Полиэтилен высокого давления формула. Полиэтилен, формула: основные свойства и виды

Данного вещества предполагает его химическую устойчивость к агрессивным щелочам и кислотам. Подробнее рассмотрим особенности данного полимера, сферы его применения.

Химическое строение

Формула полиэтилена свидетельствует о том, что данное вещество может существовать в двух различных модификациях, отличающихся по строению, физическим и химическим свойствам. Исходным мономером для получения обеих форм является этилен, относящийся к классу непредельных углеводородов. Готовая может иметь линейное расположение структурных звеньев, при этом показатель степени полимеризации составляет число больше 5000. В иной структуре наблюдается разветвление углеродных атомов, так как они соединяются между собой случайным образом. Химическая формула получения полиэтилена линейного строения предполагает использование специальных катализаторов. Процесс происходит при средних температурах и давлении до 20 атмосфер.

Характеристики полимера

Начнем с того, что химическая формула полиэтилена объясняет физические свойства данного вещества. Его считают термопластичным полимером, непрозрачным в плотном слое. Полиэтилен не растворяется в органических веществах при комнатной температуре. Температура его кристаллизации находится в диапазоне от -60 до -269 градусов по шкале Цельсия.

При нагревании выше 80 градусов происходит набухание, затем растворение полимера в ароматических углеводородах. До 60 градусов вещество устойчиво к азотной и серной кислотам, но при более высоких показателях температуры происходит его разрушение под действием этих сильных неорганических окислителей.

Способы получения

Как можно получить полиэтилен? Формула мономера данного процесса следующая: С 2 Н 4 . Реакция предполагает производство продукта при невысокой плотности или высоком давлении. Кроме того, можно путем полимеризации создать вещество высокой плотности при низком давлении. Линейный продукт является промежуточным между двумя формами полиэтилена, указанными выше. Ранее при изготовлении данного ВМС применялись металлические катализаторы.

Технология предполагала производство полимера с высокомолекулярной массой, что положительно сказывалось на прочности изделий из полиэтилена. Между структурой и свойствами получаемых полимеров есть существенные отличия в строении, поэтому и области использования у них существенно отличаются. Чем характеризуется полиэтилен? Формула полимера, имеющая только одинарные связи, подтверждает высокую температуру его плавления, прочность, а также твердость.

Физические характеристики

Формула полиэтилена подразумевает расположение в одной цепи одинаковых мономеров. Это объясняет не только химическую стойкость получаемого полимера, но и механические параметры ВМС. Прочность повышается при возрастании относительной молекулярной массы продукта полимеризации.

Формула полиэтилена объясняет связь между механическими показателями и плотностью получаемого полимера. У тонких пленок ВМВ большая гибкость, незначительная прозрачность, поэтому листы материала имеют достаточную жесткость. Получаемый полимер имеет высокую стойкость к серьезным механическим нагрузкам.

Специфические характеристики

О чем свидетельствует формула полиэтилена? Отсутствие двойных и тройных связей в ней объясняет морозостойкость данного соединения. Полиэтиленовые изделия можно эксплуатировать при диапазоне температур от -70 до +60 градусов по Цельсию. Среди основных недостатков данного полимерного соединения следует упомянуть его незначительный эксплуатационный срок службы. Для того чтобы справиться с подобной проблемой, в исходную смесь добавляют специальные добавки. Введение аминов, фенолов, газовой сажи способствует повышению срока службы полиэтилена.

Неполярный полимер обладает электрическими свойствами, поэтому его принято считать высокочастотным диэлектриком. Присутствие катализатора негативно отражается на данных характеристиках, вызывает понижение диэлектрических свойств.

ВМС высокого давления

Полимер повышенной плотности используют в основном для производства упаковки и разнообразной тары. За пределами России третья часть всего выпускаемого полиэтилена уходит на создание путем выдувной формовки упаковочных контейнеров, емкостей для хранения пищевой продукции, косметических продуктов, бочек и топливных баков.

Отметим, что все большее количество полимера уходит на изготовление упаковочных пленочных материалов. ВМС, получаемый в результате такого технологического процесса, применяется для изготовления деталей и труб. Причина подобной востребованности - не только в длительном эксплуатационном сроке службы данного полимера, но и в незначительной стоимости получаемых трубопроводов.

