洗剤容器の耐久性のある壁と滑らか, しつこいフィルムラップの柔軟な表面は、大きく異なる素材から作られているように見えるかもしれません - 剛性のために設計されたもの, 柔軟性のためにもう1つ. しかし、驚くべきことに, どちらも同じ汎用性のある熱可塑性物質から製造できます: 低密度ポリエチレン (LDPE).
ポリエチレンは世界で最も広く使用されているポリマーの1つですが, さまざまな形で存在します, それぞれが特定のパフォーマンス基準を満たすように設計されました.
LDPE 分岐分子構造を通してそれ自体を区別します, 柔らかさを与えます,
優れた処理可能性, および高い水分抵抗 - 包装と産業用の両方のアプリケーションの両方で不可欠な品質.
この記事では, LDPEの化学に深く掘り下げます, 生産プロセス, 材料特性, およびアプリケーションスペース.
さらに, LDPEが他のポリエチレンタイプとどのように比較され、今日の市場における環境的および経済的関連性を評価するかを探ります.
1. LDPEとは何ですか?
低密度ポリエチレン (LDPE) 広大なポリエチレンファミリー内の分岐熱可塑性ポリマーとして際立っています.
重合エチレンモノマーによって合成されます (c₂h₄) 高圧の根治的条件下で, LDPEの特徴は、その広範な分子分岐です.
その結果, 結晶化度と密度が低くなります (0.910–0.940 g/cm³) 高密度のカウンターパートと比較して, それにより、驚くべき柔軟性を提供します, 透明性, そして靭性.
2. 化学構造 & 重合
エチレンモノマー & ラジカル重合
分子レベルで, LDPEはエチレンに由来します, 2炭素アルケン.
ラジカルイニシエーター (例えば, 有機過酸化物) 圧力下の抽象水素原子 1,000–3,000バー との温度 150–300°C, 自由なレジカルチェーンの成長を開始します.
重要です, 鎖伝達反応は、LDPEに固有の広範な分岐を引き起こす.
分子分岐
この分岐は両方とも短いものとして現れます (メチル, エチル) そして長いサイドチェーン.
平均して, LDPE展示 2–10ブランチあたり 1,000 炭素原子, これにより、チェーンパッキングと結晶化度が低下します.
結果として, LDPEの密度は周りに座っています 0.925 g/cm3, 一方、HDPEは範囲です 0.941–0.965 g/cm³.
チェーンアーキテクチャ対. プロパティ
重要なことです, 分岐は、機械的および熱特性を決定します.
分岐が増えると、融点が低くなります (に 105–115°C) 伸びを強化します (まで 650 %), 枝分かれが少なくなりますが、引張強度が高まります (まで 25 MPa).
それに応じて, 生産者の細かい炉炉変数 - 圧力, 温度, イニシエーター用量 - テーラードパフォーマンスを実現します.
3. 製造工程
高圧オートクレーブ反応器
オートクレーブ (バッチ) 原子炉は引き続きLDPE生産を支配しています, 高度に分岐したポリマーを一貫して送達する能力により.
典型的なサイクルで, エチレンとイニシエーターは反応器を充電します, 圧力が上昇します 2,000 バー, 温度が上昇します 200 ℃. 重合後, 溶融物はペレット化のために排出されます.
連続対. バッチ重合
あるいは, 連続した管状反応器は、わずかに低い圧力で動作し、供給します 20–30 % より高いスループット, より狭い分子量分布を備えていますが.
これにもかかわらず, 継続的なプロセスは、エネルギー消費を削減できます 10–15 %, コスト効率を改善し、温室効率を削減します.
ペレット化 & 治療後
重合したら, ホットLDPEメルトは、鎖のペレット化を受けます, 続いて乾燥します 80–100°C 揮発性物質を除去します.
その後, 生産者は、添加物、UV安定剤を組み込みます, 抗酸化物質, スリップエージェント - viaマスターバッチブレンド, 均一な分散と最適な長期パフォーマンスを確保します.
4. 物理的な, 機械式 & 熱特性
このセクションでは, LDPEのユニークな分子アーキテクチャがその巨視的な挙動にどのように変換されるかを調べます.
