Il polietilene (PE in breve) è una resina termoplastica ottenuta polimerizzando l'etilene. Comprende anche copolimeri di etilene con una piccola quantità di α-olefina. Il polietilene presenta molti vantaggi, come una sensazione inodore, non tossica, simile alla cera, una buona resistenza alle basse temperature, una buona stabilità chimica e la capacità di resistere all'erosione della maggior parte degli acidi e degli alcali. A temperatura ambiente è insolubile nei solventi generali, assorbe meno acqua e ha buone proprietà di isolamento elettrico.
Il polietilene è un composto polimerico semicristallino che può essere polimerizzato con monomero di etilene mediante metodi ad alta, media e bassa pressione. Inoltre, sono disponibili metodi in fase vapore, impasto liquido e soluzione a letto fluidizzato per produrre polietilene lineare a bassa densità.
A seconda della densità, il polietilene può essere classificato in tipi come polietilene a bassissima densità (ULDPE), polietilene a bassa densità (LDPE), polietilene lineare a bassa densità (LLDPE), polietilene a media densità (MDPE) e polietilene ad alta densità (HDPE). .
A seconda del metodo di sintesi del polimero, il polietilene può essere classificato in polietilene ad alta pressione (polietilene prodotto a 101.3354.6 MPa), polietilene a media pressione (2.17.1 MPa) e polietilene a bassa pressione (da 0.1 a 2.1 MPa).
A seconda della massa molecolare relativa, il polietilene può essere suddiviso in massa molecolare relativa media (5.25 milioni, comune nell'industria e utilizzata per prodotti di uso generale), massa molecolare relativa elevata (circa 500,000), massa molecolare relativa ultraelevata (1,001,500,000) e massa molecolare relativa ultrabassa (circa 10,000, utilizzati principalmente come lubrificanti e agenti disperdenti per lo stampaggio di materie plastiche).
A seconda della struttura della catena molecolare del polimero, il polietilene può essere classificato in polietilene lineare (ad esempio HDPE, MDPE, LLDPE, VLLDPE, ULLDPE, MLLDPE, EPPE, UHMWPE) e polietilene ramificato (LDPE).
1. Polietilene a densità ultrabassa (ULDPE)
Il polietilene a densità ultrabassa (ULDPE), o ULDPE in breve, è un polimero il cui meccanismo di polimerizzazione è simile a quello dell'LLDPE in quanto ha una struttura lineare senza lunghe ramificazioni della catena. Per questo motivo l’ULDPE è conosciuto anche come la seconda generazione dell’LLDPE. Rispetto all'LLDPE, l'ULDPE ha catene ramificate più corte e le catene ramificate sono più corte e più regolari di quelle dell'LDPE e non contengono rami a catena lunga. Ha una distribuzione del peso molecolare più ristretta, una struttura della fase cristallina e un grado di entanglement diversi rispetto all'LDPE. La presenza di un gran numero di rami a catena corta nei film ULDPE indebolisce la formazione di zone cristalline nella catena principale del polimero. Quando si formano regioni cristalline, le regioni cristalline si deformano, provocando difetti. Nelle stesse condizioni di cristallizzazione, la struttura cristallina dell'ULDPE è significativamente diversa, dando origine a prodotti con proprietà fisiche e meccaniche molto diverse da altri polietileni.
L'ULDPE è caratterizzato da:
- Eccellente resistenza alla trazione, resistenza agli urti, resistenza allo strappo e resistenza alla perforazione.
- Proprietà termiche: poiché VLPDE e ULDPE sono cristallini lineari a catena corta, rispetto all'LDPE ramificato a catena lunga, i loro difetti nella struttura cristallina sono meno pronunciati, quindi un punto di fusione più elevato, circa 20°C superiore rispetto ai copolimeri EVA, con conseguente temperatura di servizio più elevata per i loro prodotti.
- Modulo: U/VLDPE ha un modulo inferiore rispetto a LDPE, LLDPE e HDPE, rendendo le sue pellicole resistenti, flessibili e morbide al tatto.
- Compatibilità: U/VLDPE si miscela bene con altre poliolefine, mostrando una buona compatibilità.
- Altre proprietà: U/VLDPE presenta un'eccellente capacità di riduzione dello spessore (raggiungendo 10-12.7um), buon isolamento, proprietà ottiche, resistenza chimica, resistenza all'olio e sigillabilità.