Свойства данного соединения напрямую зависят от плотности материала. При повышении плотности наблюдается возрастание твердости, жесткости, химической стойкости. Но одновременно происходит и снижение прочности к ударам, уменьшается проницаемость для паров и газов, минимизируется стойкость к деформации разрыва.

Среди положительных характеристик анализируемого полимерного соединения отметим его диэлектрическую стойкость, биологическую инертность, радиационную стабильность. Минусами можно считать нестойкость к маслам, жирам, негативному воздействию ультрафиолетового облучения.

Особенности использования полиэтилена

Отличные диэлектрические показатели данного высокомолекулярного соединения и его незначительная проницаемость позволяют применять данное химическое соединение для изготовления кабелей, электрических проводов. Они востребованы в телеграфной, телефонной связи, диспетчерских системах телеуправления, сигнальных приборах, установках высокой частоты.

Кроме того, полиэтилен и его производные востребованы в установках высоких частот, используются для изготовления обмоток электрических проводов в двигателях, функционирующих на воде. Полиэтилен в больших количествах также применяется в подводных кабелях. У данного высокомолекулярного материала есть определенные преимущества в сравнении с каучуковой изоляцией. Получаемый провод выгодно отличается гибкостью, высокоэлектрической проводимостью, стойкостью к механическим повреждениям.

Заключение

Доступность мономера для производства полиэтилена делает продукт реакции востребованным в различных отраслях современного производства. Помимо химической промышленности получаемый ВМС востребован и в технике. Современные технологии позволяют производить листы и пленки из полиэтилена любой плотности.

Есть два основных метода, применяемых для создания тонких материалов. В первом случае осуществляется экструзия расплава полимера сквозь кольцевую щель. Данная технология позволяет выпускать пленки толщиной около 0,3 мм. В основном производимый полиэтилен применяют в качестве упаковочного материала в различных отраслях. Для придания ему максимальной эластичности его смешивают с поливинилхлоридом либо поливинилфторидом.

Что собой представляет полиэтилен? Формула данного вещества относится к ряду непредельных углеводородов. Рассмотрим подробнее особенности данного соединения, выявим его основные области применения.

Особенности строения

Полиэтилен, формула которого имеет вид (С2Н4)n, представляет собой высокомолекулярное органическое вещество. В его структуре есть двойная связь между углеродными атомами, что свидетельствует о непредельном характере. Величина валентного угла - 120 градусов, тип гибридизации в данном веществе SP2.

Физические свойства

Полиэтилен, формула мономера которого относится к ряду (CnH2)n, представляет собой белое твердое вещество, нерастворимое в воде. Отметим также стойкость данного органического продукта к действию бензина, ацетона, сильных кислот, исключая концентрированную серную кислоту.

Получение

Полиэтилен получают из вещества, формула которого имеет вид С2Н4. Именно этилен выступает в качестве мономера для процесса полимеризации. В последние годы наблюдается тенденция резкого увеличения объемов производства полиэтилена, так как возросла потребность в нем в различных промышленных производствах. Учитывая, что формула структурного звена полиэтилена имеет вид -СН2-СН2-, сам процесс можно представить в следующем виде:

• nC2H4=(-СН2-СН2-)n.

Если дано задание: «Укажите формулу элементарного звена полиэтилена», в качестве ответа нужно представить структурное звено.

Виды полиэтилена

В настоящее время выпускается полиэтилен, формула которого не отличается от классического вида, но есть определенные отличия в свойствах продукта. Например, ПЭНП имеет низкую плотность, а ПЭВП отличается повышенной плотностью материала. В России видовую структуру ограничивают двумя видами: ПЭВП и ПЭНП.

В перерабатывающей отрасли в основном применяется упаковка и тара, элементы трубопровода, полиэтиленовые пленки, изоляция для кабелей, товары бытового предназначения. Среди основных производителей ПЭНП лидируют изготовители пленок.

Особенности применения

Полиэтилен прост в механической обработке, подвергается свариванию. Благодаря отличным диэлектрическим свойствам, можно использовать данное вещество в электротехнике. Максимальной востребованностью обладает полиэтилен низкой плотности, формула которого была записана выше.

