पॉलिथिलीनची रचना आणि गुणधर्म

पॉलिथिलीन (पॉलिथिलीन, पीई म्हणून ओळखली जाते) इथिलीन मोनोमरच्या पॉलिमरायझेशनद्वारे निर्मित थर्मोप्लास्टिक राळ आहे. उद्योगात, इथिलीन आणि ए-ऑलफिन कॉपोलिमर्सची थोडीशी संख्या देखील समाविष्ट आहे. पॉलिथिलीन गंधहीन, विषारी, मेण सारखे वाटते, उत्कृष्ट कमी -तापमान प्रतिरोध (-100 ~ -70 ° से पर्यंतचे सर्वात कमी वापर तापमान). चांगली रासायनिक स्थिरता, कारण कार्बन - कार्बन सिंगल बॉन्ड कनेक्शनद्वारे पॉलिमर रेणू बहुतेक acid सिड आणि अल्कली इरोशनचा प्रतिकार करू शकतो (acid सिडच्या ऑक्सिडायझिंग गुणधर्मांना प्रतिरोधक नाही). खोलीच्या तपमानावर सामान्य सॉल्व्हेंट्समध्ये अघुलनशील, कमी पाण्याचे शोषण, उत्कृष्ट इलेक्ट्रिकल इन्सुलेशन.

पॉलिथिलीनची रचना आणि गुणधर्म

1. पॉलिथिलीनची रचना

प्रत्येक प्रकारच्या पॉलिथिलीन (पीई) च्या संरचनेचे सामान्य सूत्र खालीलप्रमाणे व्यक्त केले जाऊ शकते:

त्याची रचना कार्बन आणि हायड्रोजनचे फक्त दोन अणू आहे आणि त्यात पॉलिमर कार्बन आणि हायड्रोजन संयुगे मधील सर्वात सोपी रचना आणि सर्वात लहान साखळी दुवे आहेत. हे मूलत: उच्च सापेक्ष आण्विक वस्तुमान, म्हणजे, फॅटी लाँग-चेन पॉलिमरचा पॅराफिन मेण आहे. मोनोमर आण्विक इथिलीन पूर्णपणे सममितीयतेमुळे आणि अशा प्रकारे आण्विक साखळी बाँडिंग मोडमधील पीई स्ट्रक्चरल युनिट मुळात फक्त एकच आहे. सीसी सिंगल बॉन्ड हे σ बॉन्ड आहे, त्याच्या इलेक्ट्रॉन क्लाऊड वितरणात अ‍ॅक्सिसिमेट्रिक आहे, कार्बन साखळी पॉलिमर संयुगे मधील सर्वात लहान ध्रुवपणा आहे, इंट्रामोलिक्युलर आंतर-अणु परस्परसंवाद खूपच लहान आहेत, अंतर्गत रोटेशनची डिग्री खूपच कमी आहे, अंतर्गत रोटेशन अडथळे मोठे नाहीत. , आणि संभाव्य रचनांची संख्या मोठी आहे.

पीईच्या इंटरमोलिक्युलर परस्परसंवादाची व्हॅन डेर वाल्स फोर्स आणि हायड्रोजन बॉन्डिंग फोर्स देखील सर्वात लहान आहे, एकत्रीकरण ऊर्जा 260 जे/सेमी 3 आहे, आण्विक साखळी मऊ आणि विकृत करणे सोपे आहे आणि इतर मॅक्रोमोलिक्युलस सामान्यत: 293 जे/सेमी 3 पेक्षा कमी वापरले जातात. रबर म्हणून, केवळ पीई एक अपवाद आहे, जो ठराविक लवचिक मॅक्रोमोलिक्यूल साखळीशी संबंधित आहे.