In termini di applicazioni:
In termini di attrezzature per munizioni di difesa, poiché l'ULDPE ha una buona resistenza agli urti e un'ampia capacità specifica di assorbimento di energia, può essere utilizzato per la produzione di indumenti protettivi, caschi, materiali balistici, come elicotteri, carri armati e navi, piastre di protezione per armature, gusci di protezione radar copertura, copertura missilistica, giubbotti antiproiettile, giubbotti anti-accoltellamento, scudi, paracadute e così via.
Nell'ingegneria aerospaziale, l'ULDPE è adatto per le strutture delle estremità alari di vari aeromobili, strutture di dirigibili e boe grazie alla sua leggerezza, elevata resistenza e buona resistenza agli urti.
Nel settore civile, l'ULDPE può essere trasformato in corde, cavi, vele e attrezzi da pesca per l'ingegneria navale. Sotto peso proprio, la lunghezza di rottura delle corde ULDPE è 8 volte più lunga delle corde in acciaio e 2 volte più lunga di quella in aramide. Le funi possono essere utilizzate come funi di ancoraggio fisse per superpetroliere, piattaforme operative offshore, fari e così via.
Nelle applicazioni industriali, l'ULDPE può essere utilizzato come contenitori resistenti alla pressione, nastri trasportatori, materiali di filtrazione, pannelli di imbottitura per autoveicoli, ecc.; nel campo dell'edilizia, può essere utilizzato per pareti, strutture divisorie, ecc. Nell'industria manifatturiera dei macchinari, l'ULDPE è ampiamente utilizzato per realizzare tutti i tipi di ingranaggi, camme, giranti, rulli, pulegge, cuscinetti, assi, boccole, clip alberi, guarnizioni, guarnizioni di tenuta, giunti elastici, viti ed altri particolari meccanici.
Negli articoli sportivi, l'ULDPE è stato trasformato in caschi, sci, tavole da windsurf, canne da pesca, racchette, nonché biciclette, tavole da volo e parti di aerei ultraleggeri.
In campo medico, l'ULDPE viene utilizzato nei materiali per vassoi dentali, impianti medici e suture ortopediche. Ha una buona biocompatibilità e durabilità con elevata stabilità e non provoca reazioni allergiche. Pertanto, l'ULDPE è stato ampiamente utilizzato nelle applicazioni cliniche. Inoltre, viene utilizzato, tra l'altro, nella produzione di guanti medici e di altri dispositivi medici.
2. Polietilene a bassa densità (LDPE)
Il polietilene a bassa densità (LDPE) è un materiale termoplastico prodotto mediante polimerizzazione a radicali liberi dell'etilene ad alta pressione. Questo materiale si presenta sotto forma di particelle rotonde a forma di perla di colore bianco latte, atossiche, insapore, inodore e con superficie non lucida. La sua densità varia da 0.916 a 0.930 g/cm³.LDPE ha proprietà più morbide, oltre a buona duttilità, isolamento elettrico, stabilità chimica, lavorabilità e resistenza alle basse temperature (fino a -70°C). Tuttavia, la sua resistenza meccanica, barriera all'umidità, barriera all'aria e resistenza ai solventi sono scarse. La sua struttura molecolare non è sufficientemente regolare, la sua cristallinità è bassa (55%~65%) e il suo punto di fusione cristallino è basso (108~126℃).
L'LDPE combina alcune caratteristiche eccellenti, come elevata trasparenza, inerzia chimica, buona chiusura e facilità di stampaggio e lavorazione. Pertanto, è ampiamente utilizzato nell'industria dei polimeri.
L'LDPE è adatto a vari processi di stampaggio termoplastico, come stampaggio a iniezione, estrusione, soffiaggio, stampaggio rotazionale, rivestimento, schiumatura, termoformatura, saldatura ad aria calda, saldatura a caldo e così via.