これらのプロパティ範囲を理解することにより, エンジニアとデザイナーは、柔軟性の正確なバランスを要求するアプリケーションのLDPEを自信を持って選択できます, 強さ, および熱性能.
密度 & 結晶性
何よりもまず, LDPEの密度 - 当然のことです 0.910–0.940 g/cm³ - その比較的低い結晶性を反映します (だいたい 35–55 %).
その結果, LDPEは、優れた柔軟性と透明性を示しています.
結晶性が低下するにつれて, アモルファス領域が支配的です, フィルムや薄い部品をクラックせずに曲げてドレープできるようにする, サブゼロ温度でも.
抗張力 & 伸長
さらに, LDPEは、中程度の強度と並外れた延性を組み合わせています.
その究極の引張強度 (UTS) その間に落ちる 10 そして 20 MPa, 休憩の伸びは範囲からです 200 % に 650 %.
実務的には, これは、LDPEフィルムが破裂する前に元の長さの数倍を伸ばすことができることを意味します。.
耐衝撃性 & 硬度
加えて, LDPEはショックを効果的に吸収します. 通常、IZODの衝撃値は到達します 50–100 j/m, そして、海岸dの硬度は周りに測定します 40–55.
これらの数字は、LDPEが柔らかさのバランスをとることを示しています (食料品の袋の手の快適さのため) 取り扱い中にパンクや涙に抵抗するのに十分なタフネスがあります.
熱挙動
熱特性への遷移, LDPEは間に溶けます 105 °Cおよび 115 ℃, これは、その使用を低および中程度の温度アプリケーションに制限します.
負荷下の熱偏向温度が近くにあります 45–50°C, そして、その熱伝導率は低いです - アラウンド 0.33 W/m・K - パッケージングと特定の産業用ライナーのための効果的な絶縁体を作ります.
バリアプロパティ
ついに, LDPEは中程度の障壁性能を提供します.
酸素透過率の平均 600 cm³・mm/m²・day・atm, 二酸化炭素透過性に及ぶ 200–600cm³・mm/m²・day・atm, また、水蒸気の伝達は低いままです 0.3–0.5 g・mm/m²・day・kpa.
これらの料金に感謝します, LDPEは、多くの食品に適切な保護を提供します, ハイバリエアプリケーションはしばしばマルチレイヤー構造または代替ポリマーを求めていますが.
低密度ポリエチレンの関連材料特性:
| 財産 | 典型的な範囲 |
|---|---|
| 密度 (g/cm3) | 0.910–0.940 |
| 結晶性 (%) | 35–55 |
| 抗張力 (UTS, MPa) | 10–20 |
| 破断伸び (%) | 200–650 |
| izodの衝撃 (j/m) | 50–100 |
| 海岸Dの硬度 | 40–55 |
| 融点 (℃) | 105–115 |
| 熱偏向温度. (℃) | 45–50 |
| 熱伝導率 (W/m・K) | 〜0.33 |
| o₂透過性 (cm³・mm/m²・day・atm) | 〜600 |
| Co₂透過性 (cm³・mm/m²・day・atm) | 200–600 |
| WVTR (g・mm/m²・day・kpa) | 0.3–0.5 |
5. 加工技術
押し出し & 映画の吹き付け
吹き飛ばされたフィルムの押し出し, LDPEは管状の泡を形成します, 正しく冷却されて崩壊したとき, 優れた涙と耐衝撃性のあるフィルムを生み出します.
対照的に, 鋳造フィルムの押し出しは、厚さの制御をより緊密なコントロールします (± 2 μm), グラフィックとラミネーションに最適です.
射出成形
射出成形LDPEには、の溶融温度が必要です 180–220°C のカビの温度 40–60°C.
設計者は、の収縮手当を指定します 1.5–3 % 体積収縮に対抗する. 結果として, スクイーズボトルのような部品は、正確な寸法と一貫した壁の厚さを達成します.
ブロー成形 & 回転成形
押し出しブロー成形は、冷却型の内部に溶融したパリソンを膨らませることにより、中空のLDPE容器を作成します,
回転成形では、ゆっくりした回転と熱を使用して大きく生成します, シームレスなパーツ - アップ 2 メートル 直径 - 均一な壁の厚さ.