Именно полиэтилен является самым недорогим полимером, который используется в разных отраслях современной промышленности.

В кабельной промышленности, благодаря полиэтилену, получают существенную экономию меди, хлопчатобумажной ткани, свинца, иных материалов, имеющих высокую стоимость. Такой переход на провода и кабеля с полимерной изоляцией сократил трудоемкость процесса, упростил технологию применения сополимеров этилена.

Сельское хозяйство

Востребованы полиолефины также в сельском хозяйстве. Отличный экономический эффект получают путем использования полиэтилена в овощеводстве при строительстве парников, теплиц. Получаемые сооружения имеют упрощенную конструкцию, поэтому их стоимость ниже стеклянных аналогов примерно в три раза.

Прозрачные полиолефиновые материалы отлично пропускают ультрафиолетовые лучи, в результате чего существенно сокращаются сроки созревания овощных культур. Полиэтиленовой пленкой укрывают бурты зерна и овощей при продолжительном хранении их в поле. Из данного материала изготавливают мешки, в которых хранят минеральные удобрения. Пленка нужна и для процесса силосования. Благодаря хранению в полиэтиленовых мешках силоса, нет необходимости строить дорогие башни, тратить средства и время на процедуры разгрузки и загрузки.

Полимерные пленки, изготовленные на основе полиэтилена, позволяют увеличивать урожайность плодово-ягодных культур, ограничивать испарение из почв влаги, а также тормозить рост сорных растений.

Применение полиэтилена в животноводстве

Мы уже выяснили, какова формула полиэтилена: (-СН2-СН2-)n. Проанализируем значимость данного химического соединения для молочных ферм. Именно это органическое соединение применяется для изготовления различной тары: бидонов, бочек, ведер, банок, доильных аппаратов. Полиэтиленовые трубы удобны для перекачки молока. Металлические аналоги, применяемые на протяжении длительного времени, доказали свою несостоятельность. Помимо высокой стоимости, они подвергаются химической и атмосферной коррозии, а полиэтилен устойчив к этим процессам.

Пленка, выполненная из этого органического соединения, подходит для облицовки оросительных систем и каналов. По стоимости она будет дешевле бетонных аналогов примерно в три раза. Из полиэтилена низкого и высокого давления и его сополимеров производят гибкие шланги, применяемые в процессе полива сельскохозяйственных плантаций.

Строительная отрасль

Полиолефины востребованы в судостроении, автомобилестроении, машиностроении. Их них изготавливают трубы и разнообразные санитарно-технические изделия. На базе полиэтилена получают разнообразные композиции, вводя в полимер наполнители и определенные добавки.

К примеру, композицию ПЭВД с канальной сажей применяют при покрытии кабелей. Полученный материал выдерживает высокие давления жидкости, движущейся по трубам.

Для производства арматуры, разнообразных жестких конструкций применяют ПЭСД и ПЭНД, а также используют полипропилен. Из них производят гальванические ванны, струйные насосы, вентиляционные установки, оросительные колонны.

Заключение

Полиэтилен востребован и в отраслях, занимающихся производством предметов домашнего обихода. Из данного полимера создают разнообразные игрушки, зубные щетки, ведра, тазики, кувшины, разнообразные предметы, востребованные хозяйками.

Полиэтилен подходит для изготовления упаковочной тары для фармацевтической, парфюмерной, пищевой промышленности. Благодаря внешнему эстетичному виду, легкости, прочности, данный материал становится перспективным веществом для производства универсальных полочных систем, кресел, стульев.

В текстильном машиностроении полиэтилен востребован при создании шпулей, бобин. Данный полимер подходит для изготовления определенных узлов стиральных машин, вентиляционных систем, электрических приборов.

Полиэтиленовая пленка при нагревании подвергается усадке, плотно прилегая к предмету, материал повторяет его форму.

Если в двадцатом веке для изготовления изоляционных материалов применялась минеральная вата и пенополистирол, то в настоящее время разрабатываются абсолютно новые теплоизоляторы, базирующиеся на ППЭ (вспененном полиэтилене).

