폴리에틸렌 (PE)은 전 세계에서 가장 널리 사용되는 폴리머 중 하나이며, 다양성, 내구성 및 저렴한 비용으로 유명합니다. 폴리에틸렌 공급 업체로서, 폴리에틸렌의 결정화 거동을 이해하는 것은 고객의 다양한 요구를 충족시키기 위해 특성을 조정하는 데 중요합니다. 이 블로그에서, 우리는 매혹적인 폴리에틸렌 결정화 세계를 탐구하여 그 메커니즘, 그 영향에 영향을 미치는 요소 및 다양한 응용에 대한 영향을 탐구 할 것입니다.
폴리에틸렌 결정화의 기초
폴리에틸렌은 반 - 결정질 중합체이며, 이는 결정질 및 비정질 영역 모두로 구성되어 있음을 의미합니다. 결정화는 중합체 사슬이 순서대로 반복되는 패턴으로 자신을 배열하는 과정입니다. 폴리에틸렌의 경우, 사슬은 반복되는 에틸렌 단위로 구성된 길고 선형 분자입니다. 결정화 동안,이 사슬은 자체적으로주고 접어 라멜라를 형성합니다.
폴리에틸렌에서의 결정도의 정도는 분자량, 분자량 분포 및 분지의 존재와 같은 인자에 따라 유의하게 변할 수있다. 고밀도 폴리에틸렌 (HDPE)은 전형적으로 낮은 밀도 폴리에틸렌 (LDPE)에 비해 더 높은 수준의 결정도 (약 60-80%)를 가지며, 이는 더 높은 수준의 짧은 수준 및 장거리 사슬 분지로 인해 더 낮은 결정도 (약 40-60%)를 갖는다.
결정화 메커니즘
폴리에틸렌 결정화의 두 가지 주요 메커니즘이 있습니다 : 1 차 결정화 및 2 차 결정화.
1 차 결정화
1 차 결정화는 중합체가 용융 상태 ($ t_m $) 아래에서 용융 상태로부터 냉각 될 때 발생한다. 그것은 중합체 사슬이 정렬 된 방식으로 정렬되기 시작하는 작은 영역 인 핵 형성으로 시작합니다. 이 핵은 균질하게 또는 이질적으로 형성 될 수있다. 균질 한 핵 생성은 용융물의 대부분에서 자발적으로 발생하며, 여기서 중합체 사슬은 무작위로 모여 안정적인 핵을 형성합니다. 그러나이 과정에는 상당한 정도의 수퍼 쿨링이 필요합니다 (평형 용융 온도 아래에서 냉각). 반면에 이종 핵 생성은 불순물, 첨가제 또는 용기 벽과 같은 외래 입자의 표면에서 발생합니다. 이기종 핵 생성은 슈퍼 쿨링이 줄어들 필요가 없기 때문에 산업 공정에서 더 흔합니다.
일단 핵이 형성되면, 중합체 사슬은 핵쪽으로 확산되어 그들에게 부착되어 핵이 라멜라로 자랍니다. 라멜라의 성장은 방사형 방향으로 발생하여 구형 구조를 형성합니다. 구형의 성장 속도는 온도, 분자량 및 수퍼 쿨링 정도와 같은 인자에 의존합니다.
이차 결정화
2 차 결정화는 1 차 결정화가 대부분 완료된 후에 발생합니다. 여기에는 라멜라와 구형 사이의 비정질 영역 내에서 중합체 사슬의 추가 순서가 포함됩니다. 2 차 결정화는 1 차 결정화와 비교하여 느린 공정이며 실온에서도 오랜 시간에 걸쳐 계속 될 수 있습니다. 그것은 결정도의 정도를 증가시키고 시간이 지남에 따라 폴리에틸렌의 기계적 및 물리적 특성의 변화를 초래할 수 있습니다.
폴리에틸렌 결정화에 영향을 미치는 인자
분자 구조
폴리에틸렌의 분자 구조는 결정화 거동에 큰 영향을 미칩니다. 앞에서 언급했듯이 분지 정도는 결정도에 영향을 미칩니다. 가지는 중합체 사슬의 정기적 인 포장을 방해하여 정렬 된 결정 구조를 형성하기가 더 어려워집니다. 따라서, LDPE와 같은 더 높은 정도의 분지를 갖는 중합체는 HDPE와 비교하여 결정 성이 낮고 구형을 더한다.
