聚乙烯（PE）是由乙烯聚合而成的熱塑性樹脂,。在工業(yè)上,，還包括乙烯與少量α-烯烴的共聚物,。聚乙烯無味、無毒,，手感如蠟,，具有優(yōu)良的耐低溫性能（低使用溫度可達(dá)-100~-70℃），化學(xué)穩(wěn)定性好,，能抵抗大多數(shù)酸堿的侵蝕（不耐氧化性質(zhì)）酸）,。常溫下不溶于一般溶劑，吸水率低,，電絕緣性優(yōu)良,。
聚乙烯于1922年由英國ICI公司合成。1933年英國博內(nèi)曼化學(xué)工業(yè)公司發(fā)現(xiàn)乙烯在高壓下可聚合形成聚乙烯,。該法于1939年工業(yè)化,，俗稱高壓法,。 1953年,，德意志聯(lián)邦共和國的K.齊格勒發(fā)現(xiàn)，以TiCl4-Al(C2H5)3為催化劑,，乙烯也可以在較低壓力下聚合,。此法于1955年由德意志赫斯特公司投入工業(yè)生產(chǎn)，俗稱低壓聚乙烯,。 20世紀(jì)50年代初,，美國飛利浦石油公司發(fā)現(xiàn)，以氧化鉻-硅鋁為催化劑,，乙烯在中壓下可聚合生成高密度聚乙烯,，1957年實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。20世紀(jì)60年代,，加拿大杜邦公司開始以乙烯和α-烯烴為原料,，采用溶液法生產(chǎn)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造低密度聚乙烯,，稱為線性低密度聚乙烯，其中尤以聯(lián)合碳化物公司的氣相法最為重要,。線性低密度聚乙烯的性能與低密度聚乙烯相似,，并且具有高密度聚乙烯的一些特性。加之生產(chǎn)中能耗較低,，因此發(fā)展極為迅速,，已成為最引人注目的新型合成樹脂之一。加拿大杜邦公司開始以乙烯和α-烯烴為原料,，采用溶液法生產(chǎn)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造低密度聚乙烯，稱為線性低密度聚乙烯,，其中尤以聯(lián)合碳化物公司的氣相法最為重要,。線性低密度聚乙烯的性能與低密度聚乙烯相似，并且具有高密度聚乙烯的一些特性,。加之生產(chǎn)中能耗較低,，因此發(fā)展極為迅速，已成為最引人注目的新型合成樹脂之一,。加拿大杜邦公司開始以乙烯和α-烯烴為原料,，采用溶液法生產(chǎn)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造低密度聚乙烯,，稱為線性低密度聚乙烯，其中尤以聯(lián)合碳化物公司的氣相法最為重要,。線性低密度聚乙烯的性能與低密度聚乙烯相似,，并且具有高密度聚乙烯的一些特性。加之生產(chǎn)中能耗較低,，因此發(fā)展極為迅速,，已成為最引人注目的新型合成樹脂之一。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造低密度聚乙烯,，稱為線性低密度聚乙烯,，其中聯(lián)合碳化物公司的氣相法最為重要。線性低密度聚乙烯的性能與低密度聚乙烯相似,，并且具有高密度聚乙烯的一些特性,。加之生產(chǎn)中能耗較低，因此發(fā)展極為迅速,，已成為最引人注目的新型合成樹脂之一,。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造低密度聚乙烯，稱為線性低密度聚乙烯,，其中聯(lián)合碳化物公司的氣相法最為重要,。線性低密度聚乙烯的性能與低密度聚乙烯相似，并且具有高密度聚乙烯的一些特性,。加之生產(chǎn)中能耗較低,，因此發(fā)展極為迅速，已成為最引人注目的新型合成樹脂之一,。具有高密度聚乙烯的一些特性,。加之生產(chǎn)中能耗較低，因此發(fā)展極為迅速，已成為最引人注目的新型合成樹脂之一,。具有高密度聚乙烯的一些特性,。加之生產(chǎn)中能耗較低，因此發(fā)展極為迅速,，已成為最引人注目的新型合成樹脂之一,。
