ORIGINAL ARTICLEThe effect of polym

ORIGINAL ARTICLE
The effect of polymer concentration and temperature
on the rheological behavior of metallocene linear low density polyethylene (mLLDPE) solutions

Basheer Al-Shammari a, Tariq Al-Fariss b, Fares Al-Sewailm a, Rabeh Elleithy c,*

a King AbdulAziz City for Science and Technology (KACST), Riyadh, Saudi Arabia
b Chemical Engineering Departemnt, King Saud University, Riyadh, Saudi Arabia
c SABIC Polymer Research Chair, King Saud University, Riyadh, Saudi Arabia

Received 18 January 2009; accepted 18 July 2009
Available online 10 December 2010

Abstract In this study, the rheological characteristics of metallocene linear low density polyethylene (mLLDPE) were analyzed. Cyclohexane was used to prepare the dilute solutions of mLLDPE. The concentrations used in this study ranged from 1000 to 4500 ppm with 1000 ppm increments. The test temperatures ranged between 293 and 323 K at 10 K increments. The shear rate range was from 0.8 and 600 s_1. Rheological measurements were performed on a rotational rheometer
model AR-G2 with parallel plate geometry. The solution rheology was affected by shear rate, polymer concentration, and testing temperature. Different models were used to describe the rheological behavior of the mLLDPE dilute solutions. A model that accounted for concentration was successful in describing the rheological behavior as compared to models that were developed for polymer melt,
which do not take the polymer concentration into account.

Є 2010 King Saud University. Production and hosting by Elsevier B.V. All rights reserved.

1. Introduction
The knowledge of solution or melt rheology of polymers is keystone information for the polymer processing industry. Understanding the solution rheology of polymers is a key factor in developing suitable models for the solution polymerization process. AL-Fariss and Al-Zahrani (1993), Osswald (1998), Mills (2005), and Birley et al. (1992) showed that rheological behavior of polymers is of utmost importanceregarding different polymer processing methods such as extrusion, injection molding, blow molding, calendaring, and fiberspinning. Polymer solutions have distinct industrial applications. For example, polymethyl methacrylate (PMMA) is added in about 2% to motor oil to reduce the dependency of the oil on the temperature. More concentrated solutions, 40% polymer or more, are used to manufacture textile fibers by the process of solution spinning. Paints and coatings are other industrial applications of polymer solutions.
From ‘‘definition’’ point of view, it is not easy to distinguish between ’’dilute’’ and ’’concentrated’’ polymer solutions. Usually there is a gradual transition from the behavior of dilute to that of concentrated solutions. As a rule of thumb, a polymer solution may be called concentrated if the solute concentration exceeds 5% by weight. Formulas describing the viscosity behavior of dilute polymer solutions were presented by Van Krevelen (1990) and others. For concentrated polymer solutions, there are other correlations given by Van Krevelen and others as well (1990).
The viscosity of the polymer solution depends on a number of factors. Van Krevelen (1990) mentioned that some of these factors include molecules’ shape, molecular weight, hydrophilic nature, and interaction of polymer molecules with the solvents. Additionally, the solution viscosity depends on the concentration of the dissolved polymer. In good solvents the polymer segments prefer to be surrounded by solvent molecules rather than by other polymer segments. On the other hand, in poor solvents, the polymer molecules try to minimize the area of contact with the solvents molecules, i.e., the extension of the polymer molecule depends on the interaction of the polymer solvent, which directly affects its size and the viscosity of the solution as explained by Al-Zahrani (1990). Most polymers
melt and solutions are non-Newtonian, meaning that their viscosity depends on factors other than the velocity gradient. Except for rare cases, the viscosity of polymer melts and solutions decrease as the shear rate increases. This could be explained by the alignment of the polymer molecules under the application of the shear. This molecular alignment will allow easier flow of the molecules, which reduces the viscosity at higher shear rates. This is called shear thinning. This phenomenon is described by the famous power law formulatedby Ostwald and Waels shown in Eq. (1):
The rheological properties of polyethylene solutions did not get enough attention in the literature. Yasuo et al. (1994) studied the rheological behavior of very dilute solutions of ultra high molecular weight polyethylene (UHMWPE) for its utilization in the gel spinning technology. Their investigation was mainly focused on the shear flow viscosity of these solutions. They found that, such polyethylene solutions exhibit a shear thinning behavior at a very wide range of shear rate from 104 to 103 s

Результаты (русский) 1:

