Tính Chất và Ứng Dụng của Các Loại Nhựa PE (Polyethylene)

Ngày nay, vật liệu nhựa càng đóng vai trò qua trọng trong cuộc sống hằng ngày. Chúng ta có thể bắt gặp nhựa trong hầu hết các lĩnh vực của cuộc sống, từ bao bì, đồ gia dụng, đến các sản phẩm trong lĩnh vực xây dựng, điện tử, y tế và nhiều lĩnh vực khác. Trong số các loại nhựa phổ biến, nhựa PE (polyethylene) nổi lên như một trong những vật liệu có ứng dụng rộng rãi nhất, vì sự đa dạng về tính chất và khả năng ứng dụng.

Nhựa PE là gì

Nhựa PE, hay polyethylene, là một nhóm các chất đồng nhất nhựa nhiệt dẻo được tạo thành từ các chuỗi phân tử bao gồm nhiều monome ethene lặp lại (tên IUPC “ethene”). Cấu trúc hóa học của polyetylen bao gồm các monome lặp đi lặp lại được tạo thành từ các nguyên tử cacbon và hydro. Nhìn chung có bốn loại polyetylen phổ biến: Polyethylene trọng lượng phân tử siêu cao (UHMWPE), Polythene mật độ cao (HDPE), Polyethylene mật độ thấp (LDPE) và Polyethylene mật độ thấp tuyến tính (LLDPE).

Lịch sử Phát hiện và Phát triển của Polyethylene?

Polyethylene được phát hiện bởi Reginald Gibson và Eric Fawcett vào năm 1933 khi họ tiến hành phản ứng giữa ethylene và benzaldehyde. Công ty Imperial Chemical Industries đã nộp bằng sáng chế đầu tiên cho polyethylene vào năm 1936. Sau đó, Karl Ziegler đã phát minh quy trình trùng hợp HDPE (Polyethylene mật độ cao) vào năm 1953, và một trong những chất xúc tác quan trọng trong quá trình này được đặt theo tên của ông.

Polyethylene được sản xuất như thế nào?

PE (Polyethylene) là một trong những loại nhựa phổ biến nhất trên thế giới, được sản xuất từ ethylene – một sản phẩm phụ quan trọng trong quá trình xử lý dầu thô hoặc khí tự nhiên. Tuy nhiên, ethylene chỉ có thể trở thành polyethylene khi được trùng hợp với sự hỗ trợ của các chất xúc tác phù hợp như metallicocene hoặc Ziegler-Natta.

Quá trình trùng hợp phối hợp là phương pháp phổ biến nhất trong việc sản xuất polyethylene. Quá trình này khởi đầu bằng việc đưa một gốc tự do vào phân tử ethylene. Gốc tự do này phá vỡ liên kết đôi giữa các nguyên tử carbon trong ethylene, tạo ra một phân tử với vị trí liên kết mở ở cả hai bên. Các phân tử này sau đó kết nối với nhau để tạo thành chuỗi polyme dài. Sau khi quá trình polyme hóa hoàn thành, chuỗi polyme được ép đùn thành các sợi dài. Những sợi này sau đó được cắt thành các viên nhỏ thông qua máy ép viên, tạo ra các viên polyethylene nhỏ gọn, sẵn sàng cho việc vận chuyển và sản xuất thành phẩm.

Các loại nhựa PE và ứng dụng chi tiết:

Nhựa PE tỷ trọng rất thấp (VLDPE)

Polyethylene mật độ rất thấp (VLDPE) là một loại nhựa thuộc họ polyethylene (PE). Nó được biết đến với mật độ thấp, thậm chí thấp hơn cả polyethylene mật độ thấp tuyến tính (LLDPE). Mật độ thấp này được quy cho sự hiện diện của nhiều nhánh hơn trong cấu trúc phân tử của nó so với các loại nhựa PE khác.