熱成形 & 真空形成
熱成形で, LDPEシート (1–5 mm厚) 熱です 110–120°C そして、ドレープ上にドレープしたり、カビに吸い込みます.
比率を引きます 4:1 適度に深いプロファイルを可能にします, パッケージングトレイや蓋に役立ちます.
6. 添加剤, 共重合体 & 複合材料
UV安定剤, 抗酸化物質 & フィラー
UV誘発劣化と戦う, FormulatorsはUV吸収体とHALを組み込みます 0.1–1 wt %.
抗酸化物質 (例えば, フェノール化合物) で 0.05–0.5 wt % 熱酸化を防ぎます, 一方、炭酸カルシウムフィラー (5–20 wt %) 剛性を上げます 30 %.
LDPEブレンド & 合金
LDPEとLLDPEのブレンド (線形低密度) で 20–50 wt % 引張強度を強化します 10–15 % そして、耐衝撃性耐性 20 %.
逆に, LDPE/HDPE合金は剛性を高め、融点を上げる 5–10°C, より広いアプリケーションウィンドウを開く.
ナノコンポジット & 補強
1〜5重量を組み込んでいます % ナノクレイまたはカーボンナノチューブは、ガス透過性を低下させる可能性があります 30–50 % そして、ヤング率を増やします 10–20 %, したがって、LDPEをハイバリアのパッケージングと専門映画市場に進めています.
7. 低密度ポリエチレンの一般的な応用 (LDPE)
その汎用性のおかげです, LDPEは目立つように機能します:
- 柔軟な映画: ラップを縮めます, 農業マルチ映画, 食品グレードライナー.
- バッグ & 包装: 食料品袋, 小売袋, 6パックリング.
- コンテナ & ボトル: ボトルを絞ります, 調剤チューブ, アイスクリームタブ.
- チューブ & ライナー: 医療用チューブ, 保護ケーブルジャケット, と地球膜.
- 専門品: 真空が形成されたハウジング, 補綴ソケット, 低ストレス鋳物.
さらに, LDPEの酸に対する抵抗, 基地, そして、湿気は要求の厳しい環境における役割を固めています, 化学処理ライナーから屋外の農業カバーまで.
8. 利点 & 低密度ポリエチレンの制限 (LDPE)
利点
- 例外的な柔軟性: まで伸びます 650 % かなりのひずみの下での亀裂を防ぎます.
- 化学薬品 & 耐湿性: ほとんどの酸に対して安定しています, 基地, と水の侵入.
- 費用対効果: 最も安価な熱可塑性プラスチックの中で, 頻繁に価格設定があります 25–35 % HDPE以下.
- リサイクル性: 縁石プログラムで樹脂コード「4」として広く受け入れられ、機械的なリサイクル速度が 20–30 % 先進市場で.
制限事項
- 熱制約: 上で溶けます 115 ℃ 高熱アプリケーションを制限します.
- ガス透過性: 上昇したO₂/CO₂伝送は、酸素感受性製品の貯蔵寿命を短縮する可能性があります.
- UV感度: 屋外での使用には安定剤が必要です, 追加 0.5–1 % 定式化コスト.
- 機械的強度が低い: 抗張力 (10–20 MPa) トレイルHDPE (20–37 MPa), ヘビーロードの使用を制限します.
9. 比較分析: LDPE対. 他のポリエチレン
の位置を完全に把握する 低密度ポリエチレン (LDPE) ポリエチレン材料のより広いファミリー内,
それをその構造的な親relativeと比較することが不可欠です: 高密度ポリエチレン (HDPE), 中密度ポリエチレン (MDPE), そして 線形低密度ポリエチレン (llde).
これらのポリマーは同じエチレンモノマー基礎を共有しています, 彼らの 分子アーキテクチャ, 密度, パフォーマンス属性は大幅に分岐します, これにより、さまざまなアプリケーションへの適合性を定義します.
LDPE対. HDPE: 柔軟性と. 剛性
分子構造 & 密度
LDPEはによって特徴付けられます 高度に分岐したチェーン, につながる 低密度 (0.910–0.940 g/cm³) 結晶性の低下 (〜40–50％).
