高密度聚乙烯

高密度聚乙烯(High Density Polyethylene HDPE)由乙烯在特定条件和催化剂作用下聚合而成的一种聚合物，别名低压聚乙烯，是一种结晶度高、非极性的热塑性树脂，是五大通用塑料之一。化学式(CH-CH)_n，无臭、无味、无毒性的白色粉末或半圆状颗粒，熔点为131℃，密度为0.942g/cm-0.950g/cm，有较高的使用温度、硬度、机械强度和耐腐蚀性能。可通过浆法、气相法等方法进行制备。

发展历史

1953年，高密度聚乙烯的研究取得了第一次突破，西德化学家齐格勒(Ziegler)教授首次在常压条件下发生聚合得到了高密度聚乙烯，该法被称为齐格勒法高密度聚乙烯，也称低压法高密度聚乙烯，后应用于公司生产。1954年，诞生了制备高密度聚乙烯的菲利浦法和标准油法。又称为中压法聚乙烯。齐格勒法、菲利浦法和标准油法生产的HDPE称为第一代HDPE20世纪60年代未，高密度聚乙烯的研究取得第二次突破，比利时索尔维公司改进了原齐格勒催化剂，首创高效催化剂(催化活性比老齐格勒法高几十倍)，20世纪70年代，除了索尔维法外，还有西德的赫希斯特法(Hoechst)、荷兰的国家矿山公司法(DSM)、意大利的蒙埃法(Montedison)、美国的非利浦新淤浆法(Phillips Particle Process)、联合碳化物公司气相法(UCC Gas Process)等十多种工艺。20世纪80年代，日本藤仓电线株式会社的研究人员对HDPE进行化学改性，发现HDPE主链上引入少量极性基团后直流击穿强度可大幅提高，经对HDPE改性后，HDPE被广泛用作架空电力电缆绝缘材料。

理化性质

高密度聚乙烯是密度最高的一种聚乙烯，分子式(CH-CH)_n，无臭、无味、无毒性的白色粉末或半圆状颗粒，熔点为131℃，熔点较高，热性能好，玻璃化温度低；抗化学性能好，渗透性能小，密度为0.942g/cm-0.950g/cm，分子排列紧密，支化程度最小，具有很高的结晶度，抗拉强度20-35MPa，抗冲强度(缺口)2-30kPa·m，击穿场强18-20kV/mm。高密度聚乙烯几乎不受大多数常见化学品、水、溶剂、酸、洗涤剂和清洁液的影响，经久耐用，耐水性强，可通过煮沸进行灭菌，能够承受大多数强无机酸和碱，对土壤中发现的天然化学物质具有出色的抵抗力，HDPE塑料也方便回收，有助于防止不可生物降解的废物进入垃圾填埋场，同时还可以减少高达50%的塑料产量。

应用

工业领域

制备电缆护套料

高密度聚乙烯和乙烯-醋酸乙烯酯共聚物树脂可以制备具有更高机械性能的电缆护套料。高密度聚乙烯高压电缆护套的阻燃性也可以进行改良，通过热压法制备膨胀阻燃剂IFR(APP和TT4)掺杂的HDPE/IFR复合材料，有效提升高密度聚乙烯高压电缆护套的阻燃性能。在HDPE主链上引入少量极性基团后可大幅提高直流击穿强度，也可添加一些有机分子作为电压稳定剂，提升HDPE的电学性质，例如偶氮化合物具有抑制局部放电的作用。

高密度聚乙烯材料管道

高密度聚乙烯(PE-HD)塑料管材，具有耐热、耐老化、力学强度高等优点，满足国际和国家有关标准要求故核电站的海水系统常利用高密度聚乙烯的耐海水腐蚀和耐生物侵蚀能力，作为沿海核电站海水系统钢管的替代材料，在核电站核级管道系统中高密度聚乙烯也早有应用，例如美国Catawba核电厂和Callaway核电厂先后采用HDPE管道替换了发电机氢冷却器和应急柴油机冷却水系统钢管。

化工领域

高密度聚乙烯具有较差的导热性能，可以利用其和氮化硼(BN)熔融共混制备具有较高导热性的HDPE/BN复合材料。高密度聚乙烯作为一种热塑性树脂具有不含甲醛的优点，常作为一种胶黏剂用于制备杨木胶合板。高密度聚乙烯专用树脂与大量石灰石及其他添加剂复合制备“石头纸”，这种纸不仅可以书写和印刷，而且还具有塑料包装物耐撕、耐折、防水等性能。

医学应用

HDPE具有低吸湿性、耐化学性、可回收性和低细菌保留率的特点，可以作为医用导管、薄膜、连接器、实验室器具、导管、静脉输液袋、面罩、设备外壳、药物输送组件、包装等。一些特殊的HDPE，如超高分子量聚乙烯（UHMWPE），还可以用作骨科植入物，如膝关节或髋关节置换物。

