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聚乙烯(polyethylene ,,簡稱PE)是乙烯經(jīng)聚合制得的一種熱塑性樹脂。在工業(yè)上,,也包括乙烯與少量α-烯烴的共聚物。聚乙烯無臭,,無毒,,手感似蠟,具有優(yōu)良的耐低溫性能(最低使用溫度可達(dá)-100~-70°C),,化學(xué)穩(wěn)定性好,,能耐大多數(shù)酸堿的侵蝕(不耐具有氧化性質(zhì)的酸)。常溫下不溶于一般溶劑,,吸水性小,,電絕緣性優(yōu)良。
聚乙烯1922年由英國ICI公司合成,,1933年,,英國卜內(nèi)門化學(xué)工業(yè)公司發(fā)現(xiàn)乙烯在高壓下可聚合生成聚乙烯。此法于1939年工業(yè)化,,通稱為高壓法,。1953年聯(lián)邦德國K.齊格勒發(fā)現(xiàn)以TiCl4-Al(C2H5)3為催化劑,乙烯在較低壓力下也可聚合,。此法由聯(lián)邦德國赫斯特公司于1955年投入工業(yè)化生產(chǎn),,通稱為低壓法聚乙烯。50年代初期,,美國菲利浦石油公司發(fā)現(xiàn)以氧化鉻-硅鋁膠為催化劑,,乙烯在中壓下可聚合生成高密度聚乙烯,并于1957年實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn),。60年代,,加拿大杜邦公司開始以乙烯和 α-烯烴用溶液法制成低密度聚乙烯。1977年,,美國聯(lián)合碳化物公司和陶氏化學(xué)公司先后采用低壓法制成低密度聚乙烯,,稱作線型低密度聚乙烯,其中以聯(lián)合碳化物公司的氣相法最為重要,。線型低密度聚乙烯性能與低密度聚乙烯相似,,而又兼有高密度聚乙烯的若干特性,加之生產(chǎn)中能量消耗低,,因此發(fā)展極為迅速,,成為最令人注目的新合成樹脂之一。
低壓法的核心技術(shù)在于催化劑,。德國齊格勒發(fā)明的TiCl4-Al(C2H5)3體系為聚烯烴的第一代催化劑,,催化效率較低,每克鈦約得數(shù)千克聚乙烯,。1963年比利時索爾維公司首創(chuàng)以鎂化合物為載體的第二代催化劑,,催化效率達(dá)每克鈦得數(shù)萬至數(shù)十萬克聚乙烯,。采用第二代催化劑還可省去脫除催化劑殘渣的后處理工序。以后又發(fā)展了氣相法高效催化劑,。1975年,,意大利蒙特愛迪生集團(tuán)公司研制成可省去造粒而直接生產(chǎn)球狀聚乙烯的催化劑,被稱作第三代催化劑,,是高密度聚乙烯生產(chǎn)的又一變革,。
聚乙烯對于環(huán)境應(yīng)力(化學(xué)與機械作用)是很敏感的,耐熱老化性差于聚合物的化學(xué)結(jié)構(gòu)和加工條,。聚乙烯可用一般熱塑性塑料的成型方法加工,。用途十分廣泛,主要用來制造薄膜,、包裝材料,、容器、管道,、單絲,、電線電纜、日用品等,,并可作為電視,、雷達(dá)等的高頻絕緣材料。隨著石油化工的發(fā)展,,聚乙烯生產(chǎn)得到迅速發(fā)展,,產(chǎn)量約占塑料總產(chǎn)量的1/4。1983年世界聚乙烯總生產(chǎn)能力為24.65 Mt,,在建裝置能力為3.16 Mt,。2011年最新統(tǒng)計結(jié)果,全球產(chǎn)能達(dá)到96 Mt,,聚乙烯生產(chǎn)的發(fā)展趨勢顯示,,生產(chǎn)消費逐步向亞洲地區(qū)轉(zhuǎn)移,中國日漸成為最重要的消費市場,。
聚乙烯的改性品種主要有氯化聚乙烯,、氯磺化聚乙烯,、交聯(lián)聚乙烯和共混改性品種,。
氯化聚乙烯:以氯部分取代聚乙烯中的氫原子而得到的無規(guī)氯化物。氯化是在光或過氧化物的引發(fā)下進(jìn)行的,,工業(yè)上主要采用水相懸浮法來生產(chǎn),。由于原料聚乙烯的分子量及其分布、支化度及氯化后的氯化度,、氯原子分布和殘存結(jié)晶度的不同,,可得到從橡膠狀到硬質(zhì)塑料狀的氯化聚乙烯,。主要用途是作聚氯乙烯的改性劑,以改善聚氯乙烯抗沖擊性能,。氯化聚乙烯本身還可作為電絕緣材料和地面材料,。
氯磺化聚乙烯:當(dāng)聚乙烯與含有二氧化硫的氯作用時,分子中的部分氫原子被氯和少量的磺酰氯基團(tuán)取代,,就得到氯磺化聚乙烯,。主要的工業(yè)制法為懸浮法。氯磺化聚乙烯耐臭氧,、耐化學(xué)腐蝕,、耐油、耐熱,、耐光,、耐磨和抗拉強度較好,是一種綜合性能良好的彈性體,,可用以制作接觸食品的設(shè)備部件,。
交聯(lián)聚乙烯:采用輻射法(X射線、電子射線或紫外線照射等)或化學(xué)法(過氧化物或有機硅交聯(lián))使線型聚乙烯成為網(wǎng)狀或體型的交聯(lián)聚乙烯,。其中有機硅交聯(lián)法工藝簡單,,操作費用低,且成型與交聯(lián)可分步進(jìn)行,,宜采用吹塑和注射成型,。交聯(lián)聚乙烯的耐熱性、耐環(huán)境應(yīng)力開裂性及機械性能均比聚乙烯有較大提高,,適于作大型管材,、電纜電線以及滾塑制品等。
聚乙烯的共混改性 :將線型低密度聚乙烯和低密度聚乙烯摻混后,,就可用于加工薄膜及其他制品,,產(chǎn)品性能比低密度聚乙烯好。聚乙烯和乙丙橡膠共混可制得用途廣泛的熱塑性彈性體,。
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