ОРИГИНАЛ СТАТЬИЭффект полимерной концентрации и температурына реологические поведение Металлоценовые линейной низкой плотности полиэтилен (mLLDPE) решенияГ-н Башир Аль Шаммари, Тарик аль Фарисс b, тарифы Аль Sewailm, Рабех Elleithy c *Город короля Абдель Азиза по науке и технике (ЦНТ), Эр-Рияд, Саудовская Аравияb Химическая технология Departemnt, Университет короля Сауда, Эр-Рияд, Саудовская Аравияc САБИК полимерных исследований кафедры, Университет короля Сауда, Эр-Рияд, Саудовская АравияПолучено 18 января 2009 года; принято 18 июля 2009Доступные онлайн 10 декабря 2010Аннотация в этом исследовании, реологические характеристики Металлоценовые линейного полиэтилена низкой плотности (mLLDPE) были проанализированы. Циклогексан был использован для подготовки разбавленных растворов mLLDPE. Концентрации, используемые в данном исследовании, варьировались от 1000 до 4500 ppm с шагом 1000 ppm. Испытания температуры варьировались от 293 до 323 K в 10 K с шагом. Диапазон коэффициента сдвига был от 0,8 и 600 С_1. Реологические измерения проводились на вращательных Реометрмодель AR-G2 с параллельной пластины геометрии. Реология раствор пострадал от скорости сдвига, концентрации полимера и температуре испытания. Различные модели были использованы для описания реологического поведения mLLDPE разбавленных растворов. Модель, которая составила концентрация была успешной в описании реологического поведения по сравнению с моделями, которые были разработаны для расплава полимера,которые не принимайте концентрацию полимера во внимание.Университет короля Сауда Є 2010. Производство и хостинг Elsevier B.V. Все права защищены.1. ВведениеКистоун информация для переработки промышленности полимеров является знание раствора или расплава реологии полимеров. Понимание решения реологии полимеров является ключевым фактором в разработке подходящих моделей для процесса полимеризации решения. Аль-Фарисс и аль-Захрани (1993), Osswald (1998), мельницы (2005) и Бёрдли соавт (1992 год) показали, что реологического поведения полимеров методы обработки различных полимеров крайне importanceregarding таких как экструзия, литье под давлением, удар формования, календари и fiberspinning. Полимерные растворы имеют различных промышленных применений. Например полиметилметакрилат (PMMA) добавляется в 2% моторного масла для сокращения зависимости от нефти на температуру. Более концентрированных растворов, 40% полимера или более, используются для изготовления текстильных волокон процессом решения спиннинг. Краски и покрытия являются другие промышленного применения растворов полимеров. С точки зрения «определения» это не легко различать «разбавленной» и «концентрированная» полимерные решения. Обычно существует постепенный переход от поведения разбавленный, концентрированных растворов. Как правило раствор полимера может быть вызван концентрированной если концентрация вещества превышает 5% по весу. Формулы, описывающие поведение вязкости разбавленных полимера решения были представлены Ван Krevelen (1990) и др. Для концентрированных полимерных растворов, есть другие корреляции, предоставляемых Ван Krevelen и другие, а также (1990). Вязкость раствора полимера, зависит от целого ряда факторов. Ван Krevelen (1990) упоминалось, что некоторые из этих факторов включают формы молекул, молекулярный вес, гидрофильной природы и взаимодействия молекул полимера с растворителями. Кроме того вязкость раствора зависит от концентрации растворенного полимера. В хороших растворителей полимерных сегментов предпочитают быть окруженным растворителей молекул, а не других полимерных сегментов. С другой стороны в бедных растворителей, молекулы полимера пытаются свести к минимуму площадь контакта с молекулами растворителей, то есть, расширение молекулы полимера зависит от взаимодействия растворителя полимера, который непосредственно влияет на его размер и вязкость раствора, как пояснил аль-Захрани (1990). Большинство полимеровmelt and solutions are non-Newtonian, meaning that their viscosity depends on factors other than the velocity gradient. Except for rare cases, the viscosity of polymer melts and solutions decrease as the shear rate increases. This could be explained by the alignment of the polymer molecules under the application of the shear. This molecular alignment will allow easier flow of the molecules, which reduces the viscosity at higher shear rates. This is called shear thinning. This phenomenon is described by the famous power law formulatedby Ostwald and Waels shown in Eq. (1): The rheological properties of polyethylene solutions did not get enough attention in the literature. Yasuo et al. (1994) studied the rheological behavior of very dilute solutions of ultra high molecular weight polyethylene (UHMWPE) for its utilization in the gel spinning technology. Their investigation was mainly focused on the shear flow viscosity of these solutions. They found that, such polyethylene solutions exhibit a shear thinning behavior at a very wide range of shear rate from 104 to 103 s

Результаты (русский) 2:

Оригинал статьи
Влияние концентрации полимера и температуры
на реологические свойства полиэтилена металлоценового линейного полиэтилена низкой плотности растворов (mLLDPE)

Башир Аль-Шаммари а, Тарик Аль-Fariss б, Фарес Аль-Sewailm а, Rabeh Elleithy с, *