Tính chất vật lý

• Mật độ: 0,885 – 0,915 g/cm3
• Điểm nóng chảy: 105-115 °C (221-239 °F)
• Độ bền kéo: 9-15 MPa
• Độ trong suốt: mờ đục hoặc đục (tùy thuộc vào điều kiện gia công)
• Tính linh hoạt: rất linh hoạt

Tính chất hóa học

• Chịu được hầu hết các hóa chất bao gồm axit, bazơ, cồn và dầu
• Không tan trong nước
• Chất cách điện tốt

Ứng dụng

Với những tính năng độc đáo của mình, VLDPE là sự lựa chọn lý tưởng cho đa dạng ứng dụng. Dưới đây là một số ứng dụng phổ biến:

• Bao bì mềm : Màng bọc thực phẩm, túi co và lớp lót, bao bì thực phẩm chịu được nhiệt độ đông lạnh.
• Bao bì y tế: Thích hợp cho nhiều ứng dụng y tế như túi truyền dịch và túi máu.
• Xây dựng: Màng VLDPE được dùng làm rào cản độ ẩm trong xây dựng và thi công.
• Ống và đường ống: Tính linh hoạt và khả năng chống hóa chất của VLDPE làm cho nó phù hợp với ống nước và ống thoát nước.
• Cách điện: VLDPE được sử dụng trong việc cách điện dây và cáp điện áp thấp.
• Phụ tùng ô tô:  Gioăng, phớt và ống mềm, đặc biệt phù hợp với yêu cầu về linh hoạt và chống hóa chất.

Nhựa PE tỷ trọng thấp (LDPE)

Nhựa PE tỷ trọng thấp (LDPE) là một loại nhựa nhiệt dẻo được tạo thành từ các chuỗi phân tử polyethylene có cấu trúc nhánh. LDPE được biết đến với độ mềm dẻo, dai và khả năng chịu nhiệt độ thấp tốt.

Đặc điểm vật lý:

• Mật độ: 0,910–0,940 g/cm3 (nhẹ hơn nước, có thể nổi)
• Ngoại quan: Trong mờ hoặc đục, tùy thuộc vào độ dày và phương pháp gia công
• Độ dẻo dai: Rất dẻo dai và có thể dễ dàng kéo căng hoặc uốn cong
• Điểm nóng chảy: 105 đến 115°C
• Độ bền: Độ bền kéo và khả năng chống va đập tốt, đặc biệt ở nhiệt độ thấp

Tính chất hóa học:

• Khả năng chống hóa chất: Chịu được nhiều hóa chất như cồn, axit và kiềm loãng.
• Khả năng chống ẩm: Rào cản tuyệt vời đối với độ ẩm
• Khả năng chống điện: Chất cách điện tốt

Ứng dụng:

Các đặc tính độc đáo của LDPE giúp nó trở thành lựa chọn phổ biến cho nhiều ứng dụng khác nhau, bao gồm:

• Bao bì: Túi tạp hóa, túi rác, màng co, màng bọc thực phẩm, chai bóp và nắp
• Thiết bị y tế: Catheter, túi truyền dịch và đồ giả
• Xây dựng: Cách điện dây và cáp, màng chống thấm và đường ống
• Hàng tiêu dùng: Chai lọ, nắp, đồ chơi và lót thùng rác

Ưu điểm:

• Chi phí thấp: Lmột trong những loại nhựa rẻ nhất để sản xuất.
• Tính linh hoạt: Có thể dễ dàng gia công thành nhiều hình dạng và dạng khác nhau.
• Độ bền: Có khả năng chống rách, thủng và nhiều hóa chất.
• Độ dẻo dai: Có thể thích ứng với các hình dạng và vật thể khác nhau.
• Khả năng gia công: Dễ dàng được đúc, ép đùn và hàn.
• Khả năng tái chế: LDPE được coi là có thể tái chế (mã nhận dạng nhựa 4).

