त नहीं है। संक्षेप में, एलडीपीई के छोटे, व्यापक वितरण के सापेक्ष आणविक द्रव्यमान इसकी प्रसंस्करण तरलता के अनुकूल है, लेकिन अधिकांश अनुप्रयोग गुण, विशेष रूप से यांत्रिक गुण प्रतिकूल हैं, इसलिए पीई के सापेक्ष आणविक द्रव्यमान और इसके वितरण और अन्य संरचनात्मक मापदंडों के पीई एक ही हैं क्योंकि पीई पीई के अंतिम प्रदर्शन को प्रभावित करने वाला एक महत्वपूर्ण कारक है।