पीई रासायनिक रचना आणि रेखीय लो-डेन्सिटी पॉलिथिलीन (एलएलडीपीई) वेगवेगळ्या पॉलिमरायझेशनच्या परिस्थितीसह, उच्च-घनता पॉलिथिलीन (एचडीपीई), लो-डेन्सिटी पॉलिथिलीन (एलडीपीई) आहेत, मुख्य साखळीमध्ये ब्रँच साइड ग्रुप्सच्या वेगवेगळ्या लांबीची भिन्न संख्या आहे. आणि अगदी वेगवेगळ्या प्रकारच्या डबल बॉन्ड्सचीही, एलडीपीईमध्ये अद्याप कार्बोनिल आणि इथर ग्रुपची विशिष्ट प्रमाणात आहे. एलडीपीई> एलएलडीपीई> एचडीपीईच्या क्रमाने शाखांच्या संख्येच्या आकारावर डोसचे विविध प्रकार, फोटोडेग्रेडेशन आणि खराब होण्याच्या क्षमतेच्या ऑक्सिडेशनच्या त्याच्या प्रतिकारांच्या अधिक शाखा. एचडीपीई केवळ काही लहान शाखा, रेखीय मॅक्रोमोलिक्युलस विभाग, मॅक्रोमोलेक्युलर चेन बाँडशी जोडलेले नाहीत, इतके मऊ आणि लवचिक; एलडीपीई एक लांब, लहान ब्रँचेड रेखीय मॅक्रोमोलिक्युलस आहे, ज्यामुळे आण्विक साखळी दरम्यानचे अंतर वाढेल, मॅक्रोमोलिक्युलस सैल, कमी घनता, कमी स्फटिकासारखे, कमी घनता, कमी क्रिस्टलिटी. एलडीपीई एक लांब आणि लहान शाखा असलेल्या साखळ्यांसह एक रेखीय मॅक्रोमोलिक्यूल आहे, ब्रँचेड चेन मॅक्रोमोलिक्युलर चेन दरम्यानचे अंतर वाढवतात, मॅक्रोमोलिक्यूल्स हळूवारपणे स्टॅक केलेले आहेत, घनता कमी आहे, स्फटिकासारखे कमी आहे, आणि ते मऊ आहे, म्हणून कठोरपणा, सामर्थ्य आणि म्हणून कठोरपणा, सामर्थ्य आणि एलडीपीईचा उष्णता प्रतिकार कमी आहे.

पॉलीथिलीन रेणूची कॉन्फिगरेशन (रासायनिक बाँड्सद्वारे निश्चित केलेल्या मॅक्रोमोलिक्यूलच्या जागेत अणू किंवा गटांची भौमितिक व्यवस्था) मुक्त अवस्थेत एक यादृच्छिक रेखा गट आहे आणि बाह्य शक्तीने ताणून काढला जातो, सीसी सिंगलची बाँड लांबी सीसी सिंगलची बॉन्ड लांबी बॉन्ड 0.154 एनएम आहे, बाँडचा कोन 109.3 ° आहे आणि दातांचा खेळपट्टी 0.253 एनएम आहे.

पॉलिथिलीनच्या वेगवेगळ्या प्रकारच्या क्रिस्टलिटी भिन्न आहे, एलडीपीई सुमारे 65%आहे, एचडीपीई सुमारे 80%~ 90%आहे, एलएलडीपीई सुमारे 65%~ 75%आहे. क्रिस्टलिटीच्या वाढीसह, पीई उत्पादनांची घनता, कडकपणा, कडकपणा आणि सामर्थ्य सुधारते, परंतु त्याचे प्रभाव गुणधर्म कमी होतात. पॉलिथिलीन वाण केवळ भिन्न क्रिस्टलिटीच नाहीत, क्रिस्टलायझेशन फॉर्म आणि क्रिस्टल पॅरामीटर्स एकसारखे नाहीत.

पॉलीथिलीनच्या क्रिस्टलीय फॉर्ममध्ये गोलाकार क्रिस्टल्स आणि एकल क्रिस्टल्स समाविष्ट आहेत. पूर्वी पॉलिथिलीनच्या वितळल्यानंतर प्राप्त केले जाते, म्हणजेच, सर्व दिशेने पसरलेल्या न्यूक्लीच्या वाढीद्वारे प्राप्त केलेले स्फटिकासारखे एकत्रित; नंतरचे पॉलिथिलीनच्या पातळ द्रावणांच्या थंड करून प्राप्त केले जाते. सारणी 1-2 वेगवेगळ्या पद्धतींद्वारे प्राप्त केलेल्या पीईची स्फटिका दर्शविते.

