低密度聚乙烯

自然 | 化学物质 | 化合物 | 高压聚乙烯

低密度聚乙烯又称高压聚乙烯,常缩写为LDPE。呈乳白色,无味、无臭、无毒,表面无光泽的蜡状颗粒。密度为0.91g/cm3-0.93g/cm3,是聚乙烯树脂中最轻的品种。具有良好的柔软性、延伸性、电绝缘性、透明性、易加工性和定的透气性。其化学稳定性能较好,耐碱、耐一般 有机溶剂 。机械强度、透明性和耐老化性能较差。

产品概述

高压低密度聚乙烯(high pressure-low density polyethylene,HP-LDPE,简写为LDPE)实现工业化已有70多年的历史,尽管随着烯烃聚合催化剂的发现与发展,聚乙烯的品种和产量有了巨大的进展,但高压聚乙烯仍占有重要的地位。 乙烯 在高温高压下以 自由基 机理聚合成高分子量聚乙烯,具有以下特点:

(1)乙烯聚合反应过程是一个强烈的放热过程。乙烯的聚合热约为93.5kJ/mol(或3.3kJ/g),在235MPa、150~300℃下乙烯的 比热容 为2.51~2.85J/(g·℃),反应热如果不能及时移去,每1%乙烯发生聚合将使温度升高12~13℃。如果温度过高,还会导致乙烯分解。

(2)在高压下,乙烯已被压缩到密度为0.5g/mL的气密相状态,近似于不能再压缩的液体,此时乙烯分子间的距离显著缩短,从而增加了 游离基 与乙烯分子的 碰撞概率 ,所以容易发生聚合反应。

(3)高温下增长链的自由基活性大,容易发生 链转移反应 ,所得到的聚合物为带有较多支链的线型结构。通常每1000个碳链原子中含有20~30个支链,结晶度为45%~65%,密度在0.910~0.925g/mL,质轻、具柔性,耐低温性、耐冲击性较好。

生产方法

低密度聚乙烯按聚合方法,可分为高压法和低压法。按照反应器类型可分为釜式法和管式法。以乙烯为原料,送入反应器,在 引发剂 的作用下以高压压缩进行聚合反应,从反应器出来的物料,经分离器除去未反应的乙烯之后,经熔融挤出造粒,干燥、掺合,送去包装。

LDPE和LLDPE都具有很好的流变性或熔融流动性。LLDPE有更小的剪切敏感性,因为它具有窄分子量分布和短支链。在剪切过程中(例如挤塑),LLDPE保持了更大的粘度,因而比相同熔融指数的LDPE难于加工。在挤塑中,LLDPE更低的剪切敏感性使聚合物分子链的应力松弛更快,并且由此物理性质对吹胀比改变的敏感性减小。

在熔体延伸中,LLDPE在各种应变速率下通常都具有较低的粘度。也就是说它将不会象LDPE一样在拉伸时产生应变硬化。随聚乙烯的形变率增加,LDPE显示出粘度的惊人增加,这是由分子链缠结引起。

这种现象在 LLDPE中观察不出,因为在LLDPE中缺少 长支链 使聚合物不缠结。这种性能对薄膜应用极重要.因为 LLDPE薄膜在保持高强度和韧性下较易制更薄薄膜。nLLDPE的流变性可概括为“剪切时刚性”和“延伸时柔软”。当用LLDPE 替代LDPE时薄膜挤塑设备和条件必须做修改。LLDPE的高粘度要求 挤塑机 有更大的功率.并提供更高的熔体温度和压力。模口隙距必须加宽以避免由于产生高背压和熔体断裂而降低产量。

LLDPE的“延伸时柔软”的特性在吹膜过程中是一个缺点。LLDPE的吹塑薄膜膜泡不象 LDPE的那么稳定。一般的单唇风环对 LDPE的稳定足够使用.LLDPE的特有的膜泡要求更完善的双唇风环来稳定。用双唇风环冷却内部膜泡可增加膜泡稳定性,同时在高生产率下提高薄膜生产能力。除了膜泡的更好冷却外,很多薄膜生产厂采用与LDPE共混方法以增强LLDPE溶道理上,LLDPE的挤塑可以在现有 LDPE薄膜 设备上完成,当LDPE的共混物中 LLDPE的浓度达 50%时。加工 100% LLDPE或富含 LLDPE的与LDPE共混材料时,采用一般的LDPE挤塑机,必需改进设备。

根据挤塑机的寿命,要求改进的可能是加宽模口隙距,改良风环,修改螺杆设计以更好挤出,必要时应增加电机功率和 转矩 。对于注塑应用,一般不需改进设备,但加工条件需达最佳化。 滚塑 加工要求LLDPE研磨成均匀颗粒(35筛孔)。加工过程包括用粉末状LLDPE填满模具,加热并双轴向地旋转模具使LLDPE均匀分布。冷却后产品从模具中移出。

生产特点

(1)围绕聚合装置的一系列设备,如 压缩机 、反应器、分离器、管道、泵等设备,都要求能在100MPa以上的超高压下使用,即使是分离工序和回收工序的设备,有的也要求在100-350MPa下操作,因此不论从设备上还是从操作上来看,整个工艺过程都存在着很多难点。