対照的に, HDPE展示 分岐が最小限の線形チェーン, その結果 高密度 (0.940–0.970 g/cm³) そして、結晶性まで 80%.
機械的性質
HDPEオファー より高い引張強度 (20–37 MPa) そして 耐衝撃性の改善 LDPEと比較して, のような厳格な製品に理想的にしています 燃料タンク, パイプ, 木枠, および洗剤ボトル.
LDPE, 一方で, 維持します 休憩時の優れた伸長 (200–600％), 必要なアプリケーションを好む 伸縮性と回復力, フィルムやスクイーズチューブなど.
熱耐性および耐薬品性
両方の材料は、広範囲の化学物質に抵抗します, しかし、HDPEは提供しています より良い応力亀裂抵抗と熱安定性, で 熱偏向温度 近く 60–75°C,
LDPEの40〜50°Cと比較してください. しかし, HDPEは、変更されない限り、低温でより脆くなる傾向があります.
LDPE対. MDPE: バランスポイント
中間特性
中密度ポリエチレン (MDPE) LDPEとHDPEの間のギャップを橋渡しします. 機能します 中程度の分岐, につながる 0.926–0.940 g/cm³の密度.
その剛性と耐衝撃性はLDPEとHDPEの間にあります, に適したものにする ガスパイプ, フィルムを縮めます, および回転成形.
ストレス亀裂抵抗
MDPEは一般的に展示されます 環境ストレス亀裂抵抗を強化しました (scr) LDPEと比較して, 特に油や洗剤にさらされる場合.
しかし, LDPEはまだエッジを保持しています 柔軟性と光学的透明度, これは、透明な包装フィルムなどのアプリケーションにとって重要です.
LDPE対. llde: 処理可能性と. パフォーマンス
構造の違い
LDPEには長鎖分岐があります, llde (線形低密度ポリエチレン) 特徴 ショートチェーン分岐, Buteneのようなアルファオレフィンによる共重合により導入されました, ヘキセン, またはオクテン.
これにより、LLDPEが得られます 分子量と機械的特性のより均一性.
靭性と穿刺抵抗
LLDPEは、LDPEを大幅に上回っています 靭性, パンク抵抗, そして涙の強さ - 特にフィルムアプリケーションで.
例えば, LLDPEフィルムは、ダーツインパクトの強さを最大2〜3倍高く示しています 同等のLDPEグレードよりも.
処理とコストに関する考慮事項
しかし, LLDPEが必要です より狭い処理ウィンドウ そして より高い押出圧力, 映画の吹き付けでLDPEよりも少し寛容になる.
LDPEも提供しています より良い光学的透明度と表面の光沢, これは、食品包装や消費者向けの製品で価値があります.
コスト - パフォーマンスのトレードオフ
ポリエチレングレードを選択するとき, エンジニアと調達の専門家は、それを考慮する必要があります 総価値提案, パフォーマンスメトリックだけではありません:
| プロパティ/機能 | LDPE | HDPE | MDPE | llde |
|---|---|---|---|---|
| 密度 (g/cm3) | 0.910–0.940 | 0.940–0.970 | 0.926–0.940 | 0.915–0.940 |
| 抗張力 (MPa) | 10–20 | 20–37 | 15–30 | 15–30 |
| 破断伸び (%) | 200–600 | 100–300 | 300–600 | 500–800 |
| 熱偏向温度 (℃) | 40–50 | 60–75 | 55–65 | 50–70 |
| 透明性 | 高い | 低い | 中くらい | 中程度 |
| 処理可能性 | 素晴らしい | 良い | 良い | 適度 |
| 相対コスト | 低い | 低い | 低モデレート | 低モデレート |
10. 結論
要約すれば, 低密度ポリエチレン (LDPE) 膨大な数の製品を固定し続けています。比類のない柔軟性に感謝します, 化学回復力, 手頃な価格.
重合の正確な制御を通じて, カスタマイズされた添加剤システム, および高度な処理, LDPEは、食品包装から医療機器までさまざまな市場の需要を満たしています.
楽しみにしている, ナノコンポジットの革新, 持続可能な原料, また、リサイクル技術を強化すると、CircularでのLDPEの役割がさらに強化されます, リソース効率の良い未来.
まとめ
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