Данный материал создают из вспененного пористого гибкого полиэтилена, который предназначается для упаковки посуды и бьющихся предметов, промышленной техники, микроэлектроники. Данный продукт, получаемый из полиэтилена, востребован при изготовлении звукоизоляционных и гидроизоляционных материалов. Несмотря на то что стоимость у такой продукции будет немного выше, чем у традиционных теплоизоляционных материалов, она окупается отличными теплоизоляционными характеристиками. Такие материалы выдерживают диапазон температур от -60 до +95 градусов, имеют средний эксплуатационный срок службы порядка пятидесяти лет. Полиэтилен по праву можно считать востребованным материалом, имеющим множество областей применения.

Маркировка изделий из полиэтилена

Полиэтилен [-СН 2 -СН 2 -] n представляет собой карбоцепный полимер алифатического непредельного углеводорода олефинового ряда - . Макромолекулы полиэтилена имеют линейное строение с небольшим числом боковых ответвлений. его в зависимости от способа колеблется от десятков тысяч до нескольких миллионов.

Полиэтилен - кристаллический полимер. При комнатной температуре полимера достигает 50-90% (в зависимости от способа получения). Макромолекулы полиэтилена в кристаллических областях имеют конформацию плоского зигзага с периодом идентичности 2,53·10 -4 мкм

Полиэтилен отличается от других весьма ценным комплексом свойств. Изделия из полиэтилена имеют высокую , стойкость к действию агрессивных сред и радиации, нетоксичность, хорошие диэлектрические свойства. Перерабатывается полиэтилен всеми известными для термопластов методами.

Благодаря доступности сырья, сочетанию ценных свойств со сравнительно низкими затратами на его получение полиэтилен по объему производства занимает среди пластмасс первое место.

Полиэтилен получают радикальной полимеризацией этилена при высоком давлении и ионной полимеризацией при низком или среднем давлении.

В зависимости от способа полимеризации свойства полиэтилена значительно изменяются. Полиэтилен, получаемый (), характеризуется более низкой температурой плавления и плотностью чем полиэтилен, получаемый ионной полимеризацией. При радикальном механизме полимеризации образуется продукт, содержащий значительное число разветвленных звеньев в цепи, в то время как при ионном механизме полимер имеет линейное строение и высокую степень кристалличности.

Получаемые полимеры несколько различаются и по свойствам, и, как следствие, по режимам переработки в изделия и качеству изделий. Это объясняется особенностями строения полимерной цепи, которое, в свою очередь, зависит от условий протекания полимеризации.

Краткий исторический очерк

Полимеризацию этилена исследовал А. М. Бутлеров . Низкомолекулярный этилена впервые был синтезирован Густавсоном в России в 1884 г. Однако долгое время удавалось получать только полимеры низкой молекулярной массы (не более 500), представлявшие собой вязкие жидкости и применявшиеся в технике лишь в качестве синтетических смазочных масел.

В 30-х годах 20 века в Англии и Советском Союзе в лабораторных условиях при давлении более 50 МПа и температуре около 180 °С впервые был получен высокомолекулярный твердый полиэтилен.

Промышленный способ получения полиэтилена при высоком давлении был осуществлен в Англии в 1937 г. В 1952 г. Циглером были найдены катализаторы на основе комплекса триэтилалюминия и тетрахлорида титана, которые вызывали полимеризацию этилена с образованием твердого продукта высокой молекулярной массы при низком давлении.

Несколько позже фирма «Филлипс» (США) разработала новый катализатор для полимеризации этилена при среднем давлении на основе оксидов металлов переменной валентности (оксид хрома), нанесенных на алюмосиликат. Полимеризация этилена проводилась при давлении 3,5-7,0 МПа в среде инертного углеводорода (пентана, гексана, октана и др.).

В 1970-75 гг. в Советском Союзе совместно со специалистами ГДР был разработан и внедрен в промышленность новый способ получения полиэтилена при высоком давлении в конденсированной газовой фазе (процесс «Полимир» ).

