聚烯烴樹脂的結(jié)構(gòu)與性能

1、聚烯烴樹脂的結(jié)構(gòu)與性能,聚烯烴樹脂,聚烯烴是烯烴的聚合物。聚烯烴樹脂是由乙烯、丙烯、1-丁烯、1-戊烯、1-己烯、1-辛烯、4-甲基-1-戊烯等-烯烴以及某些環(huán)烯烴單獨(dú)聚合或共聚合而得到的一類熱塑性樹脂的總稱。,聚乙烯樹脂的結(jié)構(gòu)與性能,聚烯烴樹脂，由于其綜合性能較好，加工成型容易，熱分解溫度較高(一般在315C以上)，是應(yīng)用廣泛的非熱敏性通用結(jié)晶型樹脂。 聚烯烴的制品有很多品種。如乙烯、丙烯、丁烯、戊烯、己烯、辛烯等。以乙烯為例，又有LDPE、LLDPE、HDPE、UHMWPE、茂金屬mPE等。,聚烯烴的結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系,聚烯烴的結(jié)構(gòu)與性能有著非常密切的關(guān)系，下面舉例來說明： （1）控制產(chǎn)

2、物的分子量及其分布，可以較大程度的調(diào)節(jié)產(chǎn)物的物理力學(xué)性能和它的加工性能，獲得多品質(zhì)的產(chǎn)品，從而在較大程度上可以根據(jù)使用的需求對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行較廣范圍的選擇。我們聚乙烯為例來說，超高分子量的聚乙烯是性能優(yōu)異的工程塑料，然而分子量分布很寬分子量大概在幾萬的聚乙烯可以用作高強(qiáng)度纖維，而分子量分布較寬的聚乙烯是易于加工的通用塑料制品。由此可見，對(duì)于不同分子量和分子量分布的聚乙烯來說，分子量及分子量也即聚乙烯的結(jié)構(gòu)范疇，其微觀結(jié)構(gòu)決定著其宏觀性能。如：強(qiáng)度，模量，加工性能等。,聚烯烴的結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系,（2）不光是分子量與分子量分布與聚烯烴的性能密切相關(guān)，并且其結(jié)構(gòu)的立體規(guī)整性也在很大的程度上決定著聚烯烴

3、的性能。比如說，用聚丙烯作為例子，由于立體規(guī)整性的差別，從微觀上看是丙烯分子側(cè)基-甲基的空間相對(duì)位置的差異所導(dǎo)致的。對(duì)于聚合得到的三類聚丙烯來說，首先，全同立構(gòu)聚丙烯是高結(jié)晶高熔點(diǎn)塑料，間規(guī)立構(gòu)聚丙烯是半結(jié)晶性的耐沖擊熱塑性彈性體，無規(guī)立構(gòu)聚丙烯被用作橡膠、改性劑。,聚烯烴的結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系,除了這兩個(gè)最典型的例子，其余例子還有很多，比如 （3）不同烴基的二元或三元共聚。可以獲得性能差異很大的線型低密度聚乙烯塑料彈性體超低分子量聚乙烯，以及強(qiáng)度和加工性能很好的塑料合金等。再比如說 （4）含有不同烴基的極性單體共聚，實(shí)現(xiàn)烯烴的功能化。這樣的手段將會(huì)使我們獲得性能優(yōu)于ABS等的一系列工程塑料和

4、新材料。,影響聚乙烯的性能的因素,決定PE性能的三個(gè)重要方面：,化學(xué)結(jié)構(gòu),結(jié)晶性,相對(duì)分子質(zhì)量,化學(xué)結(jié)構(gòu)對(duì)PE性能的影響,聚乙烯是碳?xì)浠?，屬于高分子長鏈脂肪烴，為非極性聚合物，分子間作用力小，力學(xué)強(qiáng)度較低，易燃。 聚乙烯當(dāng)中存在著支鏈，這是在聚合過程中，由鏈轉(zhuǎn)移反應(yīng)造成的。長支鏈的存在對(duì)PE的結(jié)晶度有非常大的影響。 PE分子主鏈上不但有不同數(shù)量和長度的支鏈結(jié)構(gòu)，而且分子鏈中還存在的雙鍵結(jié)構(gòu)。 雙鍵結(jié)構(gòu)和聚合過程中殘留在樹脂中的極少量催化劑對(duì)PE的電性能和老化性能有不良影響。,結(jié)晶性對(duì)PE性能的影響,1,PE分子間力小，分子鏈柔順性好，基本結(jié)構(gòu)簡單、規(guī)整，結(jié)晶能力強(qiáng)。無論哪一種聚合方法得到的P

