聚乙烯塑料
聚乙烯是目前生产量最大的优质高分子材料，聚乙烯塑料在世界塑料总产量中居首位。低密度聚乙烯主要用于薄膜、涂层等软质制品。高密度聚乙烯主要用于制瓶、箱等硬质制品，还可制成纤维(称乙纶)，用于生产渔网、绳索等。超高分子量聚乙烯有一系列优良综合性能，如良好的耐环境应力开裂、低吸湿、耐疲劳、高抗冲等性能，可用做纺织机械上耐磨、耐冲击的零部件，如皮结、齿轮和垫圈等。
聚乙烯是乙烯进行加成聚合而制得的一种热塑性树脂，简称为PE，在分子结构中仅有碳和氢两种元素。无毒，具有优良的耐低温性能(最低使用温度可达-100℃)，化学稳定性好，能耐酸碱的腐蚀(除氧化性酸外)，电绝缘性能好，但耐热及耐老化性能差。根据聚合条件的不同，分子量从一万到几百万不等。根据不同的聚合方法，可分为高压聚乙烯、中压聚乙烯和低压聚乙烯。从消耗量看，以高压聚乙烯为主，高压聚乙烯与中、低压聚乙烯的消耗量之比为3 ：1～2：1。
本信息由Chemicalbook瑶瑶编辑。
|
|
理化性质
聚乙烯是饱和碳氢化合物，结构类似于石蜡，由乙烯聚合而成的高分子合成材料。根据聚合方法的不同分为高压、中压和低压三种聚乙烯。高压聚乙烯又称低密度聚乙烯(占聚乙烯总生产量的70%左右)，中压和低压的统称为低压聚乙烯，是高密度的。聚乙烯分子中无极性基因、吸水性低、稳定性好。常温下不溶于普通溶剂，对醇、醚、酮、酯、弱酸、弱碱都很稳定。但在脂肪烃、芳香烃和卤代烃中能发生溶胀，能被强含氧酸浸蚀，在空气中加热或光照时发生氧化作用。低压聚乙烯软化温度(125～135℃)高，机械强度大，透气性小，宜作包装材料、防腐管道、贮油桶，也可做成板材、薄膜或抽丝织成工业用布。高压聚乙烯分子支链多，软化点(90～100℃)低、机械强度差，透气、透湿、耐溶剂性差，但柔软性、伸长率、透明性好。主要用于制薄膜、软管、纤维，做成各种工业和生活制品。
图1为聚乙烯分子结构式。
|
|
使用历史
1933年英国ICI公司首先发现在100～300MPa高压下，乙烯能聚合为白色蜡状固体-聚乙烯，1937年获这种高压(低密)聚乙烯的专利权，1939年开始工业化生产。直到1953年德国的齐格勒(Ziegler)发现用有机金属化合物作为催化剂，可使乙烯在低温低压下聚合，得到高密度聚乙烯。1957年在德国和美国投入了工业化生产。1954年美国的菲利浦石油公司用金属氧化物作为催化剂在3～8MPa压力下聚合，也获得了高密度聚乙烯，这就是中压聚乙烯，于1957年实现了工业化生产。
|
|
聚合方法
工业上生产聚乙烯有3种不同的聚合方法：
① 高压法 以氧气或有机过氧化物为催化剂，在压力为 150～300MPa、温度为180～200℃的条件下使乙烯聚合，得到相对密度为0.910～0.925的低密度聚乙烯，结晶度为55%～65%。
② 中压法 以过渡金属氧化物为催化剂，在压力为1.8～8MPa、温度为130～270℃的条件下将乙烯溶于烷烃溶剂中溶液聚合，得到相对密度为0.926～0.940的中密度聚乙烯及相对密度为0.941～0.965的高密度聚乙烯，结晶度为90%。
③ 低压法 将TiCl4-Al(C2H5)3溶于烷烃溶剂(汽油等)成为浆状催化剂，在压力为1.4MPa、温度为100℃时聚合，得到相对密度为0.941～0.965的高密度聚乙烯，结晶度为85%～90%。聚乙烯产量以高压聚乙烯为主，高压聚乙烯与中低压聚乙烯的消耗量之比约为3：1～2：1。
|
|
聚乙烯的分类
① 低密度聚乙烯，简称LDPE，通常用高压法生产，故又称高压聚乙烯，密度 0.910～0.925g/cm3，熔点107～126℃，它具有质轻、耐寒、耐冲击、耐化学稳定性， 优良的高频绝缘性能及加工性能等优点，可以吹塑、挤塑、注塑成型。用于包装材料、 管材、电缆绝缘层和护套，聚乙烯薄膜广泛用于育秧、地膜、蔬菜大棚及食品包装，聚 乙烯的板材则是良好的耐腐蚀衬里材料。
