聚乙烯的結(jié)構(gòu)特點以及應(yīng)用發(fā)展探析

秦麗婷

（黑龍江工業(yè)學(xué)院資源工程學(xué)院，黑龍江雞西 158100）

聚乙烯的合成單元是乙烯，由多個乙烯重復(fù)聚合形成聚乙烯。全球有五大類泛用樹脂，其中應(yīng)用最廣泛的是聚乙烯。截至目前，在能夠掌握的工業(yè)技術(shù)中，比較常用的、應(yīng)用范圍較廣的聚乙烯加工方法是熱塑成型法。聚乙烯能夠形成多種聚乙烯產(chǎn)品，其中薄膜產(chǎn)品占有重要地位，在合成薄膜產(chǎn)品時，一般是由低密度聚乙烯和高密度聚乙烯組成，一般情況下，使用77%的低密度聚乙烯和18%的高密度聚乙烯。除了在薄膜產(chǎn)品中會使用聚乙烯，電線電纜產(chǎn)品也離不開聚乙烯，這就意味著塑料工業(yè)中聚乙烯是非常重要的原材料之一。本文主要討論化工材料級聚乙烯，并對該種類型的聚乙烯的特點、應(yīng)用和發(fā)展進行闡述。

1 聚乙烯結(jié)構(gòu)

在聚乙烯的化學(xué)結(jié)構(gòu)中存在多個“-CH2”單元，即便是如此簡單的化學(xué)結(jié)構(gòu)，由于合成條件不同，也會產(chǎn)生許多種類的聚乙烯產(chǎn)品，這些不同種類的聚乙烯產(chǎn)品在性能上會呈現(xiàn)完全不同的性質(zhì)。產(chǎn)生這一現(xiàn)象的主要原因是合成種類和合成條件不同，會導(dǎo)致形成的分子密度和分子結(jié)構(gòu)強度有較大差異。聚乙烯是由乙烯發(fā)生聚合反應(yīng)產(chǎn)生的，聚合反應(yīng)有一定的發(fā)生條件。聚乙烯是熱塑性樹脂的一種，乙烯聚合產(chǎn)生聚乙烯的方法有許多種，聚合方法的差異會導(dǎo)致聚乙烯在化學(xué)結(jié)構(gòu)，聚合物特性等各個方面呈現(xiàn)較大的差異。不同的聚合反應(yīng)會產(chǎn)生分子量不同的聚乙烯，因此根據(jù)這一特性可以將聚乙烯劃分為低密度聚乙烯和高密度聚乙烯。低密度聚乙烯的密度較小，因此由低密度聚乙烯制作的化學(xué)材料硬度較低，在實際應(yīng)用中通常用于農(nóng)業(yè)中的塑料薄膜、生活常用塑料袋等。而高密度聚乙烯密度較大，耐溫耐油性較高，對于惡劣環(huán)境的抵抗力較強，可以對抗一定強度的沖擊，因此這樣的聚乙烯通常會應(yīng)用于注塑以及吹塑等。線性低密度聚乙烯是乙烯在催化劑的作用下與其他烯烴聚合形成的，因為有低密度聚乙烯和高密度聚乙烯都不具備的特性，該種聚乙烯抗彎曲能力強。