(2)乙烯聚合热比其他单体聚合热高很多。在聚合反应中,一瞬间聚合率就达到10%-20%,甚至30%-40%,因此,在工艺上如何去除聚合热成为工艺流程中的重要课题,也是提高 单程转化率 、降低能耗的关键之一。

(3)反应体系内的聚合产物黏度很大,釜式法工艺中的 釜式反应器 和管式法工艺中的 管式反应器 内壁容易积附聚合物。

(4)如何输送熔融状态的聚合物也有一定的困难。反应压力和温度都影响产物的黏度,这就需要十分注意控制好温度和压力。

(5)从高压分离器出来的循环乙烯中所含低分子量 聚乙烯蜡 状物如何很好地除去也是个问题围绕解决这些问题,各公司开发了多种生产工艺。按反应器类型可分为管式法流程和釜式法流程两大类。管式反应器的主要特点是物流在管内呈柱塞状流动,没有返混现象;反应温度沿反应管的长度而有变化,因此反应温度有最高峰,所以所得聚乙烯的分子量分布较宽。而釜式反应器,物料可以充分混合,所以反应温度均匀,还可以分区操作,以使各反应区具有不同的温度,从而获得分子量分布较窄的聚乙烯。

管式聚合反应器内径通常为2.5~2.7cm的细长型 高压合金钢管 。为了提高单线生产能力,管径增加至5.0~7.5cm。直径与长度之比为1:250~1:40000,管式反应器长900~1500m。反应压力约为200~350MPa,温度为250~330℃,流体速度10~15m/s,单程转化率为20%~34%,单线生产能力最大达10万吨/年。釜式反应器的形状有细长型(图2.2)和矮胖型两种规格。细长型 聚合釜 的内径与长度之比为1:20~1:4,而矮胖型内径与长度比为1:4~1:2,反应压力通常比管式法流程低,为110~250MPa,温度为130~280℃,单程转化率为20%~25%,单线生产能力最大达18万吨/年。釜式反应器一般是将带动搅拌器的电动机安装在釜内,以减少搅拌轴的轴封在设计上的困难。随着机械密封技术的发展,也可以将电动机安装在釜外。釜式反应器已进一步大型化,ICI公司的反应器有1000L,而法国CdF公司的 反应釜 容积达1600L,是世界上最大的反应釜之一。据统计全世界高压法聚乙烯中55%是用管式反应器生产的,其余45%是用釜式反应器生产的。

产品性能

低密度聚乙烯其特征主要有以下几点:

(1)薄膜呈微乳白透明色,柔软。强度比高密度聚乙烯小,抗冲击强度则比高密度聚乙烯大。

(2)耐寒、耐低温及耐较高温度。较厚的薄膜能承受90℃热水浸泡的杀菌过程。

(3)防潮性能比较好,化学性能稳定,不溶于一般溶剂。

(4)有较大的透气性,故用作易氧化的食品包装时,其内容物的贮存期不宜过长。

(5)耐油脂性较差,制品能被缓慢溶涨。包装含油脂食品时,久贮后会使食品出现哈喇味。

(6)长时期受紫外线及热作用会老化,影响其物理性能和介电性能。

(7)熔点为110~115℃,加工温度为150~210℃,若在惰性气体中,温度可达300℃仍稳定。但熔体和氧接触易发生降解作用。

应用领域

低密度聚乙烯的应用范围:适用于调味料、糕点、糖、蜜饯、饼干、奶粉、茶叶、鱼肉松等食品包装。片剂、粉剂等药品包装,衬衫、服装、针织棉制品及化纤制品等纤维制品包装。洗衣粉、洗涤剂、化妆品等 日化用品 包装。由于单层 PE薄膜 的机械性能较差,所以通常用作复合包装袋的内层,即多层 复合薄膜 热封性基材。

发展前景

聚乙烯是结晶型高聚物。按其生产方式可分为高压聚乙烯、 中压聚乙烯低压聚乙烯 ,相应获得低密度聚乙烯(LDPE)、 中密度聚乙烯 (MDPE)和 高密度聚乙烯 (HDPE)。目前由于线型低密度聚乙烯(LLDPE)性能优于普通低密度聚乙烯,发展速度较快,有取代低密度聚乙烯的趋势。

汽车用 聚乙烯塑料 占汽车塑料总用量的5-6%,次于 聚氯乙烯ABS聚丙烯聚氨酯 ,居第五位。聚乙烯主要用于制造空气导管、各种储罐。近几年聚乙烯在汽车上用量基本未增加,但是,轻量化的浪潮却促进了汽油箱塑料化,高分子量高密度聚乙烯(HMWH-DPE)则为主要材料。欧洲已将塑料油箱正式用于汽车。 联邦德国 较早地实现了塑料油箱工业化。日本的研究开发工作进展较快,但汽车行业对其工业化取慎重态度,特别注意观望美国的动向。汽车工业所用聚乙烯基本属于中低压聚乙烯。

中文名
低密度聚乙烯
外文名
Low Density Polyethylene
别名
高压聚乙烯
密度
应用
薄膜产品
分类
塑料材料
聚合方法
高压法和低压法
反应器类型