② 高密度聚乙烯，简称HDPE，通常用低压法生产，又称低压聚乙烯，密度 0.941～0.965g/cm3，熔点132～135℃，具有较高的使用温度、硬度、机械强度和耐化学药品等性能。可用吹塑、注塑及挤压法制成各种瓶、罐、盆、桶等容器及绳缆、鱼 网、捆扎带、电线、电缆覆层、管材、板材和异型材料等。
③ 中密度聚乙烯，密度为0.926～0.940g/cm3，又称中压聚乙烯或菲利普法聚乙烯，其性能和高密度聚乙烯相近。国内生产量较小，故此处从略。
④ 线形低密度聚乙烯，简称LLDPE，密度0.92～0.93g/cm3、熔点117～130℃，线形低密度聚乙烯的抗冲强度、伸长率、耐环境应力开裂性好。抗穿刺性在聚乙烯中最好，特别适宜生产薄膜、拉伸制品等。线形低密度聚乙烯的优点和特性越来越受到人们的认可和重视，在薄膜、丝、带、管材等产品中加入适量线形低密度聚乙烯与其他树脂 共混后使用，可明显提高塑料制品的拉伸强度、冲击性能等。
⑤ 茂金属聚乙烯 聚合反应所用的催化剂是茂金属型，因而其性能独特，英文简称 m-PE，是具有优异特性的新型聚乙烯。
由茂金属催化剂与甲基铝氧烷助催化剂组成的催化体系用于乙烯的聚合，所得的聚烯烃产物获得许多传统聚乙烯从未有过的独特性能，如相对分子质量高且分布窄、支链短而少、密度低、纯度高、高拉伸强度、高透明性、高冲击性、耐穿刺性、热封温度低等。这是由于茂金属催化剂有理想的单活性位点，从而能精密控制相对分子质量、相对分子质量分布、共聚单体含量及其在主链上的分布和结晶结构。茂金属聚乙烯具有高立构规整性、相对分子质量分布窄，属于一类新型聚乙烯。
|
|
超高分子量聚乙烯
超高分子量聚乙烯的相对分子质量在百万以上，通常在100万～300万之间，最高可达600万～700万。超高分子量聚乙烯的简写为UHMWPE，其分子结构和HDPE基本相同，也为线形结构。超高分子量聚乙烯具有极佳的耐磨性，突 出的高模量、高韧性，优良的自润滑性以及耐环境应力开裂性，摩擦因数低，同时还具有优异的化学稳定性和抗疲劳性，对噪声阻尼性良好，是制备齿轮、轴承等摩擦件的优异摩擦材料，而且制造成本低廉，因此被视为一种良好的热塑性工程塑料。
图2为超高分子量聚乙烯与高密度聚乙烯性能比较。
超高分子量聚乙烯的制备是采用低压聚合方法。超高分子量聚乙烯由于相对分子质 量非常高，因此结晶较高密度聚乙烯困难，所以超高分子量聚乙烯的结晶度比一般高密 度聚乙烯要低，约在70%～85%的范围内。由于超高分子量聚乙烯的相对分子质量极 高，因而它的熔体黏度就极大，熔体流动性能非常差，几乎不流动，处于一种凝胶状态， 所以超高分子量聚乙烯不宜采用注射成型，宜于采用粉末压制烧结。近些年来，对于超高分 子量聚乙烯的加工，开发出了热塑性的加工方法，如挤出、注塑和吹塑等，从而扩大了其应 用范围。热塑性成型用的超高分子量聚乙烯是与中相对分子质量聚乙烯、低相对分子质量聚 乙烯、液晶材料或助剂共混后，具有流动性。挤出时可用柱塞式挤出机或同向旋转双螺杆挤 出机，以克服摩擦因数低、物料易打滑等缺点。以双螺杆挤出成型为例，挤出温度为200℃ 左右，螺杆转速为10～15r/min。对于形状简单的制品，可选用单螺杆挤出机，但要采取适 当的措施，如加入加工助剂、增大电机功率等。采用普通注塑机时，螺杆和模具需要改进， 一般注塑压力为120MPa以上，螺杆转速为40～60r/min，料筒温度为180～220℃，模具温 度为80～110℃。目前，我国采用注射成型的方法，已成功地生产出啤酒罐装生产线用超 高分子量聚乙烯托轮、水泵用轴套以及医用人工关节等。现在超高分子量聚乙烯还可采用 吹塑成型的方法来生产容器与薄膜等。