2 聚乙烯特點

對于聚乙烯的特點，可以從物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)兩個角度來分析。從物理性質(zhì)角度分析，聚乙烯屬于半透明的材料，在水中可漂浮起來，不傷害人體，在正常情況下不導(dǎo)電。從化學(xué)性質(zhì)角度分析，聚乙烯的化學(xué)性質(zhì)較為穩(wěn)定，在正常的情況下一般不溶于溶劑，但當溶劑溫度在70℃以上，并持續(xù)保持時，低密度聚乙烯會溶于氯仿溶液或甲苯溶液。在正常情況下，聚乙烯較為穩(wěn)定，具有良好的耐腐蝕性，耐鹽酸腐蝕，但不耐硫酸和硝酸腐蝕。在受到紫外線照射時，容易出現(xiàn)光氧化分解現(xiàn)象。塑料加工最常用的材料是聚乙烯，在所有加工時，通常會選用模塑方法。如果選擇其他加工方法，會對材料的密度產(chǎn)生影響。因此想要研究材料的特性，要充分了解所應(yīng)用的加工方法，在此基礎(chǔ)上，對由于加工不同而產(chǎn)生的不同材料特性進行分析。充分了解各個加工方法之間的差異，對后續(xù)了解不同材料之間的物理和化學(xué)特性打下了堅實的基礎(chǔ)。氯乙烯是聚乙烯的加工產(chǎn)物，通過一定的加工后，氯乙烯呈現(xiàn)了較好的耐腐蝕性，這是氯乙烯應(yīng)用中非常重要的一個特性。超高分子量聚乙烯，有著非常良好的耐磨性和高彈性，因此在機加工過程中廣泛地應(yīng)用。只有充分地掌握各種特性，才能針對性地生產(chǎn)和使用聚乙烯材料，即使在生產(chǎn)過程中出現(xiàn)一些差錯，也能夠根據(jù)材料的特性來及時采取彌補措施，從而減少材料的損失，同時在實施措施時也能夠更有針對性。

3 聚乙烯在使用中的性能

超高分子量聚乙烯具有獨特的性質(zhì)，因此有著較為獨特的使用領(lǐng)域。超高分子量聚乙烯有著許多所有產(chǎn)品所擁有的特性，同時具有其他塑料所不具備的耐低溫的特性。極端條件下可在﹣85℃的環(huán)境下保持外形的穩(wěn)定。由于這樣獨特的物理性質(zhì)，超高分子量聚乙烯可以在液態(tài)溫度下保持正常使用，因此在核工業(yè)的低溫部件中，通常會使用超高分子量聚乙烯。與此同時，超高分子量聚乙烯在液氮中也能夠保持不錯的沖擊強度，這一點也是其他塑料無法與之相比的。當超高分子量聚乙烯受到反復(fù)沖擊時，表面的硬度反而會有所提升，這一性能再次將超高分子量聚乙烯的使用范圍進行擴展。除了有最強的耐沖擊性，超高分子量聚乙烯還有最強的耐磨性，這一點主要得益于它超高的分子量，因為耐磨性和相對分子質(zhì)量有直接關(guān)系，實驗表明二者之間成正向關(guān)系，因此超高分子量聚乙烯的耐磨性遠優(yōu)于其他塑料。

4 聚乙烯的加工與應(yīng)用及品種

聚乙烯的加工方法多種多樣，比較常見的是吹塑、擠出、注射成型等，在制造塑料薄膜、中空制品、纖維和日用雜品時都有應(yīng)用。

1）聚乙烯（PE）薄膜：PE具有良好的透氣性，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等方面廣泛應(yīng)用，薄膜的密度越高，透氣性越差。PE膜能夠有效防潮，一般來講，低密度聚乙烯是聚乙烯薄膜的主要原材料，一般生產(chǎn)出來的聚乙烯都被加工成聚乙烯薄膜，該薄膜透光性好，抗拉扯性也較好，因此應(yīng)用十分廣泛，食品、醫(yī)藥、化肥、工業(yè)品等外包裝中經(jīng)常出現(xiàn)，也經(jīng)常用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中。通過擠出法可以將聚乙烯制作為復(fù)合薄膜，復(fù)合薄膜有更出色的抗拉扯性，可以用于包裝重物。

2）聚乙烯中空制品：聚乙烯中空制品一般是由高密度聚乙烯制作而成，這是因為高密度聚乙烯強度較高，瓶、罐等中空制品通常使用高密度聚乙烯，制作一般的中空制品通常使用吹塑法，而對于車罐、貯罐等大型中空制品，一般選用澆鑄法。中空制品中聚乙烯塑料的應(yīng)用是最多的，為了保證中空制品能夠順利成型，生產(chǎn)出更加優(yōu)質(zhì)的中空制品，在原材料的選擇上，要注意不同樹脂的密度和流動速率，這兩個特性的不同會給中空制品的性能有很大的改變。

