investigating the Impact of Crystalline Structure on the Physical Properties of Polyethylene Using TREF Analysis

محمد سويد

المؤلفون

محمد سويد قسم الهندسة الكيميائية والنفطية، الاكاديمية الليبية للدراسات العليا فرع الساحل الغربي

الكلمات المفتاحية:

البولي إثلين، البلورة، الخصائص الميكانيكية

الملخص

العلاقة بين التركيب البنائي والخواص في نوعين من البولي إيثيلين منخفض الكثافة (LLDPE)، وهما إيثيلين/1-أوكتين (PE1) وإيثلين/1-هكسين (PE2)، حيث تمت دراستهما باستخدام تقنية الفصل (TREF). حيث تم فصل الجزيئات بحسب نسبة التبلور وتم قياس الخواص الحرارية بواسطة (DSC)، وقياس درجة التبلور اعتمادًا على الكثافة، واختبار الصلادة المجهرية بطريقة فيكرز. أظهرت نتائج الفصل بواسطة TREF سلوكيات مختلفة، حيث أبدى البوليمر PE2 نطاقًا أوسع ودرجات حرارة أعلى، مما يشير إلى طول سلاسل (الإيثيلين) وقدرة أعلى على التبلور. كما بينت نتائج DSC درجات انصهار وتبلور أعلى للبوليمر PE2، وهو ما يعكس وجود صفائح بلورية أكثر سماكة وكمالًا. وقد وُجد أن زيادة التفرعات قصيرة السلسلة تؤدي إلى انخفاض درجة الانصهار ونسبة التبلور والصلادة المجهرية، مما يؤكد الاعتماد القوي للخواص الحرارية والميكانيكية على توزيع comonmer. وأظهرت تجارب إزالة الجزيئات منخفضة التبلور يؤدي إلى زيادة درجة الانصهار والصلادة، في حين أن إزالة الجزيئات عالية التبلور يؤدي إلى انخفاضهما. وتؤكد هذه النتائج الدور الحاسم لنوع اcomonmer وتوزيعه في ضبط الخواص الحرارية والميكانيكية ل LLDPE..

الدراسة أظهرت أن التعديل التركيب البنائي للبوليمر على المستوى الجزيئي يمكن أن يؤدي إلى تحسينات كبيرة في الأداء، مما يمهّد الطريق لتطوير مواد بولي إيثيلين أكثر كفاءة ومتانة ومصممة لتلبية تطبيقات محددة. وتسهم هذه الدراسة في تعزيز وتوسيع مجال تصميم البوليمرات المتقدمة.

المراجع

- Structure-Property Relationships in Polymers, Charles E. Carraher Jr.، R.B. Seymour · 2012, Springer US.

- P.G.C. Nayanathara Thathsarani Pilapitiya, Amila Sandaruwan Ratnayake, The world of plastic waste: A review, Cleaner Materials, Volume 11, 2024.

- Handbook for the Chemical Analysis of Plastic and Polymer Additives, Michael Bolgar,2008, Taylor & Francis.

- J.-H. Arndt, R. Brüll T. Macko , P. Garg , J.C.J.F. Tacx . Characterization of the chemical composition distribution of polyolefin plastomers elastomers ethylene/1-octene copolymers and comparison to theoretical predictions, Polymer, 2018.

- Han E.H. Meijer, Leon E. Govaert, Mechanical performance of polymer systems: The relation between structure and properties, Progress in Polymer Science,Volume 30, Issues 8–9,2005.

- U. Gazal, I. Khan, M.A. Usmani, A.H. Bhat, Modification of polymer nanocomposites and significance of ionic liquid for supercapacitor application, Mohammad Jawaid, Mohammad Mansoob Khan, In Woodhead Publishing Series in Composites Science and Engineering, Polymer-based Nanocomposites for Energy and Environmental Applications, Woodhead Publishing, 2018.

- Mohammadreza Heidari Pebdani, Molecular insight into structural and mechanical properties of Halloysite structure, Computational Materials Science, Volume 218, 2023,

- Elizabeth von Hauff, Chapter 7 - The Role of Molecular Structure and Conformation in Polymer Electronics, Uli Wüerfel, Michael Thorwart, Eicke R. Weber, Semiconductors and Semimetals, Elsevier, Volume 85,2011.

- Fundamentals of Polymer Science for Engineers, Stoyko Fakirov,2017, Wiley.

- Galeski A, Bartczak Z, Vozniak A, Pawlak A, Walkenhorst R. Morphology and Plastic Yielding of Ultrahigh Molecular Weight Polyethylene. Macromolecules. 2020 Jul 28;53(14):6063-6077.

- Juan F. Vega, J. Ramos, V. Souza-Egipsy, J. Martínez-Salazar, On the melting behaviour of linear polyethylene single crystals in mixtures with homogeneous short chain branched polyolefins, Polymer, 2022, Volume 256

- Zhang, M., Lynch, D T. and Wanke, S E. Polymer 2001, 42, 3067-3075.

- Simanke, A G., Galland, G B., Freitas, L., da Jornada, J A H., Quijada, R. and Mauler, R S. Polymer 1999, 40, 5489-5495.

- Hosoda, S. Polymer 1988, 20, 383.

- Razavi-Nouri, M. Polymer Testing 2006, 25, 1052-1058.

- Hongrui Yang, Letian Zhang, Zhisheng Fu, Journal of Applied Polymer Science, 2015, 132 (2)

- Girish Galgali, Senthil Kumar Kaliappan and Tej Pandi, influence of Ethylene-1-Alkene Copolymers microstructure on thermorheological behavior of model blends for enhanced Recycling, Macromol 2022, 2, 168–18.

- Hao Wu , Foram Dave , Mozaffar Mokhtari, Muhammad Mahmood Ali, Richard Sherlock, Alistair McIlhagger, David Tormey and Shaun McFadden, On the Application of Vickers Micro Hardness Testing to Isotactic Polypropylene 2022 Polymers 14(9):1804

- Akihiko Toda, Melting kinetics of polymer crystals Polymer Journal volume 57, pages 1049–1065 (2025)

- Joshua M. Speer, Grigori A. Medvedev, James M. Caruthers, Jessica V. Lamb, Massimiliano Delferro, Mahdi M. Abu-Omar, mechanism of the comonomer effect in LLDPE from ethylene/1-Hexene Using a quinoline-Amine hafnium catalyst, Macromolecules, 2024, 57, 6741-6749.