L'LDPE viene utilizzato principalmente per realizzare prodotti cinematografici come pellicole agricole, pellicole per la copertura del terreno, pellicole agricole e pellicole per serre vegetali. Viene utilizzato anche nelle pellicole da imballaggio per dolciumi, verdure, alimenti surgelati e altro ancora. Inoltre, l'LDPE può essere utilizzato nei film soffiati per il confezionamento di liquidi (es. latte, salsa di soia, succhi di frutta, tofu e latte di soia); Borse per carichi pesanti, pellicole termoretraibili, pellicole elastiche e pellicole di rivestimento; pellicole per l'edilizia, pellicole per imballaggi industriali generali e sacchetti per alimenti, ecc. L'LDPE può essere utilizzato anche in prodotti stampati a iniezione come piccoli contenitori, coperchi, oggetti di uso quotidiano, fiori di plastica e contenitori stampati ad iniezione con stiramento e soffiaggio. Può essere utilizzato anche in dispositivi medici, materiali di imballaggio farmaceutici e alimentari, tubi estrusi, piastre, avvolgimenti di fili e cavi, profili, prodotti termoformati, ecc. I prodotti stampati cavi mediante soffiaggio possono essere realizzati anche in LDPE, come contenitori di latticini e marmellate. , medicinali, cosmetici, contenitori di prodotti chimici, serbatoi e così via.
3. Polietilene lineare a bassa densità (LLDPE)
Il polietilene lineare a bassa densità (LLDPE) è una plastica prodotta dalla copolimerizzazione di etilene e olefine alfa superiori come butene, esene o ottene a temperature e pressioni molto più basse. L'LLDPE ha una distribuzione ristretta del peso molecolare e una struttura lineare che gli conferisce proprietà reologiche diverse rispetto al tipico polietilene a bassa densità (LDPE).
LLDPE è un granello bianco lattiginoso, non tossico, insapore e inodore. La sua densità è 0.918~0.935 g/cm³. Rispetto all'LDPE, l'LLDPE ha temperature di rammollimento e fusione più elevate, migliore resistenza, tenacità, rigidità, resistenza al calore e al freddo e buona resistenza alle fessurazioni da stress ambientale, resistenza agli urti e resistenza allo strappo. Inoltre, l'LLDPE è resistente anche agli acidi, agli alcali e ai solventi organici ed è ampiamente utilizzato nell'industria, nell'agricoltura, nella medicina, nella salute e nelle necessità quotidiane.
In termini di applicazioni, l'LLDPE viene utilizzato in un'ampia gamma di mercati del film, come la produzione di borse, sacchi per la spazzatura, involucri elastici, rivestimenti industriali, rivestimenti per asciugamani e borse per la spesa. Queste applicazioni sfruttano la resistenza e la tenacità migliorate della resina LLDPE. Lo stampaggio a iniezione e lo stampaggio rotazionale sono le applicazioni di stampaggio più comuni per l'LLDPE e la sua tenacità superiore e la resistenza agli urti a bassa temperatura lo rendono teoricamente adatto per prodotti come contenitori per i rifiuti, giocattoli ed apparecchi refrigerati.
4. Polietilene a media densità (MDPE)
Il polietilene a media densità (MDPE) è una plastica tra il polietilene ad alta densità (HDPE) e il polietilene a bassa densità (LDPE), che presenta sia la rigidità dell'HDPE che la flessibilità e la resistenza al creep dell'LDPE, combinando i vantaggi di entrambi. MDPE è una resina ottenuta dalla copolimerizzazione di etilene e ottene, con una speciale struttura lineare di etilene e catene ramificate di ottene, che fornisce eccellente tenacità e resistenza alla pressione dell'acqua a lungo termine.
Il processo sintetico per la produzione di MDPE adotta il metodo dell'LLDPE. Le alfa olefine comunemente usate includono propilene, 1-butene, 1-esene e 1-ottene, ecc. La quantità di olefina utilizzata influisce sulla dimensione della densità e la quantità di olefina è generalmente di circa il 5% (frazione di massa). L'MDPE può essere prodotto mediante estrusione, iniezione, soffiaggio, stampaggio rotazionale, rotazionale e in polvere, ecc., e i parametri del suo processo di produzione sono simili a quelli di HDPE e LDPE.
L'MDPE introduce una media di 20 catene metiliche o 13 catene etiliche per 1000 atomi di carbonio nella catena principale della molecola, con diversi numeri e lunghezze di rami che influenzano il cambiamento delle proprietà. La copolimerizzazione aumenta il numero di catene che collegano i piccoli pezzi di cristallo.
L'MDPE è resistente alle fessurazioni da stress ambientale e al mantenimento della resistenza a lungo termine. La sua densità relativa è 0.926-0.953 g/cm³, la cristallinità è 70%-80%, il peso molecolare medio è 200,000, la resistenza alla trazione è 8-24 MPa, l'allungamento a rottura è 50%-60%, la temperatura di fusione è 126-135° C, l'indice di fluidità è 0.1-35 g/10 min e la temperatura di distorsione termica (0.46 MPa) è 49-74°C.