低壓法的核心技術(shù)在于催化劑。德國齊格勒發(fā)明的TiCl4-Al(C2H5)3體系是第一代聚烯烴催化劑,。 1963年,，比利時索爾維公司以鎂化合物為載體的第二代催化劑，催化效率達(dá)到每克鈦數(shù)萬至數(shù)十萬克聚乙烯,。使用第二代催化劑還可以省去去除催化劑殘留物的后處理工序,。后來，開發(fā)了氣相法的高效催化劑,。 1975年,，意大利蒙特愛迪生集團(tuán)公司研制出一種催化劑，無需造粒即可直接生產(chǎn)球形聚乙烯,。被稱為第三代催化劑,，這是高密度聚乙烯生產(chǎn)的又一次革命。
聚乙烯對環(huán)境應(yīng)力（化學(xué)和機(jī)械作用）非常敏感,，并且與聚合物的化學(xué)結(jié)構(gòu)和加工相比,，其對熱老化的抵抗力較差,。聚乙烯可以通過傳統(tǒng)的熱塑性成型方法進(jìn)行加工,。用途廣泛，主要用于制造薄膜,、包裝材料,、容器、管道,、單絲,、電線電纜、日用品等,，還可用作電視機(jī),、雷達(dá)等的高頻絕緣材料。隨著石油化學(xué)工業(yè)的發(fā)展,，聚乙烯生產(chǎn)迅速發(fā)展,，產(chǎn)量約占塑料總產(chǎn)量的1/4。 1983年,，世界聚乙烯總產(chǎn)能為24.65噸,，在建裝置產(chǎn)能為3.16噸。根據(jù)2011年最新統(tǒng)計,，全球產(chǎn)能達(dá)到96噸,。聚乙烯生產(chǎn)的發(fā)展趨勢表明,，生產(chǎn)和消費(fèi)正在逐步向亞洲轉(zhuǎn)移，中國日益成為最重要的消費(fèi)市場,。
分類
聚乙烯按聚合方法,、分子量和鏈結(jié)構(gòu)分為高密度聚乙烯（HDPE）、低密度聚乙烯（LDPE）和線性低密度聚乙烯（LLDPE）,。
LDPE
性能：無味,、無臭、無毒,，表面無光澤,，乳白色蠟狀顆粒，密度約0.920g/cm3,，熔點(diǎn)130℃～145℃,。不溶于水，微溶于碳?xì)浠衔锏?，能承受大多?shù)酸,、堿的侵蝕，吸水率低,，在低溫下仍能保持柔韌性,，電絕緣性高。
生產(chǎn)工藝：主要有高壓管法和釜法兩種,。為了降低反應(yīng)溫度和壓力,，管式工藝一般采用低溫高活性引發(fā)劑引發(fā)聚合體系，以高純乙烯為主要原料,，丙烯,、丙烷等進(jìn)行聚合。在330℃,、150-300MPa的條件下進(jìn)行,。在反應(yīng)器中引發(fā)聚合的熔融聚合物必須在高壓、中壓和低壓下冷卻和分離,。分離后送至高壓（30MPa）壓縮機(jī)入口,，而低壓循環(huán)氣經(jīng)冷卻分離后送至低壓（0.5MPa）壓縮機(jī)循環(huán)使用，熔融聚乙烯經(jīng)高壓,、低壓分離后送至造粒機(jī),。對于水中造粒，造粒時,，企業(yè)可以根據(jù)不同的應(yīng)用領(lǐng)域添加適當(dāng)?shù)奶砑觿?，顆粒包裝出廠。
用途：可采用注塑、擠出,、吹塑等加工方法,。主要用作農(nóng)用薄膜、工業(yè)包裝薄膜,、醫(yī)藥及食品包裝薄膜,、機(jī)械零件、日用品,、建筑材料,、電線、電纜絕緣層,、涂料及合成紙等,。
LLDPE
性能：由于LLDPE和LDPE的分子結(jié)構(gòu)明顯不同，因此性能也不同,。與LDPE相比,，LLDPE具有優(yōu)異的耐環(huán)境應(yīng)力開裂性和電絕緣性，更高的耐熱性,、耐沖擊性和耐穿刺性,。生產(chǎn)工藝：LLDPE樹脂主要采用全密度聚乙烯設(shè)備生產(chǎn)，代表性的生產(chǎn)工藝是Innovene工藝和UCC的Unipol工藝,。
