HDPE、LDPE及LLDPE树脂材料性能比较 摘要：本文通过HDPE、LDPE及LLDPE三种树脂的材料的生产原料、分子结构、密度、结晶度、软化点、耐腐蚀性、温域、机械性能、拉伸强度、断裂伸长率、抗环境应力开裂（见表1）及工业生产原理、工艺及添加剂来分析三种材料的工程应用范围和各自的应用的特点和适用工程范围。 聚乙烯(Polyethylene)是五大合成树脂之一，是我国合成树脂中产能最大、进口量最多的品种。目前，我国已是世界上最大的聚乙烯进口国和第二大消费国。聚乙烯是有乙烯单体聚合而成的，聚乙烯塑料是以聚乙烯树脂为基材，添加少量抗氧化剂、滑爽剂等助剂后制成的塑料产品。聚乙烯主要分为线性低密度聚乙烯(LLDPE)、低密度聚乙烯(LDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)三大类。1 高密度聚乙烯，英文名称为“High Density Polyethylene”，简称为“HDPE”。 HDPE无毒、无味、无臭，密度为0.940～0.976g/cm3，它是在在齐格勒催化剂催化下，在低压条件下聚合的产物，所以高密度聚乙烯亦成为低压聚乙烯。 HDPE是一种由乙烯共聚生成结晶度高、非极性的热塑性树脂。原态HDPE的外表呈乳白色，在微薄截面呈一定程度的半透明状。其具有优良的耐大多数生活和工业用化学品的特性，它能抗强氧化剂（浓硝酸）、酸碱盐以及有机溶剂（四氯化碳）的腐蚀和溶解。该聚合物不吸湿并具有好的防水蒸汽性，可用于防潮防渗用途。 不足之处是其耐老化性能和环境应力开裂性不如LDPE，特别是热氧化作用会使其性能降低，所以高密度聚乙烯在制成塑料卷材时添加了抗氧化剂和紫外线吸收剂来改善其不足之处。2 低密度聚乙烯，英文名称为“Low density polyethylene”，简称为“LDPE”。 LDPE无毒、无味、无臭，密度为0.910～0.940g/cm3，它是在100～300MPa的高压下，用氧或者有机过氧化物为催化剂聚合而成，也成高压聚乙烯。 低密度聚乙烯在聚乙烯树脂中是质量最轻的品种。与高密度聚乙烯相比，其结晶度（55%～65%）和软化点（90～100℃）较低；有良好的柔软性、延伸性、透明性、耐寒性和加工性；其化学稳定性较好，可耐酸、碱和盐类水溶液；有良好的电绝缘性和透气性；吸水性低；易燃烧。性质较柔软，具有良好的延伸性、电绝缘性、化学稳定性、加工性能和耐低温性（可耐-70℃）。 不足之处是其机械强度、隔湿性、隔气性和耐溶剂性较差。分子结构不够规整，结晶度（55%-65%）低，结晶熔点（108-126℃）也较低。其力学强度低于高密度聚乙烯，防渗系数、耐热性和抗日光老化性差，在日光或高温下易老化分解而变色，导致性能下降，所以低密度聚乙烯在制成塑料卷材时添加了抗氧化剂和紫外线吸收剂来改善其不足之处。3 线性低密度聚乙烯，英文名称“Linear Low density polyethylene”，简称为“LLDPE”。 LLDPE无毒、无味、无臭，密度处于0.915～0.935g/cm3之间,是乙烯与少量高级α-烯烃(如丁烯-1、己烯-1、辛烯-1、四甲基戊烯-1等)在催化剂作用下，经高压或低压聚合而成的一种共聚物，常规LLDPE的分子结构以其线性主链为特征，只有少量或没有长支链，但包含一些短支链。没有长支链使聚合物的结晶性较高。 LLDPE与LDPE相比具有强度高、韧性好、刚性强、耐热、耐寒等优点，还具有良好的耐环境应力开裂、耐撕裂强度等性能，并可耐酸、碱、有机溶剂等。 综上分析，上述三种材料在不同防渗工程类型中担当着各自重要的任务。