L'MDPE può essere utilizzato nei settori dei tubi, dei film, dei contenitori cavi e così via. I prodotti possono essere utilizzati per lo stampaggio ad alta velocità di varie bottiglie, pellicole per imballaggio automatico ad alta velocità, vari prodotti per stampaggio a iniezione, prodotti per stampaggio rotazionale, rivestimenti per fili e cavi, materiali impermeabili, tubi dell'acqua, tubi del gas e così via.
5. Polietilene ad alta densità (HDPE)
Il polietilene ad alta densità (HDPE) è una particella bianca non tossica, non puzzolente e inodore, con un punto di fusione di circa 130°C e una densità relativa di 0.941-0.960 g/cm 3. Ha una buona resistenza al calore e al freddo , stabilità chimica, nonché elevata rigidità e tenacità, buona resistenza meccanica, proprietà dielettriche e resistenza alle fessurazioni da stress ambientale. La temperatura di fusione è 120-160°C. Per i materiali con molecole più grandi, l'intervallo di temperatura di fusione consigliato è compreso tra 200 e 250°C.
L'HDPE viene prodotto attraverso un processo di polimerizzazione con un meccanismo di reazione ionica. A seconda dell'iniziatore utilizzato e della pressione di reazione, si divide in metodi a bassa e media pressione, ottenendo prodotti con alto peso molecolare, rami corti e pochi, quindi elevata cristallinità e densità. Le condizioni di polimerizzazione per il metodo a bassa pressione sono: pressione 0.1-1.5 MPa, temperatura compresa tra 65-100°C, utilizzando un iniziatore di tipo Ziegler-Natta: Al(C2H5)3-TiCl4. Il meccanismo della reazione di polimerizzazione è di natura anionica coordinativa. L'HDPE è adatto a vari processi di stampaggio termoplastico grazie alla sua buona stampabilità, come stampaggio a iniezione, estrusione, soffiaggio, stampaggio rotazionale, rivestimento, processi di schiumatura, termoformatura, saldatura a caldo, saldatura termica, ecc.
I suoi principali vantaggi includono resistenza agli acidi e agli alcali, resistenza ai solventi organici, eccellente isolamento elettrico e mantenimento di un certo livello di tenacità alle basse temperature. La sua durezza superficiale, resistenza alla trazione, rigidità e altre resistenze meccaniche sono superiori all'LDPE, vicine al PP, più resistenti del PP, ma con una lucentezza superficiale inferiore rispetto al PP. Gli svantaggi principali sono scarse prestazioni meccaniche, scarsa traspirabilità, soggetto a deformazione, invecchiamento, fragilità, fragilità inferiore rispetto al PP, soggetto a fessurazioni da stress, bassa durezza superficiale, soggetto a graffi. È difficile da stampare, richiede un trattamento corona superficiale per la stampa, non può essere galvanizzato e ha una superficie opaca.
Applicazioni del polietilene ad alta densità HDPE:
- Prodotti stampati ad iniezione: scatole di ricambio, tappi di bottiglia, fusti, tappi, contenitori per alimenti, vassoi, bidoni della spazzatura, scatole e fiori di plastica.
- Prodotti stampati per soffiaggio: prodotti stampati cavi come varie serie di botti per soffiaggio, contenitori, bottiglie, contenenti detergenti, prodotti chimici, cosmetici, serbatoi di benzina, necessità quotidiane, ecc. Comprende anche prodotti in pellicola come sacchetti per imballaggio alimentare, borse per la spesa varie, rivestimenti per fertilizzanti film, ecc.
- Prodotti estrusi: tubi e raccordi utilizzati principalmente nel trasporto del gas, dell'acqua pubblica e dei prodotti chimici, come tubi di drenaggio di materiali da costruzione, tubi del gas, tubi dell'acqua calda, ecc.; materiali in fogli utilizzati principalmente per sedili, valigie, contenitori per la movimentazione, ecc.
- Stampaggio rotazionale: prodotti stampati ad iniezione come grandi contenitori, serbatoi di stoccaggio, fusti, scatole, ecc.
- Può essere trasformato in pellicole, guaine per fili e cavi, tubi, vari prodotti cavi, prodotti stampati a iniezione, fibre, ecc. Ampiamente usato in agricoltura, imballaggi, elettronica, macchinari, automobili, necessità quotidiane e altri settori.
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