Seis métodos de modificación del polietileno

La resina de polietileno (PE) es un polímero formado por polimerización de monómeros de etileno.La molécula de PE es un polímero cristalino típico con una estructura de cadena larga, lineal o ramificada.En el estado sólido coexisten la parte cristalina y la amorfa.La cristalinidad varía dependiendo del procesamiento y las condiciones de procesamiento.Generalmente, cuanto mayor es la densidad, mayor es la cristalinidad.La cristalinidad del LDPE suele estar entre el 55% y el 65%, mientras que la del HDPE está entre el 80% y el 90%.El PE tiene un excelente rendimiento de procesamiento mecánico, pero su superficie es inerte y no polar, lo que da como resultado una imprimibilidad, teñido, hidrofilicidad, adhesión, rendimiento antiestático y compatibilidad deficientes con otros polímeros polares y cargas inorgánicas.Además, su resistencia al desgaste, resistencia química, resistencia al agrietamiento por tensión ambiental y resistencia al calor son deficientes, lo que limita su rango de aplicación.Se necesita modificación para mejorar su rendimiento y ampliar su campo de aplicación.

01 Conexión para modificación técnica

Los polímeros de injerto casi no cambian la estructura del esqueleto de PE, mientras que también se injertan monómeros polares con diversas funciones en la cadena principal de PE, que mantiene las características originales del PE y agrega nuevas funciones.Es un método simple y eficaz para la funcionalización polar de PE.

Los principales métodos para implementar reacciones de injerto incluyen el método de solución, el método de fusión, el método de fase sólida y el método de injerto por radiación.

(1) Método de solución

Utilizando tolueno, xileno, clorobenceno, etc. como medios de reacción en fase líquida.El PE, los monómeros y los iniciadores están todos disueltos en el medio de reacción y el sistema es homogéneo.La polaridad del medio y la constante de transferencia de cadena de los monómeros tienen un impacto significativo en la reacción de injerto.

(2) Método de fase sólida

El polvo de PE reacciona directamente con monómeros, iniciadores, agentes activos interfaciales, etc. En comparación con los métodos tradicionales, el método de fase sólida tiene ventajas tales como temperatura de reacción adecuada, presión normal, preservación básica de las propiedades inherentes del polímero, sin necesidad de recuperación de solvente, post simple. -tratamiento, alta eficiencia y conservación de energía.

(3) Método de fusión

En estado fundido, los radicales libres se generan mediante la descomposición térmica del iniciador, lo que a su vez desencadena la producción de radicales libres en la cadena macromolecular.En presencia de monómeros de injerto, se producen reacciones de copolimerización de radicales libres y luego se injertan cadenas laterales en la cadena macromolecular del polímero.

(4) Método de injerto de radiación

La modificación de la superficie del injerto por radiación incluye γ Radiación β El principio de los métodos de irradiación, como la radiación y el haz de electrones, es utilizar polímeros para generar radicales libres después de ser irradiados, que luego reaccionan con otros monómeros para formar reacciones de polimerización del injerto, logrando así el objetivo de la modificación de la superficie. .Los principales métodos de modificación de injertos por radiación incluyen el método de coirradiación, el método de preirradiación y el método de peróxido.

02 Modificación de reticulación

La modificación de reticulación mejora en gran medida las propiedades físicas y mecánicas del PE y mejora significativamente su resistencia al agrietamiento por tensión ambiental, la corrosión, la resistencia a la fluencia y la resistencia a la intemperie, ampliando así su rango de aplicación.El PEX (tubo compuesto de aluminio y plástico) comercializado es una aplicación típica de reticulación de PE.La modificación de reticulación incluye reticulación por radiación, reticulación química y reticulación con silano.

Reticulación por radiación: colocar polietileno en un campo de radiación, bajo radiación de alta energía (principalmente γ). Bajo la acción de la radiación, los rayos X y los haces de electrones, se pueden formar diversas partículas activas en los polímeros sólidos, lo que desencadena una serie de reacciones químicas, formando una estructura de red tridimensional reticulada dentro del polímero.

Reticulación química: los radicales libres generados por la descomposición de peróxidos o compuestos azo reaccionan con puntos insaturados en las moléculas de PE para formar centros activos.Estos centros activos están conectados por monómeros para formar PE químicamente reticulado.

Reticulación de silano: injertar silano que contiene grupos vinilo insaturados y grupos funcionales alcoxi fácilmente hidrolizables en la cadena principal de PE, y luego hidrolizarlo y encogerlo bajo la acción del agua y el catalizador de condensación de silanol para sintetizar enlaces de reticulación Si-O-Si. dando como resultado PE reticulado con silano.

