聚乙烯(Polyethylene)是五大合成树脂之一,目前我国已是世界上最大的聚乙烯进口国和第二大消费国。聚乙烯主要分为高密度聚乙烯(HDPE)、低密度聚乙烯(LDPE)、线性低密度聚乙烯(LLDPE)三大类。
高密度聚乙烯,HDPE无毒、无味、无臭,密度为0.940~0.976g/cm3,它是在齐格勒催化剂催化下,在低压条件下聚合的产物,所以高密度聚乙烯亦称为低压聚乙烯。
优点:HDPE是一种由乙烯共聚生成结晶度高、非极性的热塑性树脂。原态HDPE的外表呈乳白色,在微薄截面呈一定程度的半透明状。其具有优良的耐大多数生活和工业用化学品的特性,它能抗强氧化剂(浓硝酸)、酸碱盐以及有机溶剂(四氯化碳)的腐蚀和溶解。该聚合物不吸湿并具有好的防水蒸汽性,可用于防潮防渗用途。
缺点:不足之处是耐老化性能和环境应力开裂性不如LDPE,特别是热氧化作用会使其性能降低,所以高密度聚乙烯在制成塑料卷材时添加了抗氧化剂和紫外线吸收剂来改善其不足之处。
低密度聚乙烯,LDPE无毒、无味、无臭,密度为0.910~0.940g/cm3,它是在100~300MPa的高压下,用氧或者有机过氧化物为催化剂聚合而成,也叫高压聚乙烯。
优点:低密度聚乙烯在聚乙烯树脂中是质量最轻的品种。与高密度聚乙烯相比,其结晶度(55%~65%)和软化点(90~100℃)较低;有良好的柔软性、延伸性、透明性、耐寒性和加工性;其化学稳定性较好,可耐酸、碱和盐类水溶液;有良好的电绝缘性和透气性;吸水性低;易燃烧。性质较柔软,具有良好的延伸性、电绝缘性、化学稳定性、加工性能和耐低温性(可耐-70℃)。
缺点:不足之处是其机械强度、隔湿性、隔气性和耐溶剂性较差。分子结构不够规整,结晶度(55%-65%)低,结晶熔点(108-126℃)也较低。其力学强度低于高密度聚乙烯,防渗系数、耐热性和抗日光老化性差,在日光或高温下易老化分解而变色,导致性能下降,所以低密度聚乙烯在制成塑料卷材时添加了抗氧化剂和紫外线吸收剂来改善其不足之处。
线性低密度聚乙烯,LLDPE无毒、无味、无臭,密度处于0.915~0.935g/cm3之间,是乙烯与少量高级α-烯烃(如丁烯-1、己烯-1、辛烯-1、四甲基戊烯-1等)在催化剂作用下,经高压或低压聚合而成的一种共聚物。常规LLDPE的分子结构以其线性主链为特征,只有少量或没有长支链,但包含一些短支链,没有长支链使聚合物的结晶性较高。
LLDPE与LDPE相比具有强度高、韧性好、刚性强、耐热、耐寒等优点,还具有良好的耐环境应力开裂、耐撕裂强度等性能,并可耐酸、碱、有机溶剂等。
茂金属聚乙烯(mPE),mPE同以上的各类PE不一样,它不是用一般的ziegler-Natta催化剂聚合而成的,而是用二茂基氯锆和甲基铝氧化物组成的新型催化剂生成的。特点是具有LLDPE同样的性能,同时也可以用提高温度,或提高剪切力的方法来提高流动性。它在塑料包装上一问世就得到广泛的应用。
超高分子量聚乙烯(UHMWPE),UHMWPE是分子量超过100万的一种聚乙烯,由于分子量特别高,其熔融流动性几乎为零,不适宜一般加工设备来加工,而只适宜于采用热压法或者冷压烧结法加工,现在利用其加入其它PE的掺混法用挤出法也可挤出。目前除了使用于包装容器外,还很少作其他用途。
在聚乙烯的配方设计上应注意以下几点:
(1)各类聚乙烯及其乙烯共聚物。如:乙烯同醋酸乙烯酯(EVA)、乙烯同乙烯醇的共聚物等均有良好的相容性,因此可以共混改性以改善共混物的性能。
(2)同一种产品型式,例如:薄膜,可以用多种生产工艺制造。同一种原料,因生产工艺的不同,制得的产品性能上是会有很大差异的。即使同一种产品同一种原料和生产工艺,使用的工艺参数不同,产品的性能也会有差异,因此,在注意生产配方、工艺外还应注意到生产中的温度、剪切应力、拉伸比等参数。
(3)当使用橡胶与塑料共混改性时,最好使用粉末状的橡胶,或者应使用双辊炼胶机充分与塑料混炼,后切粒再生产,否则橡胶不易分散入塑料中,而在使用功能性材料如:填充剂、抗氧剂、抗静电剂等改性时,最好使用母料,以达到更加均匀的添加效果。
(4)配方的重要原则是在全面满足制品使用要求的情况下使用价格最便宜,生产方法最简单的工艺。
塑料的改性有化学改性和物理改性,共混配方是一种物理改性,层合(Lamination)也是一种改性。即使是二种完全相容的材料,也应当充分混合均匀才能有良好效果。共混物的性能是两个完全相容的物质的性能同它在共混物中的重量百分数的乘积之和。
总结
综上分析,上述材料在不同防渗工程类型中担当着各自重要的任务。HDPE、LDPE及LLDPE三种材料都具有很好的绝缘和防潮、防渗性能,无毒、无味、无臭的性能使其在农业、水产养殖、人工湖、水库、河道上的应用也极其广泛,并得到中国农业部渔业局、上海水产科学研究院、渔业机械仪器研究所的大力推广及普及应用。
在强酸、强碱、强氧化剂和有机溶剂的介质环境中,HDPE和LLDPE的材质性能可以得到很好的发挥和利用,尤其是HDPE在抗强酸、强碱、强氧化性能和抗有机溶剂的特性方面远远高于其他两种材料,所以HDPE防渗防腐卷材在化工、环保行业得到了充分的利用。
而LDPE也拥有很好的耐酸、碱、盐溶液的特性,并且具有良好的延伸性、电绝缘性、化学稳定性、加工性能和耐低温性,所以在农业、蓄水养殖、包装,特别是低温包装和电缆材料上应用较为广泛。