В последние годы разработано несколько высокоэффективных процессов получения полиэтилена в присутствии различных катализаторов. Из этих процессов наиболее интересными являются производство полиэтилена низкого давления в газовой фазе в присутствии катализаторов - органических соединений хрома на силикатном носителе при давлении 2,2 МПа и температуре 85-100°С и производство линейного полиэтилена в газовой фазе в псевдоожиженном слое в присутствии высокоэффективного катализатора на основе соединений хрома при давлении 0,68-2,15 МПа и температуре 100 °С (процесс «Юнипол» ). Оба процесса проводятся на одном и том же оборудовании.

В настоящее время в промышленности получили распространение следующие методы производства полиэтилена.

Полимеризация этилена при высоком давлении 150-350 МПа и температуре 200-300 °С в конденсированной газовой фазе в присутствии инициаторов (кислорода, органических пероксидов). Получаемый полиэтилен имеет плотность 916- 930 кг/м 3

Полимеризация этилена при низком давлении 0,2-0,5 МПа и температуре около 80°С в суспензии (в среде органического растворителя) в присутствии металлоорганических катализаторов. Получаемый полиэтилен имеет плотность 959-960 кг/м 3 . В присутствии хроморганических катализаторов полимеризация этилена проводится при давлении 2,2 МПа и температуре 90- 105°С в газовой фазе (без растворителя). Получаемый полиэтилен имеет плотность 950-966 кг/м 3 . Такой полиэтилен называется

Полимеризация этилена при среднем давлении 3-4 МПа и температуре 150 °С в растворе в присутствии катализаторов - оксидов металлов переменной валентности (полиэтилен имеет плотность 960-970 кг/м 3 ). Получаемый полиэтилен называют полиэтиленом среднего давления (ПЭСД) или высокой плотности .

Свойства полиэтилена

Полиэтилен представляет собой термопластичный полимер 910-970 кг/м 3 и температурой размягчения 110-130 °С . Выпускаемый в промышленности разными методами полиэтилен различается по:

• плотности,
• молекулярной массе
• степени кристалличности.

Таблица 1: Различия между ПЭВД и ПЭНД по плотности, молекулярной массе и степени кристалличности

В зависимости от свойств и назначения полиэтилен выпускается различных марок, отличающихся плотностью, , наличием или отсутствием стабилизаторов.

Таблица 2: Основные физико-механических свойства полиэтиленов:

При длительном действии статических нагрузок полиэтилен деформируется. Предел длительной прочности для полиэтилена низкой плотности равен 2,45 МПа , для полиэтилена высокой плотности - 4,9 МПа .

Готовые изделия из полиэтилена, находящиеся длительное время в напряженном состоянии, могут растрескиваться. С увеличением молекулярной массы, уменьшением степени кристалличности и полидисперсности стойкость к растрескиванию полиэтилена возрастает.

Таблица 3:Показатели теплофизических свойств полиэтилена:

С повышением плотности полиэтилена его температура плавления повышается.

Изделия из полиэтилена низкой плотности могут эксплуатироваться при температурах до 60 °С, из полиэтилена высокой плотности - до 100 °С. Полиэтилен становится хрупким только при -70 °С , поэтому изделия из него могут эксплуатироваться в суровых климатических условиях.

Полиэтилен обладает высокой водостойкостью, полиэтилена низкой плотности за 30 сут при 20 °С составляет 0,04%, полиэтилена высокой плотности 0,01-0,04%.

Полиэтилен обладает хорошими диэлектрическими свойствами.

Таблица 4: Электрические показатели свойств полиэтиленов:

Плотность полиэтилена существенно не влияет на его электрические свойства . Примеси, содержащиеся в полиэтилене высокой плотности, увеличивают диэлектрические потери. Однако небольшие диэлектрические потери позволяют применять его в качестве ценного диэлектрика в широком диапазоне частот и температур.

Устойчивость полиэтилена к агрессивным средам

Полиэтилен не растворяется при комнатной температуре в органических растворителях. При температуре выше 70 °С он набухает и растворяется в хлорированных и ароматических углеводородах.

Полиэтилен стоек к действию концентрированных кислот, щелочей и водных растворов солей. Концентрированная серная и соляная кислоты практически не действуют на полиэтилен.

Азотная кислота и другие сильные окислители разрушают полиэтилен.

