问答题
聚乙烯分成哪几类?它们分别是如何合成的?它们的结构和哪些性能有所不同?这些不同与生产方法有何关系?
【正确答案】聚乙烯主要有三类。分别是低密度聚乙烯(又称LDPE或高压聚乙烯),高密度聚乙烯(又称HDPE或低压聚乙烯)和线形低密度聚乙烯(又称LLDPE)。此外还有超高相对分子质量的聚乙烯(UHMWPE,相对分子质量大于100万)。
(1) LDPE的合成:LDPE是用高压法生产的聚乙烯。以乙烯为原料,在压力为100~350MPa的高压和160~270℃的较高温度下,以氧气或有机过氧化物等为引发剂,按自由基机理进行的聚合反应。
(2) HDPE的合成:HDPE是用低压法合成的。以乙烯为原料,采用Ziegler-Natta引发剂(组成:主引发剂TiCl4、助引发剂AlEt3、载体MgCl2);用H2作相对分子质量调节 剂,在汽油溶剂中于60~70℃进行配位聚合。这种聚合实施方法又称淤浆法,反应中引发剂保持悬浮状态,聚合物以沉淀形式析出,形成浆状物。
如果不加H2调节相对分子质量,即可合成超高分子量的聚乙烯。
(3) LLDPE的合成:LLDPE是1977年才出现的,被称为第二代聚乙烯。乙烯和少量(约8/%~12/%)C4~C8α-烯烃(如1-丁烯)在载于硅胶的铬和钛氟化物引发剂的引发下,以H2为相对分子质量调节剂,在压力0.7~12.1MPa和温度85~95℃下进行共聚,制得LLDPE。这种方法称为低压气相本体法。
三种不同聚合方法得到的聚乙烯的结构有很大差异。低压法是按配位机理聚合,所以HDPE支化度很低,可以看成是线形结构,因而结晶度高、密度大、制品的力学强度和耐热性都较高,但韧性较差。高压法是按自由基机理聚合,所以LI)PE支化度高、长短支链不规整,因而结晶度低、密度小、各项力学强度和耐热性较低,但韧性好。产生支链的原因是自由基聚合时发生链转移。
如果自由基在分子内转移,新产生的自由基继续引发聚合后产生短支链。红外光谱和¨C核磁共振谱都证明,短支链主要是丁基,而乙基很少。
LLDPE具有规整的短支链结构,虽然结晶度和密度与LDPE相似,但由于分子间力较大,使其力学性能与耐热性介于LDPE和HDPE之间。而某些性能如抗撕裂强度、耐环境应力开裂性、耐穿刺性等甚至优于LDPE和HDPE。
还有一个影响力学性能的结构因素是相对分子质量。随着相对分子质量增大,分子间作用力增大,所以力学性能(包括韧性)都提高了,因而UHMWPE的冲击强度和拉伸强度都成倍地增加,是一种兼有高强度和高韧性的材料,并且具有低蠕变性、高润滑性和高耐磨性。
【答案解析】