3）聚乙烯管板材：一般來講中空的管材是通過擠出法生產(chǎn)的。采用高密度聚乙烯制成的管材，一般來講強度更高，更適用于將管道用于地下鋪設(shè)。已經(jīng)制作好的板材，也可以進行二次加工，通過特定的擠出方法和注射方法能夠?qū)⒏呙芏染垡蚁┲谱鳛榈团菽芰?，無論是臺板還是建筑材料中，都有廣泛的應(yīng)用。

4）聚乙烯纖維：聚乙烯纖維在我國還有一個別稱，一般被稱為乙綸，它主要是將低壓聚乙烯進行加工和合成，形成合成纖維。合成纖維在漁業(yè)中有廣泛的應(yīng)用，在漁網(wǎng)和繩索中非常常見。同時超高強度聚乙烯纖維也是防彈背心的重要原材料，同時也能廣泛應(yīng)用于海上作業(yè)。

5）聚乙烯雜品：聚乙烯雜品是用注射成型法生產(chǎn)的，原材料一般使用高密度聚乙烯。主要包括一些簡單的日用品、人造假花、小型容器和一些物品的小零件等。

6）交聯(lián)聚乙烯：這是一種新型的聚乙烯產(chǎn)品，通常用于制作聚乙烯管，這種交聯(lián)聚乙烯在發(fā)達國家已經(jīng)有了比較廣泛的應(yīng)用，這是由于它具有一些突出的優(yōu)點，例如耐腐蝕性要好于其他種類的塑料管，強度和耐溫性能上也有非常出色的表現(xiàn)。在蠕變強度的表現(xiàn)上也極為出色，壽命極長，大概有50a，交聯(lián)聚乙烯管的強度隨時間變化不大，沒有明顯的下降趨勢。由于它的多種優(yōu)良性質(zhì)，使得它比其他的聚乙烯產(chǎn)品展現(xiàn)出了更好的耐熱性、更大的拉伸強度、更明顯的熱收縮性和更優(yōu)良的阻隔性，因此其用途也在不斷增加，現(xiàn)在主要用于熱收縮包裝薄膜。

5 聚乙烯的改性及其發(fā)展

聚乙烯因其多種優(yōu)良特性而取得了廣泛的應(yīng)用，但正是由于這樣的特性，在生產(chǎn)中也有許多不足之處。首先由于聚乙烯的分子鏈較長，因此在生產(chǎn)和聚合時容易產(chǎn)生鏈纏結(jié)；將其熔化成為液體時，熔體之間更容易出現(xiàn)黏結(jié)，同時熔體易出現(xiàn)破裂情況，這樣的特性不利于聚乙烯材料的成型和加工。同時一般的聚乙烯材料的表面硬度低，因此在抗磨損性上表現(xiàn)較差，同時聚乙烯材料很容易出現(xiàn)熱變形，熱變形的臨界溫度較低。因此為了擴展聚乙烯材料的應(yīng)用范圍，使其能夠在更加極端的場合中應(yīng)用，可以對具體的性能進行改變，對聚乙烯的缺陷之處進行改性，而不改變其原有的優(yōu)良特性。

一般需要對其性質(zhì)進行改變的聚乙烯產(chǎn)品包括氯化聚乙烯、氯磺化聚乙烯、交聯(lián)聚乙烯和共混改性品種。

1）氯化聚乙烯是將氯原子對聚乙烯中的氫原子進行取代而形成的氯化物。氯化反應(yīng)的發(fā)生是有特殊條件的，一般是在有光的情況下或是通過過氧化物的參與來產(chǎn)生的反應(yīng)。根據(jù)結(jié)構(gòu)和用途不同，氯化聚乙烯可分為樹脂型氯化聚乙烯(CPE)和彈性體型氯化聚乙烯(CM)兩大類。熱塑性樹脂除了可以單獨使用以外，還可以與聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、ABS等樹脂甚至聚氨酯(PU)共混使用。在橡膠工業(yè)中，CPE可作為高性能、高質(zhì)量的特種橡膠，也可以與乙丙橡膠(EPR)、丁基橡膠(IIR)、丁腈橡膠(NBR)、氯磺化聚乙烯(CSM)等其他橡膠共混使用。

