材料科学基础课程论文20115052012王玉宏

《材料科学基础课程论文》学院化学化工学院专业应用化学年级2011级姓名王玉宏论文题目《高分子材料—聚乙烯性能及其生产工艺的研究》指导教师许东利职称讲师成绩2014年5月20日学号：20115052012目录摘要....................................................错误!未定义书签。关键词...................................................错误!未定义书签。Abstract.................................................错误!未定义书签。Keywords.................................................错误!未定义书签。引言...................................................错误!未定义书签。1聚乙烯简介............................................错误!未定义书签。1.1聚乙烯结构式.....................................错误!未定义书签。2聚乙烯性能............................................错误!未定义书签。2.1聚乙烯物理性质...................................错误!未定义书签。2.2聚乙烯化学性质...................................错误!未定义书签。2.3力学性能.........................................错误!未定义书签。2.4热学性能........................................错误!未定义书签。2.5电学性能.........................................错误!未定义书签。2.6环境性能.........................................错误!未定义书签。3聚乙烯种类及制备方法...............................错误!未定义书签。3.1聚乙烯种类.......................................错误!未定义书签。3.2制备方法........................................错误!未定义书签。3.2.1高压法........................................错误!未定义书签。3.2.2低压法.........................................错误!未定义书签。3.3.3中压法.........................................错误!未定义书签。4结论..................................................错误!未定义书签。参考文献.................................................错误!未定义书签。聚乙烯性能及其生产工艺的研究学生姓名：王玉宏学号：20115052012化学化工学院应用化学专业指导教师：许东利职称：讲师摘要：聚乙烯以优良的力学性能、加工性能、耐化学性等成为最主要的聚烯烃塑料品种，大量用于生产薄膜、包装和管材等。聚乙烯按其生产方法的不同，有高压法聚乙烯、中压法聚乙烯和低压法聚乙烯三种之分。三种方法各有优缺点，在工业上并存的。因为聚乙烯的非极性和低刚性限制了其在某些领域的应用，这可以通过接枝改性、共聚改性、交联改性、氯化及氯磺化改性和等离子体改性等一些化学改性方法使其在应用上更加广泛。关键词：聚乙烯；制备；改性Abstract:Polyethylenewithgoodmechanicalproperties,processingproperties,chemicalresistanceandbecomethemainpolyolefinplasticvarieties,alargenumberofusedintheproductionofthinfilm,packagingandpipe,etc.Polyethyleneaccordingtoitsproductionmethodisdifferent,havehighpressuremethodpolyethylene,mediumpressuremethodofpolyethyleneandlowpressuremethodpolyethylenethreecent.Threekindsofmethodhasitsadvantagesanddisadvantages,inindustryofcoexistence.Keywords:polyethylene;Preparation,modified引言聚乙烯产品在我们的日常生活中十分普遍，例如食品和药品的包装袋、电线电缆绝缘、管材等。因此，聚乙烯生产量是非常具大的。是日常生活中最常用的高分子材料之一，大量用于制造塑料袋，塑料薄膜，牛奶桶等产品。同时适用于中空吹塑、注塑和挤出各种制品，如各种容器、网、打包带，并可用作电缆覆层、管材、异型材、片材等。1聚乙烯简介【1】聚乙烯是目前全球产量和消耗量最大的五大合成树脂之首,主要品种有低密度聚乙烯(LDPE)、高密度聚乙烯（HDPE）和线性低密度聚乙烯（LLDPE）等。1.1聚乙烯结构式聚乙烯是结构最简单的高分子，也是应用最广泛的高分子材料。它是由重复的–CH2–单元连接而成的。聚乙烯是通过乙烯（CH2=CH2）的加成聚合而成的。聚乙烯的性能取决于它的聚合方式。