用途：采用注塑,、擠出、吹塑等成型方法生產(chǎn)薄膜,、日用品,、管材、電線電纜等,。
HDPE
性能：本色,，顆粒呈圓柱形或扁圓形，顆粒光滑,，任意方向粒徑應(yīng)為2毫米～5毫米，無機(jī)械雜質(zhì),，熱塑性,。粉末為白色粉末，合格品允許帶微黃色,。常溫下不溶于一般溶劑,，但長期接觸脂肪烴、芳香烴和鹵代烴會溶脹,，70℃以上微溶于甲苯和乙酸,。在空氣中加熱和陽光的影響下會發(fā)生氧化。能抵抗大多數(shù)酸、堿的侵蝕,。吸水率低,，在低溫下仍能保持柔軟性，并具有較高的電絕緣性,。
生產(chǎn)工藝：采用氣相法和漿液法兩種生產(chǎn)工藝,。
用途：采用注塑、吹塑,、擠出,、滾塑等成型方法生產(chǎn)薄膜制品、日用品及各種規(guī)格的中空容器,、管材,、包裝、壓延帶和扎帶,、繩索,、漁網(wǎng)和編織物。光纖,、電線電纜等
性能
一般特性
聚乙烯樹脂為無毒,、無味的白色粉末或顆粒，外觀乳白色,，有蠟狀手感,，吸水率低，小于0.01%,。聚乙烯薄膜是透明的,，并隨著結(jié)晶度的增加而降低。聚乙烯薄膜透水性低,，但透氣性高,，不適合保鮮包裝，但適合防潮包裝,。易燃,，氧指數(shù)17.4，燃燒時低煙,，有少量熔融液滴,，火焰上黃下藍(lán)，有石蠟氣味,。聚乙烯具有較好的耐水性,。產(chǎn)品表面為非極性，不易粘合和印刷,，通過表面處理得到了改善,。支鏈較多,，抗光降解和抗氧化能力較差。
其分子量在10,000至100,000范圍內(nèi),。如果分子量超過10萬,，則為超高分子量聚乙烯。分子量越高,，其物理機(jī)械性能越好,，越接近工程材料所需水平。但分子量越高,，加工就越困難,。聚乙烯的熔點(diǎn)為100-130℃，具有優(yōu)異的耐低溫性能,。在-60℃下仍能保持良好的機(jī)械性能,，但工作溫度為80~110℃。
常溫下不溶于任何已知溶劑,，70℃以上可少量溶于甲苯,、乙酸戊酯、三氯乙烯等溶劑,。
化學(xué)性質(zhì)
聚乙烯化學(xué)穩(wěn)定性好,，耐稀硝酸、稀硫酸及任何濃度的鹽酸,、氫氟酸,、磷酸、甲酸,、醋酸,、氨水、胺類,、過氧化氫,、氫氧化鈉、氫氧化鉀等,。 解決方案,。但不耐強(qiáng)氧化腐蝕，如發(fā)煙硫酸,、濃硝酸,、鉻酸和硫酸混合物。在室溫下,，上述溶劑會緩慢侵蝕聚乙烯，而在90-100℃時,，濃硫酸和濃硝酸會迅速侵蝕聚乙烯,，導(dǎo)致其破壞或分解,。聚乙烯易光氧化、熱氧化,、臭氧分解,，在紫外線作用下易降解。炭黑對聚乙烯具有優(yōu)良的遮光效果,。輻照后會發(fā)生交聯(lián),、斷鏈和形成不飽和基團(tuán)等反應(yīng)。
機(jī)械性能
聚乙烯的機(jī)械性能一般,，拉伸強(qiáng)度低,，抗蠕變性不好，抗沖擊性好,。沖擊強(qiáng)度LDPE>LLDPE>HDPE,，其他力學(xué)性能LDPE結(jié)晶度和相對分子量，隨著這些指標(biāo)的提高,，其力學(xué)性能提高,。耐環(huán)境應(yīng)力開裂性不好，但當(dāng)相對分子量增大時,，則有所改善,。耐穿刺性能好，其中以LLDPE最好,。
熱性能
聚乙烯的耐熱性不高,，隨著相對分子量和結(jié)晶度的增加而提高。耐低溫性能好,，脆化溫度一般可達(dá)到-50℃以下,；隨著相對分子質(zhì)量的增加，低可達(dá)-140℃,。聚乙烯的線膨脹系數(shù)較大,，可達(dá)(20～24)×10-5/K。高導(dǎo)熱性,。
電氣特性
由于聚乙烯是非極性的,，因此具有優(yōu)異的電氣性能，介電損耗低,，介電強(qiáng)度高,。可用作調(diào)頻絕緣材料,、耐電暈塑料,、高壓絕緣材料。
環(huán)境特性