2）氯磺化聚乙烯是當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取代，就得到氯磺化聚乙烯。在工業(yè)制作中，一般采用懸浮法，氯磺化聚乙烯有著較好的綜合性能，不易被化學(xué)藥品腐蝕，表面耐磨，抗拉扯性強，耐高溫，在食品制作設(shè)備中應(yīng)用十分廣泛。

3）交聯(lián)聚乙烯是通過改變線性聚乙烯的結(jié)構(gòu)，使其成為網(wǎng)狀的交聯(lián)聚乙烯，采用的方法可以是輻射法或使用化學(xué)試劑進行改性。有機硅交聯(lián)法是其中較為簡單的一種，不僅操作較為簡單，工藝也不復(fù)雜，同時耗費的成本較低。最關(guān)鍵的是，聚乙烯的成型過程和改性的交聯(lián)過程可以分步進行。經(jīng)過改性后的交聯(lián)聚乙烯有著非常出色的性能，耐熱性有了大幅提升，耐環(huán)境應(yīng)力開裂性更好，機械性能也有了較大改善，這在大型管材的應(yīng)用都得到體現(xiàn)。

聚乙烯的共混改性是將兩種低密度聚乙烯摻和后進行改性，一種是普通的低密度聚乙烯，另一種是線性低密度聚乙烯，摻混后加工而成的薄膜等聚乙烯產(chǎn)品。其性能要比低密度聚乙烯和線性低密度聚乙烯的性能好。聚乙烯是使用最廣泛、產(chǎn)量最大、產(chǎn)品開發(fā)不斷的一種合成樹脂。要想對聚乙烯的性能有很大程度的提升，主要是要選擇合適的催化劑。茂金屬催化劑是一種非常優(yōu)秀的催化劑，它的催化能力極強，在它的催化作用下，大多數(shù)的共聚體和乙烯能夠?qū)崿F(xiàn)共聚，這是一般催化劑難以實現(xiàn)的。另外茂金屬催化劑在環(huán)烯聚合過程中，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)開環(huán)聚合，還能夠?qū)崿F(xiàn)雙鍵加成聚合。近些年隨著我國經(jīng)濟實力的不斷增強，合成樹脂工業(yè)有了更加良好的發(fā)展環(huán)境，各行業(yè)的發(fā)展對于薄膜、管材、合成纖維等材料的需求增加也會促進聚乙烯產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，可以預(yù)見的是聚乙烯產(chǎn)業(yè)仍將高速發(fā)展，擁有著更加良好的發(fā)展前景。

6 結(jié)束語

近幾十年來，我國經(jīng)濟高速發(fā)展，各行各業(yè)都有了長足的進步。聚乙烯由于其良好的物理和化學(xué)性質(zhì)，在不同的行業(yè)中都有著非常廣泛的應(yīng)用，合成樹脂工業(yè)的發(fā)展也為聚乙烯的生產(chǎn)帶來了全新的發(fā)展契機。目前，我國的PE薄膜已經(jīng)出口到全球，并且出口量巨大，而我國聚乙烯產(chǎn)業(yè)仍有進一步發(fā)展空間。正因如此，更應(yīng)當掌握聚乙烯的各種特性，包括合成聚乙烯的不同方法和合成條件，并對相關(guān)環(huán)節(jié)進行優(yōu)化，以生產(chǎn)出性能更好、現(xiàn)實中應(yīng)用價值更大的聚乙烯產(chǎn)品，助力我國生產(chǎn)制造業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展。