5、E都具有結(jié)晶結(jié)構(gòu)。 PE的結(jié)晶分子鏈支化度的影響，隨著支化度增加，降低了大分子鏈的規(guī)整性和對(duì)稱性，結(jié)晶能力隨之降低。 PE結(jié)晶區(qū)域通常為球晶結(jié)構(gòu)。當(dāng)球徑大小接近或超過可見光波長時(shí)，由于光線漫射而呈乳白色，因而純凈的PE樹脂在常溫下呈乳白色半透明狀，HDPE的潔凈度要高于LDPE，它的透明性更差。,相對(duì)分子質(zhì)量對(duì)PE性能的影響,PE的相對(duì)分子質(zhì)量通常在1.5萬到30萬之間。隨著相對(duì)分子質(zhì)量的提高，PE的力學(xué)性能，耐低溫性能，耐環(huán)境應(yīng)力開裂性能都有所提高。但熔體粘度也隨之增大，成型加工性能變差。 相對(duì)分子量分布較窄時(shí)，材料力學(xué)性能較好，但熔體的彈性增加，易出現(xiàn)熔體破裂現(xiàn)象，相對(duì)分子質(zhì)量分布較寬時(shí)熔

6、體流動(dòng)性好，對(duì)成型加工有利。,聚丙烯樹脂的結(jié)構(gòu)與性能,PP是線型碳?xì)渚酆衔?，在物理性能、化學(xué)性能、電性能和衛(wèi)生性等方面與聚乙烯相似。 按大分子鏈中甲基的空間排列方式不同，PP可分為等規(guī)、間規(guī)和無規(guī)三種立構(gòu)。同樣，PP的化學(xué)結(jié)構(gòu)，結(jié)晶性和相對(duì)分子質(zhì)量，與其性能有密切的關(guān)系。,化學(xué)結(jié)構(gòu)對(duì)PP性能的影響,聚丙烯分子鏈中甲基的存在賦予主鏈一定的剛性，分子的對(duì)稱性亦降低，前者的效應(yīng)使其結(jié)晶熔融溫度升高，后者的效應(yīng)又使熔融溫度降低，但由于使用齊格勒-納塔催化劑可制得高度規(guī)整性的PP，因而二者的凈效應(yīng)使PP的熔點(diǎn)比高密度PE提高了約40。同時(shí)，力學(xué)性能有所提高。 由于等規(guī)PP分子鏈具有高度的立構(gòu)規(guī)整性，很容

7、易結(jié)晶，因而具有較高的力學(xué)強(qiáng)度，是目前工業(yè)生產(chǎn)的主要品種，產(chǎn)量占PP總產(chǎn)量的95%左右。,結(jié)晶性對(duì)PP性能的影響,PP具有很強(qiáng)的結(jié)晶能力，結(jié)晶速率和結(jié)晶度與等規(guī)度，和相對(duì)分子質(zhì)量有關(guān)，PP的等規(guī)度越高，結(jié)晶速率越大，結(jié)晶度越高。相對(duì)分子質(zhì)量越大，大分子鏈擴(kuò)散越困難，結(jié)晶速率減小，結(jié)晶度趨低。,相對(duì)分子質(zhì)量對(duì)PP性能的影響,相對(duì)分子質(zhì)量分布越大，拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率越小。 相對(duì)分子質(zhì)量分布大致相同而相對(duì)分子質(zhì)量增加時(shí)，PP的熔體流動(dòng)性能變差，熔體強(qiáng)度增大。 相對(duì)分子質(zhì)量接近而分布增寬時(shí)，熔體的流動(dòng)性變化不大，但材料的力學(xué)強(qiáng)度降低。,聚烯烴功能化的研究進(jìn)展,直接聚合法： 直接功能化是指將烯烴與極性

8、單體（被保護(hù)或不保護(hù)）直接共聚，生成含有極性基團(tuán)的共聚烯烴。這個(gè)共聚過程是在Ziegler-Natta催化劑、茂金屬催化劑、后過渡金屬催化劑等催化劑作用下實(shí)施共聚的。這種方法的優(yōu)勢(shì)是直接引入功能性基團(tuán)，對(duì)于功能化過程一步完成，由于步驟較少，故效率比較理想。但是直接共聚法過程中存在著催化劑和副反應(yīng)等問題。其主要原因是各種催化劑中的路易斯酸組分(Ti，Zr，Hf，V，Al等)容易與功能性單體中的氮氧和鹵素的孤電子對(duì)復(fù)合，影響這些組分和雙鍵的電子反應(yīng)，從而降低催化劑與功能團(tuán)形成的復(fù)合物的活性聚合點(diǎn)的活性。所以，必須防止催化劑中毒和副反應(yīng)的發(fā)生。對(duì)于直接共聚法來說，目前的研究主要放在保護(hù)功能性基團(tuán)免受催化劑中毒和使用親氧性較弱和對(duì)異性原子穩(wěn)定性較強(qiáng)的催化劑這兩大方面。,反應(yīng)性功能法： 反應(yīng)性功能化方法是一種較新的聚烯烴