由于超高分子量聚乙烯加工时，当物料从口模挤出后，因弹性恢复而产生一定的回缩，并且几乎不发生下垂现象，故为中空容器，特别是大型容器，如为油箱、大桶的吹 塑创造了有利的条件。超高分子量聚乙烯吹塑成型还可生产纵横方向强度均衡的高性能 薄膜，从而解决了高密度聚乙烯薄膜长期以来存在的纵横方向强度不一致、容易造成纵 向破坏的问题。
超高分子量聚乙烯可以广泛地应用于农业机械、纺织工业、汽车制造业、煤矿、造纸、化工、食品工业等作不粘、耐磨、自润滑的部件，如导轨、密封圈、轴承、加料斗 衬里、滚轮、压滤机等，还可用于与食品接触的材质以及人体内部器官、关节等器件。
|
|
聚乙烯树脂
聚乙烯树脂是典型的热塑性通用树脂。按聚合方法不同分别可得密度不同的多种聚合物，但密度不同性质也将不同。外观皆为半透明的乳白色，质柔软、手感似腊。耐化学腐蚀。机械性能与聚氯乙烯树脂无多大差别，易产生应用裂纹。聚乙烯树脂分为三类：
(1)低密度聚乙烯树脂，首先在英国研制成功。是在高压下对乙烯进行热聚合，故亦称高压聚合聚乙烯，聚合结果可得分子量为1～5万的树脂。但因支链多，分子难以排列，因此密度小、抗张力强度低、软化点低、易于加工。比重在0.910～0.925之间。耐热温度仅60℃～100℃之间，电绝缘性能出色。
(2)中密度聚乙烯树脂，首先在美国研究成功。是利用了三氧化铬类触媒，在3×106Pa～5×106Pa的压力与130℃～180℃的温度下聚合而成的树脂，故亦称中压聚合聚乙烯。比重为0.92～0.94，耐热温度在105℃～120℃。由于成形物中残存有微量的触媒，故电绝缘性能差。
(3)高密度聚乙烯树脂由德国人所发明。是在常温常压下采用齐格勒触媒实现聚合的树脂，故亦称低压聚合聚乙烯。分子量在1万～300万。与上述的高压法与中压法下生成的树脂比较，有120℃的耐热性，强度高，可得硬质产品。但与中压法相类似，常有触媒残存于成形物中，故电绝缘性能不良。
不同密度聚乙烯的用途分别如下：
(1)低密度者用于制作包装薄膜温室薄膜；
(2)中密度者用于制作杯子、篮子与水桶等；
(3)高密度者用于工业产品的制作，如齿轮、凸轮、密封垫与自动落鎚等。由于聚乙烯的广泛应用，已成为生产量最大的塑料。其重要缺点是难以用粘接剂粘合。除此之外还可以利用共聚合赋予该树脂以粘弹性形成合成橡胶。这种共聚合体有：EVA树脂(聚乙烯与醋酸乙烯酯的共聚合体)；EEA树脂(聚乙烯与丙烯酸乙酯共聚合体)与EMA树脂(聚乙烯与丙烯酸甲脂共聚合体)等。
|
|
毒性
可安全用于食品(FDA，§172.615，2000)。
|
|
|
|
食品添加剂最大允许使用量最大允许残留量标准
| 添加剂中文名称 | 允许使用该种添加剂的食品中文名称 | 添加剂功能 | 最大允许使用量（g/kg） | 最大允许残留量（g/kg） | | 聚乙烯 | 胶基糖果 | 胶基糖果中基础剂物质 | 按生产需要适量使用（有特别规定的除外） | |
|
|
化学性质
低分子量的一般是无色、无臭、无味、无毒的液体。高分子量的纯品是乳白色蜡状固体粉末。 低分子量不溶于水，微溶于松节油、石油醚、甲苯等。高分子量在常温下不溶于已知溶剂中，但在脂肪烃、芳香烃和卤代烃中长时间接触时能溶胀。在70℃以上时可稍溶于甲苯、乙酸戊酯等中。
|
|
用途
可加工制成薄膜、电线电缆护套、管材、各种中空制品、注塑制品、纤维等，广泛用于农业、包装、汽车等行业
|
|
用途
用作工农业产品、食品的包装材料，农作物育苗覆盖膜，渠道、水库防渗膜等
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
用途
用于耐高温抗溶剂防腐电子工业、机电工业、汽车工业、食品工业等
|
|
|
|
用途
用于制作农用、食品及工业包装用薄膜，电线电缆包覆及涂层，合成纸张等
|
|
|
|
用途
用于代替钢材，还可用作特种薄膜、大型容器、大型导管、板材和烧结材料等
|
|
|
|
|
|