HDPE、LDPE及LLDPE三种材料都具有很好的绝缘和防潮、防渗性能，无毒、无味、无臭的性能使其在农业、水产养殖、人工湖、水库、河道上的应用也极其的广泛，并得到中国农业部渔业局、上海水产科学研究院、渔业机械仪器研究所的大力推广及普及应用。 在强酸、强碱、强氧化剂和有机溶剂的介质环境中，HDPE和LLDPE的材质性能可以得到很好的发挥和利用，尤其是HDPE在抗强酸、强碱、强氧化性能和抗有机溶剂的特性方面远远高于其他两种材料，所以HDPE防渗防腐卷材在化工、环保行业得到了充分的利用。 而低密度聚乙烯也拥有很好的耐酸、碱、盐溶液的特性，并且具有良好的延伸性、电绝缘性、化学稳定性、加工性能和耐低温性。所以在农业、蓄水养殖、包装，特别是低温包装和电缆材料上应用较为广泛。 表1 HDPE LDPE及LLDPE材料新能比较塑料名称 性能比较高密度聚乙烯 HDPE 低密度聚乙烯 LDPE 线性低密度聚乙烯 LLDPE气味、毒性 无毒、无味、无臭 无毒、无味、无臭 无毒、无味、无臭密度 0.940～0.976g／cm3 0.910～0.940g/cm3 0.915～0.935g/cm3结晶度 85-65% 45-65% 55-65%分子结构 仅包含碳-碳与碳-氢结合键，需较多能量才能断裂 聚合物分子量较小，需较少能量即可断裂 线性结构、支链、短链较少，需较少能量即可断裂软化点 125-135℃ 90-100℃ 94-108℃机械性能 强度高、韧性好、刚性强 机械强度较差 强度高、韧性好、刚性强拉伸强度 高 低 较高断裂伸长率 较高 低 高冲击强度 较高 低 高防潮、防水性能 对水、水蒸气、空气的渗透性好，吸水性低，具有良好的防渗透性 隔湿性、隔气性较差 对水、水蒸气、空气的渗透性好，吸水性低，具有良好的防渗透性耐酸、碱、腐蚀、有机溶剂性能 耐强氧化剂腐蚀； 耐酸、碱和各种盐类腐蚀；不溶于任何有机溶剂等。 耐酸、碱、盐溶液腐蚀，但耐溶剂性较差 耐酸、碱、有机溶剂耐热/寒 耐热、耐寒性能好，在常温甚至在-40F低温下均如此，有极好抗冲击性能，低温脆化温度< -90o C 耐热性能较低，低温脆化温度<-70oC 耐热、耐寒性能好 低温脆化温度< -90o C抗环境应力开裂 好 较好 好什么是开口剂？ 聚乙烯塑料吹膜之后，由于膜间形成真空密合状态，不易分开，使用困难，影响自动包装效率，这时添加塑料开口剂，可以解决上述问题。 塑料开口剂一般为二氧化硅系列的无机物。如硅藻土类，它是由水生微细硅藻细胞遗骸堆积而成的一种白色生物化学沉积岩，其中含有细孔，是一种具有许多不同形状、独特结构的碎片集合体。 硅藻土化学组成为：SiO292%,Al2O33%,Fe2O31%,CaO 0.5%,MgO 0.5%,Na2O0.5%,K2O0.3%,P2O50.2%，烧失量0.3%。国外硅藻土有时CaO多些，为6%左右，Na2O多些，为2%左右，其他成分比例与国内样品相接近。 硅藻土外观为松、散、细、柔软、质轻的白色粉末，吸油率为50~130毫升/100克，折光率为1.48，密度为2.3克/立方厘米，容重0.5克/立方厘米，比表面积约1~3平方米/克，PH值约为8~9。 开口剂用原来的粉末状无机物时，分散性差，均匀性差，不如制成开口剂母料，效果较好，也有叫做抗粘母料的。 在开口剂母料中，开口剂所占比例为30%~50%，载体用低密度聚乙烯（LDPE)用量为70%~50%，其他为润滑剂、分散剂等。开口剂母料一般添加1~5份即可。1、前言塑料工业发展的同时，促进了塑料助剂的发展。从早先的加工助剂发展到应用助剂已是一个飞跃。