पीईची घनता क्रिस्टलिटी एक्ससीशी जवळून संबंधित आहे आणि त्या दोघांमधील संबंध आहेः

जेथे डी नमुन्याची मोजली जाणारी घनता आहे; डी 1 आणि डी 2 अनुक्रमे पूर्णपणे स्फटिकरुप आणि पूर्णपणे अनाकार पीईची घनता आहेत. सामान्यत:, अनब्रँच केलेल्या पीईच्या क्रिस्टलीय टप्प्याची घनता 1.014 ग्रॅम/सेमी 3 आहे आणि अनाकार अवस्थेची घनता 25 ℃ वर 0.84 ग्रॅम/सेमी 3 आहे.

हे समीकरण असे गृहीत धरते की अंशतः स्फटिकरुप पॉलिमरमधील क्रिस्टलीय आणि अनाकार टप्प्यांची घनता अनुक्रमे पूर्णपणे क्रिस्टलीय आणि पूर्णपणे अनाकार टप्प्यांच्या घनतेइतकीच आहे. खरं तर, कोणत्याही पीईसाठी 100% क्रिस्टलीय किंवा पूर्णपणे अनाकार असणे अशक्य आहे.

पीईच्या सापेक्ष आण्विक वस्तुमानाचे वर्णन बहुतेक वेळा पॉलिमरायझेशन (चित्र), वजन सरासरी सापेक्ष आण्विक वस्तुमान (चित्र) किंवा संख्या सरासरी सापेक्ष आण्विक वस्तुमान (चित्र) आणि सापेक्ष आण्विक वस्तुमानाचे वितरण वक्र द्वारे व्यक्त केले जाते. आणि वितरण रुंदी निर्देशांक (चित्र). पीई आणि त्याच्या वितरणाचा सापेक्ष आण्विक वस्तुमान पीई ब्रँचिंगची डिग्री आणि असंतोषाची डिग्री म्हणून कामगिरीवर समान प्रभाव आहे. वेगवेगळ्या पॉलिमरायझेशन पद्धती आणि ऑपरेटिंग परिस्थितीमुळे, सापेक्ष आण्विक वस्तुमान विस्तृत श्रेणीत भिन्न असू शकते, जसे की 10,000 च्या गंभीर सापेक्ष आण्विक वस्तुमान ते दहापट हजारो, शेकडो हजारो किंवा लाखो. सापेक्ष आण्विक वस्तुमान वितरण देखील वेगवेगळ्या पॉलिमरायझेशनच्या परिस्थितीनुसार बदलते, विशेषत: कॅरियर झिगलर कॅटॅलिस्टसह कमी-दाब पीईसाठी, सापेक्ष आण्विक वस्तुमान वितरण अगदी अरुंद ते अगदी विस्तृत असू शकते. सामान्य पीईचा सापेक्ष आण्विक वस्तुमान 40,000 ~ 120,000 आहे आणि यूएचएमडब्ल्यूपीईचे 1,000,000-4,000,000 आहे. आण्विक वजन जितके जास्त असेल तितकेच राळचे यांत्रिक गुणधर्म, जसे की टेन्सिल सामर्थ्य, कमी-तापमान भरतीवस्तू मालमत्ता, पर्यावरणीय तणाव क्रॅकिंगचा प्रतिकार इत्यादी, परंतु प्रक्रिया कार्यक्षमता खराब होते.

वरील पॅरामीटर्स व्यतिरिक्त, पीई रेणूचा आकार अप्रत्यक्षपणे सापेक्ष आण्विक वस्तुमानाचा आकार, एमएफआर जितका लहान असेल तितका सापेक्ष आण्विक वस्तुमान आणि त्याउलट, वितळलेल्या प्रवाह दर (एमएफआर) द्वारे व्यक्त केला जाऊ शकतो. संबंधित आण्विक वस्तुमान कमी. एलडीपीईसाठी, एमएफआर 20 ~ 50 ग्रॅम/10 मि आहे, एचडीपीई 4 ~ 15 ग्रॅम/10 मिनिटांसाठी आणि एलएलडीपीई 3 ~ 10 ग्रॅम/10 मि.