Для увеличения стойкости к термоокислительным процессам и атмосферным воздействиям в полимер вводят различные стабилизаторы .

Переработка и применение полиэтилена

Полиэтилен перерабатывается всеми методами, применяемыми для переработки термопластов: литьем под давлением , экструзией и прессованием . Около половины всего выпускаемого полиэтилена ВД расходуется на производство пленки, используемой в сельском хозяйстве и для упаковки продуктов. Из полиэтилена изготовляют, главным образом, предметы домашнего обихода, игрушки, конструкционные детали, трубы. Он применяется в качестве электроизоляционного материала в радиотехнике и телевидении, в кабельной промышленности, в строительстве, в качестве антикоррозионных покрытий, для пропитки тканей, бумаги, древесины и т. д.

Полиэтилен всех марок является физиологически безвредным, поэтому он широко применяется , в жилищном строительстве, а также для получения различных бытовых изделий и товаров народного потребления.

Список литературы:
Зубакова Л. Б. Твелика А. С, Даванков А. Б. Синтетические ионообменные материалы. М., Химия, 1978. 183 с.
Салдадзе К М., Валова-Копылова В. Д. Комплексообразующие иониты (комплекситы). М., Химия, 1980. 256 с.
Казанцев Е. Я., Пахолков В. С, Кокошко 3. /О., Чупахин О. Я. Ионообменные материалы, их синтез и свойства. Свердловск. Изд. Уральского политехнического института, 1969. 149 с.
Самсонов Г. В., Тростянская Е. Б., Елькин Г. Э. Ионный обмен. Сорбция органических веществ. Л., Наука, 1969. 335 с.
Тулупов П. Е. Стойкость ионообменных материалов. М., Химия, 1984. 240 с.
Полянский Я. Г. Катализ ионитами. М., Химия, 1973. 213 с.
Кассиди Г. Дж.у Кун К А. Окислительно-восстановительные полимеры. М., Химия, 1967. 214 с.
Херниг Р. Хелатообразующие ионообменники. М., Мир, 1971. 279 с.
Тремийон Б. Разделение на ионообменных смолах. М., Мир, 1967. 431 с.
Ласкорин Б. Я., Смирнова Я. М., Гантман М. Я. Ионообменные мембраны и их применение. М., Госатомиздат, 1961. 162 с.
Егоров Е. В., Новиков П. Д. Действие ионизирующих излучений на ионообменные материалы. М., Атомиздат, 1965. 398 с.
Егоров Е. В., Макарова С. Б. Ионный обмен в радиохимии. М., Атомиздат,

Полиэтилен - термопластичный полимер с относительно невысокой твердостью, не имеющий запаха и вкуса. Различные методы исследова­ния (микроскопический, рентгено- и электронографический и др.) пока­зывают, что полиэтилен обладает кристаллической структурой, анало­гичной структуре нормальных парафинов (например, С60Н122 и др.). Степень кристалличности полимера, получаемого полимеризацией эти­лена, не достигает 100%: наряду с кристаллической фазой всегда содер­жится аморфная. Соотношение этих фаз зависит от способа получения полимера и температуры. Подобно высокоплавким воскам и парафинам он медленно загорается и горит слабым пламенем без копоти. В отсут­ствие кислорода полиэтилен устойчив до 290° С. В пределах 290 - 350° С он разлагается на низкомолекулярные полимеры типа восков, а выше 350° С продуктами разложения являются низкомолекулярные жидкие вещества и газообразные соединения - бутилен, водород, окись угле­рода, двуокись углерода, этилен, этан и др.

1.1. Молекулярная структура полиэтилена

Молекула полиэтилена представляет собой длинную цепь метиленовых групп, содержащую некоторое количество боковых групп. Чем больше боковых групп в цепочке полимера и чем они длиннее (полимер имеет разветвленную структуру), тем ниже степень кристалличности. Обычно в полиэтилене низкой плотности одна метильная группа при­ходится на 30 атомов углерода, однако можно получить полимеры, содержащие одну метильную группу как на 10 атомов углерода, так и на 1000 и более атомов углерода. Исследования показывают, что метильные группы чаще всего находятся на концах боковых цепей, состоя­щих по крайней мере из четырех атомов углерода:

Недостаточно упорядоченные участки полимерных молекул состав­ляют аморфные области. Тот факт, что величина аморфных областей возрастает пропорционально степени разветвленности молекулы, позво­ляет сделать вывод, что в аморфные области входят части разветвлен­ных молекул.