03 Modificación por copolimerización (mezcla)

(1) Modificación de copolimerización

La modificación por copolimerización del PE incluye la copolimerización por coordinación, tal como caucho de etileno propileno (EPR), monómero de etileno propileno dieno (EPDM) y copolímeros de etileno con 1-buteno y 1-penteno;Copolimerización por radicales libres de polietileno, tal como copolímero de etileno y acetato de vinilo (EVA);Copolimerización iónica, como copolímeros de etileno (metil) ácido acrílico, copolímeros de metacrilato de etileno (EGMA), etc. Mediante reacciones de copolimerización se puede alterar la flexibilidad de las cadenas macromoleculares o funcionalizar los grupos funcionales originales, actuando como compatibilizadores reactivos.

(2) Modificación de la mezcla

La modificación de la mezcla es la combinación de otras resinas, cauchos o elastómeros termoplásticos con PE para mejorar su tenacidad, resistencia al impacto, imprimibilidad y propiedades de barrera al aceite.

① Modificación de mezcla de PE de alta y baja densidad.El PE de baja densidad es más blando y tiene menor resistencia;Sin embargo, el PE de alta densidad tiene una gran resistencia y poca tenacidad.Al combinarlos, pueden complementarse entre sí y producir materiales de PE con diferente dureza.La adición de LLDPE (PE lineal de baja densidad) o VLDPE (PE de densidad extremadamente baja) al sistema de mezcla HDPE/LDPE puede mejorar su rendimiento debido a la cocristalización de LLDPE o VLDPE con HDPE y la cocristalización parcial con LDPE.

② Modificación de la mezcla de PE y CPE (polietileno clorado).Después de mezclar CPE con PE, la introducción de átomos de cloro en la mezcla puede mejorar el retardo de llama del PE.La elección de compatibilizadores adecuados puede mejorar la compatibilidad entre los dos y evitar la posible degradación del rendimiento del producto causada por otros métodos retardantes de llama.Además, mezclar PE con CPE también puede mejorar la imprimibilidad y dureza del PE.

③ Modificación de mezcla de PE y EVA.La mezcla de PE y EVA (etileno acetato de vinilo) ha sido ampliamente reconocida por su excelente flexibilidad, transparencia, buena transpirabilidad e imprimibilidad.Pero al mismo tiempo, la resistencia mecánica del producto ha disminuido.

④ Modificación de mezcla de PE y caucho.La mezcla de HDPE con materiales de caucho como caucho butílico, caucho natural, caucho de estireno butadieno, caucho de etileno propileno, etc. puede mejorar significativamente su rendimiento ante el impacto.

⑤ Modificación de la mezcla de PE y PA (poliamida).Agregar PA al PE puede mejorar sus propiedades de barrera contra el oxígeno y los disolventes de hidrocarburos.Sin embargo, debido a las diferencias en las estructuras moleculares, la compatibilidad entre PA y PE es pobre y es necesario mejorar su compatibilidad introduciendo grupos polares o agregando compatibilizadores al PE.

04 Modificación de llenado

La modificación del relleno es la adición de partículas inorgánicas a una matriz de resina termoplástica, lo que reduce el costo de la materia prima de los productos plásticos o cambia significativamente el rendimiento de los productos plásticos.Sacrificar cierto desempeño y mejorar significativamente otros.Para facilitar la discusión, la modificación del llenado se divide en llenado general y llenado funcional.

(1) Modificación general de llenado

El relleno general se limita a cambios en las propiedades mecánicas del PE.Los rellenos inorgánicos utilizados para rellenar PE incluyen carbonato de calcio, talco en polvo, caolín, sulfato de bario, silicato de calcio y sílice.Los materiales compuestos de PE rellenos de carbonato de calcio pueden reducir los costos del producto, mejorar la rigidez, la resistencia al calor y la estabilidad dimensional.Sin embargo, la mala adhesión interfacial entre el carbonato de calcio de carga inorgánico y el polímero no polar PE conduce a una disminución en las propiedades mecánicas y de flujo del material.La adhesión de la interfaz se puede mejorar agregando agentes de acoplamiento o recubriendo carbonato de calcio con MPEW (oligómero de polietileno injertado con anhídrido maleico).Los rellenos orgánicos comunes para rellenar PE incluyen fibra de paja, fibra de madera en polvo, etc.