生活应用

日常用品

生活中高密度聚乙烯可以作为食品和饮料容器、塑料瓶、洗发水护发素瓶等，也可以作为垃圾桶、回收箱、塑料容器等，具有多种应用，高密度聚乙烯薄膜主要应用于背心袋、垃圾袋、购物袋、食品袋、重包装袋、多层结构薄膜等，用量最大的是垃圾袋、购物袋和食品袋。

制备体育器材

高密度聚乙烯经改性使其具有耐磨和抗冲击强度高的优点，可以用来制作如舞蹈垫等体育器材，使用HDPE、碳纤维和硬脂酸制备HDPE/CF复合材料，会具有更高的力学性能和耐磨性能。

环境领域

美国食品药品管理局宣布在海岸50km的水道内的废弃塑料可以作为OceanBound树脂原料，用来制备高密度聚乙烯，以作食品包装使用。高密度聚乙烯还可以制作为防沙网，为防止高密度聚乙烯材料的老化，还可以在其中加入抗氧剂和光热稳定剂，从而提高材料的光、热稳定性，阻止氢过氧化物的进一步分解。在填埋垃圾场，高密度聚乙烯（HDPE）膜可以用来构建防渗系统来防止渗滤液泄漏，从而保护土壤和地下水安全。

制备方法

淤浆法

该工艺是以高纯度的乙烯为原料，丙烯和1-丁烯为共聚单体，己烷为溶剂，采用高效催化剂进行的低压聚合反应，通过该法聚合得到的淤浆经分离干燥、混炼造粒得到各种性能优良的HDPE产品。该法可以通过调节插入到聚合物链上的共聚单体自由地控制聚合物的成分分布。

也可采用乙烯单体，汽油为溶剂，四氯化钛为催化剂，一氯二乙基铝为活化剂，在一定压力温度条件下发生聚合反应，经酒精对其进行酯[zhǐ]化处理，生成物经水洗、中和、汽油分离、溶剂回收和成品干燥、造粒等步骤后即得。

气相法

该法将原料气通入净化塔，对其进行净化处理，以脱除水、氧、二氧化碳等微量杂质，后经预热进入反应器，同时由催化剂加料系统自动分批向反应器中加入催化剂，原料在催化剂作用下发生聚合反应生成。

小中空容器高密度聚乙烯的工艺制备

利用气相流化床工艺，以乙烯为原料，1-丁烯或1-己烯为共聚单体，异戊烷为诱导冷却剂，使用铬系、钛系、茂金属催化剂生产高密度聚乙烯。

回收利用

催化热解法

采用回收的高密度聚乙烯塑料为原料，辅以溶剂辅助热解制备聚乙烯蜡。即在高压反应釜添加相应比例的溶剂，使得高密度聚乙烯发生裂解，经萃取抽滤干燥，即得聚乙烯蜡。回收的高密度聚乙烯塑料还可以和烘焙毛竹共催化热解制取轻质芳烃，即对毛竹进行预处理增加其碳含量后进行扩孔处理，从而制备多级孔分子筛催化剂，最终通过共催化热解，制得轻质芳烃。

制备HDPE纤维混凝土

在制备混凝土时可向其中添加HDPE颗粒制备HDPE纤维混凝土，能够有效提高混凝土的开裂延性及抗冲击性，具有较高的弹性系数、抗压强度和耐久性。

固相拉伸法

采用固相拉伸法对废弃高密度聚乙烯进行二次加工，在高温压制和不同温度下拉伸条件下，高密度聚乙烯形成串晶结构，材料的屈服强度达到最大约104MPa，与未拉伸样品的屈服强度值(22.87MPa)相比，提高了354%。

结构特征

HDPE是一种不与酸性或碱性物质反应的惰性高分子聚合物，分子式(CH-CH)_n，以聚乙烯链为骨架，亚甲基原子组的长度一般为5x10-5x10A，高密度聚乙烯分子量及其分布是决定其性质高低，低分子量部分含量越多，则结晶度越大。熔体流动速率（MFR）与重均分子量（-Mw）成反比，重均分子量越大，对剪切速率越敏感。分子量分布指数（PI）越大，拉伸强度越高，但冲击性能下降。分子链与其他聚乙烯链在空间上分别分布于主线上，并最终与甲基相连，HDPE的线性结构几乎没有分支，支链少而短，分子链在结晶过程中容易堆砌成较厚的片晶，结晶度>80％。与其他类聚乙烯相比，HDPE具有更高的密度和强度。这完全得益于它的分子结构及链长。

安全事宜

消防安全

高密度聚乙烯是可燃性物质，其粉尘能在空气中燃烧和爆炸，燃烧温度为625-650℃，空气中燃烧浓度为85-370g/cm，应严禁火种和高温，配备相应消防设施。

储存运输

高密度聚乙烯在储存时外层使用编织袋内层使用聚乙烯薄膜袋双层包装，应存放在通风、干燥的仓库内，不得在露天堆放，防止阳光直晒，远离火源，在运输时应注意防止划破，防雨、防晒等，不得与砂土、金属、煤等污染物混合装运，不得与易燃物品混装。

参考资料

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该页面最新编辑时间为 2024年5月31日