분자량도 역할을합니다. 더 높은 분자량 폴리에틸렌은 일반적으로 더 긴 사슬이 확산과 정렬이 더 어려워지고 핵을 형성하고 라멜라로 성장하기 때문에 더 낮은 결정화 속도를 갖는다. 그러나 결정화가 발생하면 더 완벽한 결정 구조를 형성 할 수 있습니다.
냉각 속도
폴리에틸렌 가공 동안의 냉각 속도는 중요한 요소이다. 빠른 냉각 속도는 더 낮은 수준의 결정도 및 더 작은 구형 크기로 이어질 수 있습니다. 중합체 사슬은 완전히 정렬하고 큰 결정질 구조를 형성하기에 충분한 시간이 없기 때문입니다. 반면에, 느린 냉각 속도는 체인이 더 많은 시간을 확산시키고 스스로 배열 할 수있게하여 더 높은 결정도와 더 큰 구형을 초래합니다.
첨가제
핵 생성 제와 같은 첨가제는 폴리에틸렌 결정화에 상당히 영향을 줄 수있다. 핵 생성 제는 이종 핵 생성을 촉진하는 물질이다. 그들은 핵 형성을위한 많은 수의 부위를 제공하여 구형의 수를 증가시키고 크기를 줄입니다. 이로 인해 최종 제품에서 강성 및 선명도 증가와 같은 기계적 특성이 향상 될 수 있습니다.
응용 프로그램에 대한 시사점
폴리에틸렌의 결정화 거동은 다양한 응용 분야에서의 성능에 직접적인 영향을 미칩니다.
파이프 응용 프로그램
파이프 응용 분야에서파이프 9002-88-4우수한 기계적 강도, 환경 스트레스 균열에 대한 저항, 장기적인 내구성을 보장하기 위해 높은 수준의 결정도가 필요합니다. HDPE는 종종 높은 결정도와 선형 구조로 인해 파이프에 사용됩니다. HDPE의 크고 잘 형성된 구형은 우수한 강성과 인성에 기여하여 압력을 받고 물, 가스 및 기타 유체를 운반하는 데 적합합니다.
필라멘트 응용 프로그램
을 위한필라멘트 9002-88-43D 프린팅 또는 섬유 응용 분야에 사용 된 것과 같은 결정화 거동은 필라멘트의 특성에 영향을 미칩니다. 우수한 치수 안정성, 강도 및 유연성을 달성하기 위해서는 제어 된 정도의 결정도가 필요합니다. 폴리에틸렌의 가공 조건 및 분자 구조를 조정함으로써, 우리는 결정화 공정을 최적화하여 원하는 특성으로 필라멘트를 생성 할 수있다.
필름 응용 프로그램
필름 응용 분야에서필름 9002-88-4결정도와 투명성 사이의 균형이 필요합니다. 더 낮은 수준의 결정도는 더 나은 투명성을 초래할 수 있지만, 더 높은 수준의 결정도는 필름의 기계적 강도 및 장벽 특성을 향상시킬 수 있습니다. LDPE는 종종 투명성이 중요한 응용 분야에 사용되며 HDPE는 강도 및 장벽 특성이 중요한 응용 분야에 사용됩니다.
결론
폴리에틸렌 공급 업체로서 폴리에틸렌의 결정화 거동을 이해하는 것은 고객에게 특정 요구 사항을 충족하는 제품을 제공하는 데 필수적입니다. 분자 구조, 냉각 속도 및 첨가제 사용과 같은 인자를 제어함으로써 결정화 공정을 조정하여 최종 생성물에서 원하는 특성을 달성 할 수 있습니다. 파이프, 필라멘트 또는 필름에 관계없이 폴리에틸렌의 결정화를 조작하는 능력을 통해 광범위한 응용 분야에 고품질 솔루션을 제공 할 수 있습니다.
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참조
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- Hoffman, JD, & Miller, RL (1997). 중합체 결정화 이론. 중합체 과학의 진행, 22 (8), 1551-1618.
- Ziabicki, A. (1976). 섬유 형성의 기본 사항 : 섬유 회전 및 그리기의 과학. 와일리 - 비교.