एलडीपीईसाठी, एमएफआर आणि सरासरी सापेक्ष आण्विक वस्तुमान चित्राचे खालील अंदाजे संबंध आहेत:

प्लॅस्टिकच्या उपयोगिता आणि प्रक्रिया कार्यक्षमतेत सापेक्ष आण्विक वस्तुमान आणि त्याचे वितरण महत्त्वपूर्ण भूमिका बजावते, वरील संबंध प्रक्रियेच्या कामगिरीवर पॉलिमर रेणूच्या आकाराचा परिणाम दर्शवितो, कारण एमएफआरची पातळी एक भौतिक आहे वितळलेल्या चिकटपणाचे आकार दर्शविणारे प्रमाण, जे प्रक्रिया तरलतेचे एक उपाय आहे आणि एमएफआर आणि वितळण्याच्या स्पष्ट चिकटपणा (η) दरम्यान खालील अंदाजे संबंध देखील आहेत:

एचडीपीई कमी एमएफआरमुळे, चिकटपणा (सापेक्ष आण्विक वस्तुमानाचा सापेक्ष उपाय) व्यक्त केला. औद्योगिक पीई टेट्राहायड्रोनॅफॅथेलिन किंवा डेकाहायड्रोनॅफॅथलीनमध्ये विरघळली गेली, त्याचे द्रावणातील सामूहिक अपूर्णांक: सी 0.5%आहे, उच्च आणि निम्न घनता पीई त्याच्या सोल्यूशन व्हिस्कोसिटी nation च्या परिस्थितीत 120 ℃ 75 at वर मोजले गेले, खालील सूत्राची गणना व्हिस्कोसिटीच्या एकाग्रतेपेक्षा मोजली गेली आहे. [η ']

जेथे η0 सॉल्व्हेंट व्हिस्कोसिटी आहे, पीए-एस.

एमएफआर सापेक्ष आण्विक वस्तुमान वितरण प्रतिबिंबित करत नाही, खरं तर, सापेक्ष आण्विक वस्तुमान वितरणाचा त्याच्या द्रवपदार्थावर मोठा प्रभाव पडतो, कारण सापेक्ष आण्विक वस्तुमान वितरण विस्तृत होते, वितळलेली द्रवपदार्थ वाढते, ज्यामध्ये कमी सापेक्ष आण्विक वस्तुमान भाग समतुल्य आहे उच्च सापेक्ष आण्विक वस्तुमान पीईचा प्लास्टिकाइझर. समान सरासरी सापेक्ष आण्विक वस्तुमान असलेल्या पीईसाठी, विस्तीर्ण वितरणासह पीईमध्ये अधिक चांगले प्रवाह आहे. याव्यतिरिक्त, पीईच्या घनतेचा त्याच्या वितळलेल्या, लहान घनतेच्या चिकटपणावर देखील मोठा प्रभाव असतो, चिकटपणा देखील लहान आहे. म्हणूनच, वितळलेला प्रवाह दर एमएफआर वेगवेगळ्या घनतेसह पीईच्या संबंधित आण्विक वस्तुमानाचे मूल्यांकन करण्यासाठी योग्य नाही. थोडक्यात, एलडीपीईच्या लहान, विस्तृत वितरणाचे सापेक्ष आण्विक वस्तुमान त्याच्या प्रक्रियेच्या फ्लुएडिटीला अनुकूल आहे, परंतु बहुतेक अनुप्रयोग गुणधर्म, विशेषत: यांत्रिक गुणधर्म प्रतिकूल आहेत, म्हणून पीईचा सापेक्ष आण्विक वस्तुमान आणि त्याचे वितरण आणि इतर स्ट्रक्चरल पॅरामीटर्सचे इतर स्ट्रक्चरल पॅरामीटर्स पीई सारखेच आहेत जसे पीई पीईच्या अंतिम कामगिरीवर परिणाम करणारे एक महत्त्वपूर्ण घटक आहे.