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,,手感似蠟,具有優(yōu)良的耐低溫性能(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(shí)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,成為令人注目的新合成樹脂之一。
聚乙烯對(duì)于環(huán)境應(yīng)力(化學(xué)與機(jī)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(見塑料加工)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年新統(tǒng)計(jì)結(jié)果,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(fèi)逐步向亞洲地區(qū)轉(zhuǎn)移,中國日漸成為重要的消費(fèi)市場。
其分子量在1萬~10萬范圍內(nèi)。分子量超過10萬的則為分子量聚乙烯。分子量越高,其物理力學(xué)性能越好,越接近工程材料的要求水平。但分子量越高,其加工的難度也隨之增大。聚乙烯熔點(diǎn)為100~130℃其耐低溫性能優(yōu)良。在-60℃下仍可保持良好的力學(xué)性能,但使用溫度在80~110℃。
聚乙烯的耐熱性不高,隨相對(duì)分子質(zhì)量和結(jié)晶度的提高有所改善。耐低溫性能好,脆性溫度一般可達(dá)-50℃以下;并隨相對(duì)分子質(zhì)量的增大,低可達(dá)-140℃。聚乙烯的線膨脹系數(shù)大,高可達(dá)(20~24)×10-5/K。熱導(dǎo)率較高。
因LDPE、HDPE的流動(dòng)性好,加工溫度低,粘度大小適中,分解溫度低,在惰性氣體中高溫度300℃不分解,所以是一種加工性能很好的塑料。但LLDPE的粘度稍高,需要增加電機(jī)功率20%~30%;易發(fā)生熔體破裂,需增加口模間隙和加入加工助劑;加工溫度稍高,可達(dá)200~215℃。聚乙烯的吸水率低,加工前不需要干燥處理。
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。
用氧或過氧化物等作引發(fā)劑,使乙烯聚合為低密度聚乙烯的方法。乙烯經(jīng)二級(jí)壓縮后進(jìn)入反應(yīng)器,在壓力100~300 MPa、溫度200~300℃及引發(fā)劑作用下聚合為聚乙烯,反應(yīng)物經(jīng)減壓分離,使未反應(yīng)的乙烯回收后循環(huán)使用,熔融狀的聚乙烯在加入塑料助劑后擠出造粒。