开口爽滑剂就是其中一例，在发展中使其得到完善。最早的开口剂是无机的滑石粉、硅藻土等；中期发展到有机的油酸酰胺、芥酸酰胺及EBS衍生物等；目前合成二氧化硅作开口剂在薄膜中的应用也较为广泛。所有这些助剂都不同程度地存在副作用，主要表现在有机开口剂有大量的析出物在薄膜表面，影响薄膜的印刷性、热封性及颜色；无机开口剂的分散问题一直是生产中的难点，若在配方中加入润滑剂及有机分散剂就同样产生析出物；二者对被包装物的污染是很严重的，尤其是在食品包装、液体包装、药品包装等领域。 2、工作原理塑料薄膜的粘连问题主要有两方面原因：一种是由于薄膜闭合后膜间形成真空密合状态，不易分开；另一种是薄膜成型后其表面有大量的外露分子链，在两片薄膜闭合后产生了大分子链之间的互相缠绕，使其无法打开。事实上造成薄膜开口困难的原因是二者共存的，且后者是主要原因。早期的无机开口剂就是使薄膜的表面产生凸凹不平来减少膜问负压使其分离；后期的有机开口剂是在薄膜表面形成一层润滑膜，降低薄膜的摩擦系数，使之不互相粘连。二者同时也阻碍了分子链之间的缠绕。但这些开口剂都存在上述提到的不足之处。 新型开口爽滑剂的工作原理是：选用纳米级的二氧化硅粉体，使其在树脂中分散到微米级的颗粒，这种颗粒是由二氧化硅自身的能形成，没有添加任何辅助助剂。该种颗粒是多孔有间隙的、不规则的、比表面积很大的松软颗粒，其直径为卜2微米，比表面积为550—600平方米／克。聚合物在加工过程中大分子链的末端被二氧化硅颗粒的空隙吸入，该颗粒同时成为成核中心使其结晶。这样就大大地减少了外露的分子链，使两膜接触时没有大分子链的缠绕，从而解决了开口问题；同时也因为分子链的不外露，薄膜在经过物体摩擦时也减轻了吸附力，从而增加了爽滑性能。 3、新型开口爽滑剂的特点3.1目前开口剂存在的问题 无机开口剂加入量大并且分散困难，影响薄膜的透明度、强度。有机开口剂存在析出物影响薄膜的颜色、热封性、印刷性，同时污染被包装物。 3.2新型开口爽滑剂的特点 不含任何易挥发物及析出物，保证了被包装物的质量； 提高薄膜的透明性及表面光洁性； 对薄膜有补强作用，提高抗蠕变性能； 提高薄膜在高速包装线上的抗黏结性；不影响薄膜的加工性、印刷性、热封性； 无毒、无污染，可用于食品、医药等行业。 4、使用方法新型开口爽滑剂适用于聚烯烃的吹塑成型、流延成型，他的加工性能与聚烯烃相同，无需改变工艺条件，加入量一般为0.5—1.5％。可根据原材料的黏结性及产品特性的要求做适当的调整。使用时将母料按所需比例与原料树脂混合均匀加入挤出机即可。 关于薄膜爽滑剂的析出 当今高分子聚合物在软包装行业中获得了广泛的应用，但由于聚稀烃在薄膜加工时的摩擦系数很高，在薄膜彼此之间或者与加工设备之间，容易出现粘附现象。因而薄膜材料表面爽滑并具有适当的摩擦系数对于薄膜包装工艺来说非常重要，或者说，材料表面的摩擦系数是包装机器运行速度以及包装物易开启性的主要影响因素之一。在材料制作过程中加入添加剂（如爽滑剂和抗粘连剂）是一种调节塑料表面摩擦系数的常见方式。 爽滑剂主要是通过显著降低塑料薄膜的摩擦系数，改变薄膜滑动性和抗粘性之间平衡。爽滑剂能改进聚稀烃薄膜的表面性能，减少膜与膜之间的摩擦（在卷筒上），膜和其它相接触的表面的摩擦。因此爽滑剂作用是：1、有助于提高制造速度；2、降低了摩擦系数，提高了机器的包装速度。 爽滑剂按照功能分为内爽滑剂和外爽滑剂两类：内爽滑剂能促进聚合物大分子链或链段相对运动，从而改善物料流动性；外爽滑剂则是与聚合物基团相容性差的极性有机化学品，在聚合物链的布朗运动作用下，这些分子迁移到薄膜表面形成一层油性表面，从而起到改善薄膜表面性能的爽滑作用并降低材料表面的摩擦系数。 