В расплавленном состоянии полиэтилен находится в аморфном со­стоянии. Независимо от скорости охлаждения расплава полиэтилен не получен полностью в аморфном состоянии даже при моментальном охлаждении тонких пленок жидким воздухом. Быструю кристаллизацию полиэтилена можно объяснить небольшой длиной элементарных звеньев (2, 53 Å), соответствующей одному зигзагу углеродной цепи, высокой симметрией молекул и их расположением в виде пачки. Пачки намного длиннее макромолекул и состоят из многих рядов цепей. Кристаллиза­ция начинается в пачках и проходит последовательно либо через обра­зование «лент», «лепестков» и правильных кристаллов, либо через воз­никновение «лент», «лепестков» и сферолитных структур. Структу­ра молекулы полиэтилена показана на рис.1

Рис.1 Структура молекулы полиэтилена

Скорость охлаждения расплава полиэтилена определяет размеры кристаллических участков и степень кристалличности. Быстрое охла­ждение (закалка) приводит к снижению процента кристаллической фазы и увеличению размеров кристаллических участков.

Между кристалличностью и содержанием метильных групп наблюдается ясно выраженная связью Ниже показана зависимость содержания аморфной фазы от концентрации метильных групп в полиэтилене:

Число CH3-групп на 100 атомов С Содержание аморфной фазы, %

Различие в степени кристалличности обусловливает плотность полимера. Так, полиэтилен низкой плотности содержит 55-65% кристаллической фазы, средней 66-73%, а высокой 74-95%.

В образцах полиэтилена с высокой степенью разветвленности весовая доля кристаллической фазы может достигать 40%.

С повышением температуры снижается степень кристалличности полимера: снижение становится все более резким по мере приближения к температуре размягчения (рис. 2).

Рис 2. Изменение доли кристаллической фазы в полиэтилене с повышением температуры

Кристаллические участки в полиэтилене имеют длину до нескольких сот ангстрем и соответствуют не целой молекуле, а небольшой части ее, так что одна полимерная молекула (длина ее достигает 1000 Å) может проходить через несколько кристаллических областей.

Конфигурация и упаковка линейных молекул полиэтилена в кристаллитах такие же, как у молекул нормальных олефинов. Об этом свидетельствуют размеры прямоугольной элементарной кристаллической ячейки: а = 7,40 Å, b =4.93 Å, с = 2,534 Å.

Период идентичности в 2,534 Å соответствует повторяющемуся расстоянию зигзагообразной углеродной цепи между атомамиуглерода С-С 1,54 Å и углу между углеродными связями 109 28"

Соседние молекулы находятся на расстоянии 4,3 Å друг от друга; атомы же водорода соседних молекул так расположены по отношению друг к другу так, что расстояние между их центрами становится почти постоянной величиной 2,5 Å , т. е. равно удвоенной величине эффективного ван-дер-ваальсового радиуса 1,25 Å. Кристалличность полимера при обычных температурах влияет посредственно на многие его свойства: плотность, поверхностную твердость, модуль упругости при изгибе, пределы прочности и текучести, растворимость и набухание в органических растворителях, паро- и газопроницаемость.

В присутствии катализаторов Циглера и Филлипса можно провести сополимеризацию этилена и α-олефинов и тем самым контролировать число ответвлений. Так, например, сополимер этилена и пропилена (6,25% по весу пропилена) содержит 21 метильную группу на 1000 угле­родных атомов и имеет кристалличность на 20% меньше кристаллич­ности полиэтилена. Сополимер этилена и 1-бутена (5,6% по весу 1-бутена) при наличии 14 этильных ответвлении на 1000 углеродных атомов снижает кристалличность на 20%, т. е. 1 этильная группа эквивалентна 1,5 метильным группам по влиянию на снижение степени кристаллич­ности сополимеров.