聚乙烯

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聚乙烯分子
PE膠製品
聚乙烯水箱

聚乙烯polyethylene,簡稱:PE)是日常生活中最常用的高分子材料之一,大量用於製造塑料袋,塑料薄膜,牛奶桶的產品,也是白色污染的主要原因。

結構[編輯]

基本結構為  \rm - (CH_2 - CH_2) - _n (單鏈,無交聯)

性質[編輯]

化學性質[編輯]

聚乙烯抗多種有機溶劑,抗多種酸鹼腐蝕,但是不抗氧化性酸,例如硝酸。在氧化性環境中聚乙烯會被氧化。

物理性質[編輯]

聚乙烯在薄膜狀態下可以被認為是透明的,但是在塊狀存在的時候由於其內部存在大量的晶體,會發生強烈的光散射而不透明。聚乙烯結晶的程度受到其枝鏈的個數的影響,枝鏈越多,越難以結晶。聚乙烯的晶體融化溫度也受到枝鏈個數的影響,分布於從90攝氏度到130攝氏度的範圍,枝鏈越多融化溫度越低。聚乙烯單晶通常可以通過把高密度聚乙烯在130攝氏度以上的環境中溶於二甲苯中製備。

分類[編輯]

聚乙烯有

  • 高密度聚乙烯HDPE, High Density Polyethylene)又稱低壓聚乙烯,因為在低壓下生產,含有較多長鏈,因此密度高。主要用於製造各種注塑吹塑和擠出成型製品。
  • 中密度聚乙烯MDPE, Medium Density Polyethylene)
  • 低密度聚乙烯LDPE, Low Density Polyethylene)用高壓法(147.17—196.2MPa)生產,支鏈較多,強度低,多用來生產薄膜製品。
  • 線性低密度聚乙烯LLDPE, Linear Low Density Polyethylene)等多種產品。

高密度聚乙烯[編輯]

高密度聚乙烯通常使用Ziegler-Natta(齊格勒-納塔催化劑)聚合法製造,其特點是分子鏈上沒有支鏈,因此分子鏈排布規整,具有較高的密度。該過程在管式或釜式低壓反應器中以乙烯為原料,用氧或有機過氧化物為引發劑引發聚合反應。

高密度聚乙烯屬環保材質,加熱達到熔點,即可回收再利用。須知塑膠原料可大分為兩大類:「熱塑性塑膠」(Thermoplastic)及「熱固性塑膠」(Thermosetting),「熱固性塑膠」是加熱到一定溫度後變成固化狀態,即使繼續加熱也無法改變其狀態,因此,有環保問題的產品是「熱固性塑膠」的產品(如輪胎),並非是「熱塑性塑膠」的產品(如:夾板),所以並非所有「塑膠」皆不環保。

高密度聚乙烯的高度結晶,因此外觀上也就呈現出不透明的狀態(高分子材料不同於鑽石,結晶度高往往會降低透明度),並且硬度也更高,甚至有點脆生生的感覺。正是因為高強度不怕摔而且不透光,奶製品常常偏好此種塑料。這種塑料耐水耐油性都非常出色,因此適應性很廣。一般攝氏100度以上才會容易變形。這種塑料還特別耐酸耐鹼耐腐蝕,所以工業中也是應用極為普遍。

U+2674 DejaVu Sans.svg塑膠分類標誌中,高密度聚乙烯(HDPE)代碼是2。

低密度聚乙烯

低密度聚乙烯[編輯]

U+2676 DejaVu Sans.svg

低密度聚乙烯通常使用高溫高壓下的自由基聚合生成,由於在反應過程中的鏈轉移反應,在分子鏈上生出許多支鏈。這些支鏈妨礙了分子鏈的整齊排布,因此密度較低。其結構如下圖所示。非常軟而且有些黏,同時由於結晶度很低,LDPE的透明度比較高,所以我們日常生活中主要在保鮮膜、塑料袋等方面。耐油性耐水性比較低。

塑膠分類標誌中,低密度聚乙烯(LDPE)代碼是4。

線性低密度聚乙烯[編輯]

線性低密度聚乙烯是通過在聚乙烯的主鏈上共聚一些具有短支鏈的共聚物生成的。

歷史[編輯]

1898年,聚乙烯最早由德國化學家Hans von Pechmann在一次試驗事故中合成的。1933年,ICI Chemicals(英國帝國化學公司)公司的Eric Fawcett和Reginald Gibson在另外一次試驗事故中使用乙烯在高壓狀態下合成了聚乙烯。

1935年,ICI Chemicals公司的Michael Perrin發明了可控高壓聚乙烯合成方法。1939年,低密度聚乙烯開始使用高壓法工業化生產。1951年,Philips Petroleum公司的化學家Robert Banks 和 John Hogan發明了使用三氧化鉻作為催化劑的合成方法。 

1953年,德國化學家卡爾·齊格勒(Karl Ziegler)發明了使用鹵化鈦作為催化劑的合成方法, 這種催化劑稱為齊格勒-納塔催化劑。1976年,德國化學家Walter Kaminsky和Hansjörg Sinn發明了金屬茂合物催化劑。

生產與應用[編輯]

聚乙烯產品通常摻加大量各種添加劑以抗氧化等環境因素破壞。聚乙烯還可以和一些人造橡膠產品混合在一起增加抗衝擊能力。

中國聚乙烯消費結構分析[編輯]

聚乙烯在中國應用相當廣泛,薄膜是其最大的用戶,約消耗低密度聚乙烯77%,高密度聚乙烯的18%,另外,注塑製品、電線電纜、中空製品等都在其消費結構中佔有較大的比例。

參考資料[編輯]