在中等压力(15-30大气压)有机化合物催化条件下进行Ziegler-Natta聚合而成的是高密度聚乙烯(HDPE)。这种条件下聚合的聚乙烯分子是线性的，且分子链很长，分子量高达几十万。如果是在高压力(100-300MPa)，高温(190–210C)，过氧化物催化条件下自由基聚合，生产出的则是低密度聚乙烯(LDPE)，它是支化结构的。2．聚乙烯性能【2】2.1聚乙烯物理性质聚乙烯树脂为无毒、无味的白色粉末或颗粒，外观呈乳白色，有似蜡的手感，吸水率低，小于0.01%。聚乙烯膜透明，并随结晶度的提高而降低。聚乙烯膜的透水率低但透气性较大，不适于保鲜包装而适于防潮包装。易燃、氧指数为17.4，燃烧时低烟，有少量熔融落滴，火焰上黄下蓝，有石蜡气味。聚乙烯的耐水性较好。2.2聚乙烯化学性质聚乙烯有优异的化学稳定性，室温下耐盐酸、氢氟酸、磷酸、甲酸、胺类、氢氧化钠、氢氧化钾等各种化学物质，硝酸和硫酸对聚乙烯有较强的破坏作用。聚乙烯容易光氧化、热氧化、臭氧分解，在紫外线作用下容易发生降解，碳黑对聚乙烯有优异的光屏蔽作用。受辐射后可发生交联、断链、形成不饱和基团等反映。聚乙烯抗多种有机溶剂，抗多种酸碱腐蚀，但是不抗氧化性酸，例如硝酸。在氧化性环境中聚乙烯会被氧化。2.3力学性能聚乙烯的力学性能一般，拉伸强度较低，抗蠕变性不好，耐冲击性好。冲击强度LDPE＞LLDPE＞HDPE【3】，其他力学性能LDPE＜LLDPE＜HDPE，主要受密度、结晶度和相对分子质量的影响，随着这几项指标的提高，其力学性能增大。耐环境应力开裂性不好，但当相对分子质量增加时，有所改善。耐穿刺性好，其中LLDPE最好。2.4热学性能聚乙烯的耐热性不高，随相对分子质量和结晶度的提高有所改善。耐低温性能好，脆性温度一般可达－50℃以下；并随相对分子质量增大，最低可达－140℃。聚乙烯的线膨胀系数大，最高可达（20～24）×10－5/K。热导率较高。2.5电学性能因聚乙烯无极性，所以具有介电损耗低、介电强度大的电性能优异，即可以做调频绝缘材料、耐电晕性塑料，又可以做高压绝缘材料。2.6环境性能聚合过程中易产生羰基，当日光照射时，使制品变脆。某些高能射线照射PE时，使PE发生交联，改变其结晶度，长期照射会引起变色并变为橡胶状物【4】。PE会产生环境应力开裂现象，是聚烯烃特有的现象。3．聚乙烯种类及制备方法【5】3.1聚乙烯种类【6】聚乙烯有多种分类方法,主要按密度分类:①高密度聚乙烯，是不透明的白色粉末,造粒后为乳白色颗粒,分子为线型结构，很少支化现象,是较典型的结晶高聚物。机械性能均优于低密度聚乙烯，熔点比低密度聚乙烯高，约126～136℃，其脆化温度比低密度聚乙烯低,约-100～-140℃。②低密度聚乙烯,是无色、半透明颗粒，分子中有长支链，分子间排列不紧密。③线型低密度聚乙烯，是通过在聚乙烯的主链上共聚一些具有短支链的共聚物生成的。分子中一般只有短支链存在，机械性能介于高密度和低密度聚乙烯两者之间，熔点比普通低密度聚乙烯高15℃，耐低温性能也比低密度聚乙烯好，耐环境应力开裂性比普通低密度聚乙烯高数十倍。3.2制备方法生产方法：分为高压法、低压法、中压法三种。高压法用来生产低密度聚乙烯，这种方法开发得早，用此法生产的聚乙烯至今约占聚乙烯总产量的2/3,但随着生产技术和催化剂的发展，其增长速度已大大落后于低压法。低压法就其实施方法来说，有淤浆法、溶液法和气相法。淤浆法【8】主要用于生产高密度聚乙烯，而溶液法和气相法不仅可以生产高密度聚乙烯，还可通过加共聚单体，生产中、低密度聚乙烯，也称为线型低密度聚乙烯。3.2.1高压法用氧或过氧化物等作引发剂，使乙烯聚合为低密度聚乙烯的方法。乙烯经二级压缩后进入反应器(图3)，在压力100～300MPa、温度200～300℃及引发剂作用下聚合为聚乙烯，反应物经减压分离，使未反应的乙烯回收后循环使用，熔融状的聚乙烯在加入塑料助剂后挤出造粒。（见彩图）所用聚合反应器有管式反应器(管长可达2000m)和釜式反应器两种。管式法流程的单程转化率20％～34％，单线年生产能力100kt。釜式法流程的单程转化率20％～25％，单线年生产能力180kt。3.2.2低压法【9】分淤浆法、溶液法和气相法三种，除溶液法外，聚合压力都在2MPa以下。一般步骤有催化剂的配制、乙烯聚合、聚合物的分离和造粒等。①淤浆法生成的聚乙烯不溶于溶剂而呈淤浆状。淤浆法聚合条件温和，易于操作，常用烷基铝作活化剂，氢气作分子量调节剂，多采用釜式反应器。生产过程中还包括溶剂回收、溶剂精制等步骤。采用不同的聚合釜串联或并联的组合方式，可以得到不同分子量分布的产品。②溶液法聚合在溶剂中进行，但乙烯和聚乙烯均溶于溶剂中,反应体系为均相溶液。反应温度(≥140℃)、压力(4～5MPa)较高。特点是聚合时间短，生产强度大，可兼产高、中、低三种密度的聚乙烯，能较好地控制产品的性质；但溶液法所得聚合物分子量较低，分子量分布窄，固体物含量较低。③气相法乙烯在气态下聚合,一般采用流化床反应器。催化剂有铬系和钛系两种，由贮罐定量加入到床层内，用高速乙烯循环以维持床层流态化，并排除聚合反应热。气相法是生产线型低密度聚乙烯最主要的方法，气相法省去了溶剂回收和聚合物干燥等工序，且比溶液法节省投资15％和操作成本10％。为传统高压法投资的30％,操作费的1/6。因而得到了迅速发展。但气相法在产品质量及品种上有待进一步改进。3.2.3中压法用负载于硅胶上的铬系催化剂，在环管反应器中，使乙烯在中压下聚合，生产高密度聚乙烯。加工和应用可用吹塑、挤出、注射成型等方法加工，广泛应用于制造薄膜、中空制品、纤维和日用杂品等。在实际生产中，为了提高聚乙烯对紫外线和氧化作用的稳定性，改善加工及使用性能，需加入少量塑料助剂。常用的紫外线吸收剂为邻羟基二苯甲酮或其烷氧基衍生物等，炭黑是优良的紫外线屏蔽剂。此外，还加入抗氧剂、润滑剂、着色剂等，使聚乙烯的应用范围更加扩大。结论塑料工业已是世界上发展最迅速的工业领域之一，是一种产量最大、用途广泛的热塑性通用材料，简称PE。它是由乙