聚乙烯是烷烴惰性聚合物,，具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性,。常溫下耐酸,、堿、鹽水溶液的腐蝕,，但不耐發(fā)煙硫酸,、濃硝酸、鉻酸等強(qiáng)氧化劑,。聚乙烯在60℃以下不溶于一般溶劑,，但長期與脂肪烴、芳香烴,、鹵代烴等接觸會膨脹或龜裂,。當(dāng)溫度超過60℃時，可少量溶于甲苯,、乙酸戊酯,、三氯乙烯、松節(jié)油,、礦物油和石蠟,；溫度高于100℃時，可溶于四氫化萘,。
由于聚乙烯分子中含有少量雙鍵和醚鍵,，日曬雨淋會引起老化，需要通過添加抗氧化劑和光穩(wěn)定劑來改善,。
加工特性
由于LDPE和HDPE流動性好,，加工溫度低，粘度適中,，分解溫度低,，在惰性氣體中300℃高溫下也不分解，是加工性能良好的塑料,。但LLDPE的粘度稍高,，電機(jī)功率需增加20%~30%；容易發(fā)生熔體破裂,，需要加大口模間隙,，添加加工助劑；加工溫度稍高,，可達(dá)200～215℃,。聚乙烯吸水率低，加工前不需要干燥,。
聚乙烯熔體是非牛頓流體,，其粘度隨溫度波動較小，但隨剪切速率的增加而迅速下降,，且呈線性關(guān)系,，其中LLDPE下降最慢,。
聚乙烯制品在冷卻過程中容易結(jié)晶,，因此加工時應(yīng)注意模具溫度,。為了控制產(chǎn)品的結(jié)晶度，使其具有不同的性能,。聚乙烯的成型收縮率較大,，設(shè)計模具時必須考慮這一點(diǎn)。
改性
聚乙烯的改性品種主要有氯化聚乙烯,、氯磺化聚乙烯,、交聯(lián)聚乙烯和共混改性品種。
氯化聚乙烯：用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引發(fā)下進(jìn)行的,，工業(yè)上主要采用水懸浮法生產(chǎn)。由于原料聚乙烯的分子量和分布,、支化度,、氯化后的氯化度、氯原子分布和殘余結(jié)晶度的差異,，可以獲得從橡膠狀到硬質(zhì)塑料的氯化聚乙烯,。主要用途是作為聚氯乙烯的改性劑，提高聚氯乙烯的抗沖擊性能,。氯化聚乙烯本身還可用作電絕緣材料和接地材料,。
氯磺化聚乙烯：聚乙烯與含有二氧化硫的氯反應(yīng)時，分子中部分氫原子被氯和少量磺酰氯基團(tuán)取代,，得到氯磺化聚乙烯,。主要工業(yè)方法是懸浮法。氯磺化聚乙烯具有耐臭氧,、耐化學(xué)腐蝕,、耐油、耐熱,、耐光,、耐磨、拉伸強(qiáng)度高等特點(diǎn),。是一種綜合性能良好的彈性體,，可用于制作與食品接觸的設(shè)備零件。
交聯(lián)聚乙烯：采用輻射（X射線,、電子束或紫外線等）或化學(xué)方法（過氧化物或有機(jī)硅交聯(lián)）使線性聚乙烯成為網(wǎng)狀或體狀的交聯(lián)聚乙烯,。其中，有機(jī)硅交聯(lián)法工藝簡單,，運(yùn)行成本低,，成型和交聯(lián)可分步進(jìn)行,，因此吹塑和注射成型較為合適。交聯(lián)聚乙烯的耐熱性,、耐環(huán)境應(yīng)力開裂性和機(jī)械性能較聚乙烯有很大提高,，適用于大型管材、電纜電線,、滾塑制品,。
聚乙烯共混改性：線性低密度聚乙烯與低密度聚乙烯共混后，可用于加工薄膜等產(chǎn)品,，產(chǎn)品性能優(yōu)于低密度聚乙烯,。聚乙烯與乙丙橡膠共混可生產(chǎn)用途廣泛的熱塑性彈性體。
生產(chǎn)工藝
聚乙烯按聚合壓力可分為高壓法,、中壓法和低壓法,。
采用高壓法生產(chǎn)低密度聚乙烯。這種方法很早就被開發(fā)出來了,。該法生產(chǎn)的聚乙烯約占聚乙烯總產(chǎn)量的2/3,，但隨著生產(chǎn)技術(shù)和催化劑的發(fā)展，其增長速度已明顯落后于低壓法,。就低壓法而言,，有漿液法、溶液法和氣相法,。淤漿法主要用于生產(chǎn)高密度聚乙烯,，而溶液法和氣相法不僅可以生產(chǎn)高密度聚乙烯，還可以通過添加共聚單體生產(chǎn)中,、低密度聚乙烯,，又稱線性低密度聚乙烯。乙烯基塑料,。各種低壓工藝正在迅速發(fā)展,。