Король Абдулазиз Город по науке и технике (ЦНТ), Эр - Рияд, Саудовская Аравия
б Chemical Engineering Departemnt, короля Сауда, Эр - Рияд, Саудовская Аравия
гр SABIC Polymer Research председатель, короля Сауда, Эр - Рияд, Саудовская Аравия

поступила 18 января 2009 года; принято 18 июля 2009
доступна в режиме онлайн 10 декабря 2010

Аннотация В данном исследовании были проанализированы реологические характеристики металлоценового полиэтилена линейной низкой плотности (mLLDPE). Циклогексан используется для приготовления разбавленных растворов mLLDPE. Концентрации , используемые в этом исследовании , колебались от 1000 до 4500 частей на миллион с шагом 1000 частей на миллион. Температуры испытаний колебалась между 293 и 323 К при 10 K приращения. Диапазон скорости сдвига был от 0,8 до 600 S_1. Реологические измерения проводились на ротационной реометр
модели AR-G2 с параллельной геометрии пластины. Реология раствор зависит от скорости сдвига, концентрации полимера и температуре испытания. Различные модели были использованы для описания реологического поведения mLLDPE разбавленных растворов. Модель , которая учитывается концентрация была успешной при описании реологических свойств по сравнению с моделями , которые были разработаны для расплава полимера,
которые не принимают концентрации полимера во внимание.

Є 2010 короля Сауда университета. Производство и хостинг Elsevier BV Все права защищены.

1. Введение
Знание раствора или расплава Реология полимеров является краеугольным камнем информация для переработки полимеров промышленности. Понимание решения реологии полимеров является ключевым фактором в разработке подходящих моделей для процесса полимеризации в растворе. AL-Fariss и Аль-Захрани (1993), Osswald (1998), Миллс (2005), и Берли и др. (1992) показали , что реологические свойства полимеров является крайне importanceregarding различных способов переработки полимеров , таких как экструзия, литье под давлением, формование раздувом, каландрирования и fiberspinning. Растворы полимеров имеют различные промышленные применения. Например, полиметилметакрилат (ПММА) добавляют приблизительно 2% до моторного масла , чтобы уменьшить зависимость от нефти от температуры. Более концентрированные растворы, 40% полимера или более, используются для производства текстильных волокон с помощью процесса прядильного раствора. Краски и покрытия других промышленных применений растворов полимеров.
Из '' определения '' точки зрения, это не так легко отличить '' разбавленных '' и '' '' сконцентрированных растворов полимеров. Как правило , происходит постепенный переход от поведения разбавленных к этому концентрированных растворов. Как правило, раствор полимера можно назвать концентрированным , если концентрация растворенного вещества превышает 5% по массе. Формулы , описывающие поведение вязкости разбавленных растворов полимеров были представлены Ван Кревелен (1990) и другие. Для получения концентрированных растворов полимеров, существуют и иные соотношения , приведенные Ван Кревелен и другие , а также (1990).
Вязкость раствора полимера , зависит от ряда факторов. Ван Кревелен (1990) отмечено , что некоторые из этих факторов включают в себя форму молекул ', молекулярный вес, гидрофильности, и взаимодействие полимерных молекул с растворителями. Кроме того, вязкость раствора зависит от концентрации растворенного полимера. В хороших растворителях полимерные сегменты предпочитают быть окружены молекулами растворителя , а не других полимерных сегментов. С другой стороны, в плохих растворителях, полимерные молекулы , стараются свести к минимуму площадь контакта с молекулами растворителей, то есть расширение полимерной молекулы зависит от взаимодействия растворителя полимера, который непосредственно влияет на его размер и вязкость решение , как объясняется Аль-Захрани (1990). Большинство полимеров в
расплаве и решения являются неньютоновской, а это означает , что их вязкость зависит от отличных от градиента скорости факторов. За исключением редких случаев, вязкость полимерных расплавов и растворов уменьшаются по мере увеличения скорости сдвига. Это можно было бы объяснить выравниванием молекул полимера при применении ножниц. Эта молекулярная выравнивание позволит легче поток молекул, что снижает вязкость при более высоких скоростях сдвига. Это называется разжижения при сдвиге. Это явление описывается известным степенным законом Оствальда formulatedby и Waels , показанной в уравнении. (1):
Реологические свойства полиэтиленовых растворов не получают достаточного внимания в литературе. Ясуо и др. (1994) исследовали реологические свойства очень разбавленных растворов ультра полиэтилена высокой молекулярной массой (UHMWPE) для его использования в технологии формования геля. Их исследование было сосредоточено в основном на вязкость потока сдвига этих решений. Они обнаружили , что такие растворы полиэтилена демонстрируют поведение при сдвиге в очень широком диапазоне скоростей сдвига от 104 до 103 сек