(2) Modificación de llenado funcional

La modificación del relleno tiene como objetivo principal mejorar los efectos de los plásticos en términos de luz, electricidad, magnetismo, combustión, etc., más que solo cambios en las propiedades mecánicas.Este tipo de modificación del llenado se denomina llenado funcional.El polietileno relleno funcional incluye polietileno biodegradable, polietileno conductor y polietileno retardante de llama.

Polietileno biodegradable: el almidón se puede modificar y agregar al PE para producir plástico de almidón.Después de ser enterrado en el suelo, tiene degradabilidad microbiana debido a la presencia de almidón.Las investigaciones han demostrado que los plásticos degradables de PE/almidón no sólo pueden ser utilizados directamente por microorganismos como fuente de carbono, sino que también pueden ser corroídos por metabolitos secundarios microbianos.

Polietileno conductor: se puede obtener un nuevo tipo de material funcional conductor combinando resina de polietileno aislante con rellenos conductores (como negro de carbón y polvo metálico).Este tipo de material tiene un importante valor de investigación teórico y tiene perspectivas de aplicación extremadamente amplias en muchos campos, como agentes antiestáticos, conductores, calentadores de superficies libremente controlados, blindajes electromagnéticos, etc.

Polietileno retardante de llama: ① Agregue retardante de llama halógeno y utilícelo en combinación con trióxido de antimonio;② Agregue ácidos orgánicos, fosfato de amonio, tribromobenceno, etc. ③ Agregue cargas inorgánicas con propiedades retardantes de llama, como Al (OH) 3, Mg (OH) 2, etc.

05 modificación mejorada

La modificación del relleno con efecto mejorado se denomina modificación de refuerzo, y los materiales de refuerzo seleccionados incluyen fibra de vidrio, fibra sintética, bigotes, etc. Para facilitar la discusión, la modificación de autorefuerzo también se incluye en esta categoría.

La modificación autoreforzante no agrega ningún material de relleno, pero a través de métodos de moldeo especiales y un diseño especial de canales de flujo del molde, el gradiente de velocidad de flujo del PE fundido aumenta, lo que resulta en una orientación paralela de las cadenas moleculares, lo que ayuda a generar cristales de cadena alargada, completamente aprovechar el potencial inherente del material y desarrollar productos de polietileno con propiedades mecánicas comparables a las de los plásticos de ingeniería.Debido a la ausencia de material de relleno, no es necesario considerar el problema de compatibilidad entre el polietileno y el material de relleno.

Utiliza PE reforzado con fibra de vidrio de alta resistencia, de bajo costo y fácil de conseguir, para mejorar su resistencia mecánica y al calor, convirtiéndolo en un plástico de ingeniería.Los resultados de la investigación indican que la adición de reactivos de reacción de interfaz y sus productos injertados con PE durante el proceso compuesto puede interactuar químicamente o reticularse con la superficie de las fibras de vidrio y su silano, mejorando significativamente la unión interfacial y las propiedades mecánicas de los materiales compuestos.

Las fibras sintéticas también se pueden utilizar como rellenos reforzados, ya que tienen menor densidad y mayor resistencia que las fibras de vidrio.Las fibras sintéticas que se pueden utilizar para la modificación del PE incluyen fibras de poliacrilonitrilo, fibras de poliamida, fibras de alcohol polivinílico, fibras de poliamida aromática, etc.

Los bigotes, como nuevo tipo de material, tienen ventajas como alta resistencia, alto módulo, buen rendimiento de aislamiento térmico y buena compatibilidad con la matriz.Por tanto, también pueden utilizarse como agentes reforzantes.Los más utilizados incluyen bigotes de carbonato de calcio, bigotes de titanato de potasio, etc.

06 Modificación de nanopartículas

Los nanomateriales se refieren a materiales con un tamaño de partícula promedio inferior a 100 nm y un tamaño de partícula dentro del área de interfaz entre grupos atómicos y objetos macroscópicos.Debido a efectos de superficie, efectos de volumen, etc., las nanopartículas tienen muchas propiedades físicas y químicas novedosas.Los compuestos de polímeros/nanopartículas inorgánicas basados ​​en polímeros tienen buenas propiedades mecánicas, ópticas, eléctricas, magnéticas y otras, que pueden formar nuevos materiales multifuncionales importantes.La nanotecnología para la modificación de polímeros se ha convertido en una frontera en la investigación de la ciencia de los materiales.Entre los materiales de PE nano modificado, se encuentran: PE modificado con nano montmorillonita, PE modificado con nano óxido de zinc, PE modificado con nano alúmina y PE modificado con nano arcilla.

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