高壓法
以氧氣或過氧化物為引發(fā)劑，將乙烯聚合成低密度聚乙烯的方法,。乙烯經(jīng)二次壓縮后進(jìn)入反應(yīng)器,，在100-300MPa的壓力、200-300℃的溫度和引發(fā)劑的作用下聚合成聚乙烯,。塑料形式的聚乙烯加入塑料添加劑后經(jīng)擠出造粒,。
所用聚合反應(yīng)器為管式反應(yīng)器（管長可達(dá)2000m）和罐式反應(yīng)器。管式工藝單程轉(zhuǎn)化率為20%～34%,，單線年生產(chǎn)能力為100kt,。釜法工藝單程轉(zhuǎn)化率為20%～25%，單線年生產(chǎn)能力為180kt。
低壓法
有漿液法,、溶液法和氣相法三種,。除溶液法外，聚合壓力均在2MPa以下,。一般步驟包括催化劑制備,、乙烯聚合、聚合物分離和造粒,。
①漿料法：所得聚乙烯不溶于溶劑,，呈漿料狀。淤漿聚合條件溫和,，易于操作。常采用烷基鋁作為活化劑,，氫氣作為分子量調(diào)節(jié)劑,，多采用釜式反應(yīng)器。來自聚合罐的聚合物漿料經(jīng)過閃蒸罐,、氣液分離器進(jìn)入粉末干燥機(jī),，然后造粒。生產(chǎn)過程還包括溶劑回收,、溶劑精制等步驟,。不同的聚合釜可以串聯(lián)或并聯(lián)組合，得到不同分子量分布的產(chǎn)品,。
②溶液法：聚合反應(yīng)在溶劑中進(jìn)行,，但乙烯和聚乙烯均溶解在溶劑中，反應(yīng)體系為均相溶液,。反應(yīng)溫度(≥140℃)和壓力(4～5MPa)較高,。特點(diǎn)是聚合時間短，生產(chǎn)強(qiáng)度高,，可生產(chǎn)高,、中、低密度聚乙烯,，并能更好地控制產(chǎn)品性能,；但溶液法得到的聚合物分子量低、分子量分布窄,、物質(zhì)為固體,。含量較低。
③氣相法：乙烯在氣態(tài)下聚合,，一般采用流化床反應(yīng)器,。催化劑有鉻系和鈦系兩種，從儲罐定量加入床層，利用高速乙烯循環(huán)維持床層流化,，消除聚合熱,。所得聚乙烯從反應(yīng)器底部排出。反應(yīng)器壓力約為2MPa,，溫度為85-100℃,。氣相法是生產(chǎn)線性低密度聚乙烯最重要的方法。氣相法省去了溶劑回收和聚合物干燥的過程,，比溶液法節(jié)省15%的投資和10%的運(yùn)行成本,。是傳統(tǒng)高壓法投資的30%，運(yùn)行費(fèi)用的1/6,。因此得到了迅速的發(fā)展,。但氣相法在產(chǎn)品質(zhì)量和品種方面還有待進(jìn)一步提高。
中壓法
采用硅膠負(fù)載的鉻基催化劑,，在環(huán)管反應(yīng)器中,，乙烯在中壓下聚合生產(chǎn)高密度聚乙烯。
加工應(yīng)用：可采用吹塑,、擠出,、注塑等方法加工，廣泛用于薄膜,、中空制品,、纖維及日用雜品的制造。在實際生產(chǎn)中,，為了提高聚乙烯對紫外線和氧化的穩(wěn)定性,，改善加工和性能，需要添加少量的塑料助劑,。常用的紫外線吸收劑有鄰羥基二苯甲酮或其烷氧基衍生物等,。炭黑是優(yōu)良的紫外線屏蔽劑。此外,，還添加抗氧化劑,、潤滑劑、著色劑等,，擴(kuò)大了聚乙烯的應(yīng)用范圍,。
應(yīng)用
高壓聚乙烯：一半以上用于薄膜制品，其次是管材,、注塑制品,、繞包等。
中低壓聚乙烯：主要是注塑制品和中空制品,。
超高壓聚乙烯：由于超高分子聚乙烯優(yōu)異的綜合性能,，可用作工程塑料。
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