اثر وزن مولکولی و توزیع آن بر رفتار ریولوژیکی پلی الفینها

ریولوژی نوع رفتار جریان مذاب پلیمرها را مشخص می کند و دارای جایگاه کلیدی در زنجیره دانش پلیمرها می باشد. پارامترهای ریولوژیکی ارتباط بین کاتالیست و ساختار زنجیر پلیمر با رفتار فرایندی و خواص نهایی آن را نشان می دهند. امروزه در نتیجه تغییرات سریع نیازمندی های مشتری و به دنبال آن افزایش سرعت توسعه پلیمرهای جدید ریولوژی به دلیل مشخص کردن ارتباط بین شرایط تولید پلیمر با ویژگی های محصول نهایی، اهمیت روز افزونی یافته است. پلی الفینها که از پلیمریزاسیون آلفا الفینها بدست می آیند، پرکاربردترین گروه ترموپلاستیکها را تشکیل می دهند. این پلیمرها بر اساس نوع مونومر و ساختار زنجیر آنها شامل پلی اتیلن دانسیته بالا (HDPE)، پلی اتیلن دانسیته متوسط (MDPE)، پلی اتیلن سبک خطی (LLDPE)، پلی اتیلن سبک (LDPE)، پلی پروپیلن (PP)، پلی بوتن-1 و الاستومرهای الفینی می باشند. وزن مولوکولی و توزیع وزن مولکولی پلی الفینها متاثر از متغییرهای فرایند پلیمریزاسیون شامل نوع کاتالیست (زیگلر ناتا، متالوسن و ...)، نوع طراحی راکتور (بستر سیال، لوله ای، همزن دار و ...) و شرایط عملیاتی راکتور پلیمریزاسیون (دما، فشار، جریان، ترکیب و غلظت مونومرها و ..) می باشند. از پارامترهای ریولوژیکی که برای بررسی ساختار مولکولی ترموپلاستیک ها مورد استفاده قرار می گیرند می توان به ویسکوزیته برشی (Shear viscosity)، ویسکوزیته صفر (Zero shear viscosity)، میزان حساسیت ویسکوزیته به شدت برش ( Shear thinning)، انرژی اکتیواسیون جریان یا میزان حساسیت ویسکوزیته به دما (Flow activation energy)، مدول ذخیره و مدول اتلاف ( G و G) و نقطه تلاقی آنها اشاره کرد. این پارامترها را می توان با دستگاه های اندازه گیری ریولوژی مانند ریومتر کاپیلاری (Capillary rheometer) یا (Rheometrics Mechanical Spectrometer RMS )بدست آورد. ریولوژی مذاب پلی الفینها کاملا تحت تاثیر وزن مولکولی و توزیع وزن مولکولی آنها می باشد. با افزایش وزن مولکولی میزان گره خوردگی زنجیرها بیشتر شده و ویسکوزیته افزایش می بابد. میزان افزایش ویسکوزیته با وزن مولکولی را می توان با رابطه زیر نشان داد: n = KM برای اکثر پلی الفینها مقدار 0 برابر 6 . 3 و مقدار K برابر 01 * 8.6 -51 Pa S/[g/mol]6.3 است. با افزایش وزن مولکولی، انرژی اکتیواسیون جریان کاهش می یابد. همچنین پدیده شکست مذاب در تنش های برشی کمتری اتفاق می افتد. با افزایش وزن مولکولی و توزیع آن پدیده Shear thinning در شدت برشهای پایینتری شروع می شود. افزایش توزیع وزن مولکولی منجر به پهن شدن ناحیه انتقال بین نواحی نیوتنی و ناحیه پاورلاو می شود. همچنین ویسکوزیته صفر، ویسکوزیته کششی، میزان حساسیت ویسکوزیته به برش و دما (shear thinning and flow activation energy) و تورم دای با افزایش توزیع وزن مولکولی افزایش می یابد. با وسیع تر شدن توزیع وزن مولکولی میزان الاستیسیته افزایش یافته و نقطه تلاقی مدول های ذخیره و اتلاف به طرف فرکانسهای پایین تر انتقال می یابند.