一、爽滑剂析出的原因爽滑剂由于是添加进去的，而不是接枝在PE分子上的，薄膜加工好后，随着时间的推移和温度变化，爽滑剂会从膜的内膜表层向外迁移渗出。仔细观察就会发现是一层很薄的粉状物或蜡状物质，用手去擦也可抹去。时间越长，迁移量就越多。 常用的爽滑剂是有机硅化合物、芥酸酰胺、油酸酰胺等。国内主要采用后两者，有机硅化合物使用较少。这些助剂都不同程度地存在副作用，主要表现在有机爽滑剂有大量的析出物在薄膜表面；而无机爽滑剂由于分散问题一直是生产中的难点，若在配方中加入润滑剂及有机分散剂就同样产生析出物。国内使用的爽滑剂普遍存在析出严重问题，卷辊上残存大量白霜，影响薄膜表面质量。国外则主要集中在有机硅类爽滑剂研制，如英国道康宁公司的聚合型有机硅化合物，不仅具有优良的爽滑性，而且析出少，不会产生普通爽滑剂由于迁移所带来的弊病。在高档PVC薄膜中润滑剂则主要使用德国汉高公司生产的G60、G70S等系列产品，这两大系列产品主要是脂肪族多元酸与多元醇的聚酯和饱和脂肪醇多元羧酸酯等。 通常情况下，薄膜越厚，单位面积含滑爽剂越多。实践表明，当聚乙烯薄膜厚度超过60μm，添加剂析出的现象就会大大增加。这是因为在同等的比表面积下，随着薄膜厚度的增加，其内部所含添加剂的量度在相应增长。 气温低的时候，PE膜本身的爽滑剂会析出厉害，因此在生产时复合胶辊时常会出现白色的粉状物体就是爽滑剂析出的表现。 二、爽滑剂析出所造成的问题当爽滑剂析出比较利害时，不仅仅是影响到自动包装机的工作，还影响到印刷适性、复合强度，而且对被包装物产生污染等。 爽滑剂与高分子聚乙烯是一种机械混合，不能很好相容，分子热运动使其逐渐向低自由能界面迁移，形成一层弱界面，因此，如果爽滑剂含量过高的话，就会影响薄膜的印刷适性。 软包装生产企业在复膜过程中，有时会遇到这样的现象：使用普通型聚氨酯胶粘剂复合聚乙烯膜的时候，复好的膜刚下机时，剥离强度还能达到要求，进入烘房熟化后，强度反而大大下降，或者放一段时间，容易开口，破袋。复膜厂家常常认为是胶的问题，实际上造成这种现象的原因，一般情况下是由于薄膜中滑爽剂等助剂析出造成的。 三、爽滑剂析出的解决方法首先在生产的工艺管理方面，刚生产出来的PE膜料因为爽滑剂还没完全析出，所以不应使用刚生产出来的PE膜料进行复合生产。应将PE底膜放置一段时间才用，如半个月或一个月，通常在20天左右，具体可根据实践效果而定。这并非是特殊的做法，有不少产品也使用这种方法。如纸包膜CPP，由于纸包膜需要具备较好的抗静电性能，该类薄膜生产后一般要求的时效处理时间为七天左右，以使薄膜中添加的抗静电剂的作用能达到最佳的使用效果。由此需要与客户沟通，定单应预留足够的时间。 其次，若PE膜本身的爽滑剂析出很厉害，用上述方法仍未能得到有效解决，那么应通知生产厂家协商解决，这涉及一个PE生产配方问题。要根据设备、生产工艺、包装要求、外界环境、内容物和保质期要求等调整滑爽剂用量和选择滑爽剂的种类，减少用量或换别的纯度高不易析出的爽滑开口剂！例如前面所提到英国道康宁公司的聚合型有机硅化合物。其实，市面上已有品质好的爽滑剂，与树脂具有一定的相容性，不易发生喷霜和析出等现象，不影响膜材的透明度，能严格保证膜材表面的微观平滑度；此外，与传统的酰胺类爽滑剂相比，硅酮助剂不会析出，也不影响薄膜的印刷和热封，是目前最理想的高分子爽滑剂。 目前PE膜的供应商生产技术水平参差不齐，因此选取供应商时尽量考虑有一定生产技术水平的生产厂家，并在正式合作之前明确规定收货标准，如出现质量偏差提出赔偿损失事宜等。 一般来说，爽滑剂析出与原料PE的牌号无关。