Nhựa PE tỷ trọng trung bình (MDPE)

Polyetylen mật độ trung bình (MDPE) là một loại nhựa nằm giữa polyetylen mật độ thấp (LDPE) và polyetylen mật độ cao (HDPE) về mật độ và tính chất của nó. Dưới đây là bảng phân tích các đặc điểm chính của nó:

Đặc điểm vật lý:

• Mật độ: 0,926–0,940 g/cm3
• Ngoại quan: Trong mờ hoặc đục (tùy thuộc vào phụ gia)
• Độ cứng: Cứng hơn LDPE, nhưng mềm hơn HDPE
• Độ bền: Cân bằng tốt giữa độ bền và độ linh hoạt
• Kháng hóa chất: Chịu được nhiều loại hóa chất, bao gồm axit, bazơ và cồn
• Kháng ẩm: Khả năng chống ẩm tuyệt vời
• Chịu nhiệt: Có thể chịu được nhiệt độ lên đến khoảng 100°C (212°F)

Tính chất hóa học:

• MDPE là một hydrocarbon không cực, nghĩa là nó có một chuỗi các nguyên tử carbon với các nguyên tử hydro gắn vào.
• Cấu trúc không cực này khiến nó trở nên kháng hóa chất và dung môi.
• Tuy nhiên, nó dễ bị oxy hóa ở nhiệt độ cao, có thể làm suy thoái vật liệu.

Ứng dụng:

• Ống và phụ kiện: Ống MDPE thường được sử dụng cho nước sinh hoạt, phân phối khí và xử lý nước thải do độ bền và khả năng chống hóa chất và ăn mòn.
• Phim đóng gói: MDPE được sử dụng trong màng co, bao bì thực phẩm và các ứng dụng bao bì linh hoạt khác vì độ trong, độ bền và khả năng chống ẩm.
• Túi xách: MDPE là vật liệu phổ biến cho túi tạp hóa và các loại túi mua sắm khác do giá thành thấp và độ bền.
• Chai lọ và nắp: MDPE có thể được sử dụng cho chai bóp và các loại hộp đựng khác cần một số độ linh hoạt.
• Phụ tùng ô tô: MDPE được sử dụng trong nhiều bộ phận ô tô, chẳng hạn như lót bánh xe và trang trí nội thất, do độ dai và khả năng chống hóa chất.
• Đồ chơi: MDPE là vật liệu an toàn và bền để làm đồ chơi.

Ưu điểm:

• So với LDPE, MDPE mang lại độ cứng, độ bền và khả năng chống nứt ứng suất tốt hơn.
• So với HDPE, MDPE linh hoạt hơn và có khả năng chống va đập tốt hơn.
• MDPE cũng tương đối rẻ để sản xuất.
• Nó có thể tái chế.

Nhựa PE tỷ trọng cao (HDPE)

Nhựa PE tỷ trọng cao (HDPE) là một loại nhựa nhiệt dẻo được tạo thành từ các chuỗi phân tử polyethylene có cấu trúc ít nhánh hơn so với LDPE. HDPE được biết đến với độ cứng, bền bỉ và khả năng chịu nhiệt độ cao t

Đặc tính vật lý:

• Mật độ: 930 – 970 kg/m³
• Điểm nóng chảy: 131,8 °C
• Tỷ lệ độ bền trên trọng lượng cao
• Nhựa có tính chất cứng và đục, cách điện và chống ẩm tốt
• Chịu nhiệt tốt (lên đến 120 °C)
• Hệ số ma sát thấp

Đặc tính hóa học:

• Chịu được nhiều hóa chất, axit và bazơ
• Trơ (không hoạt động hóa học)
• Chống tia UV

Ứng dụng:

• Ống (nước, cống, khí): Ống HDPE được ưa chuộng vì tính linh hoạt, độ bền và khả năng chống ăn mòn. Bề mặt bên trong mịn của chúng giảm thiểu tổn thất ma sát và giảm tích tụ. ASTM D3350 quy định mật độ tối thiểu là 0,955 g/cm³ cho ống chịu áp lực.
• Chai và hộp đựng: Độ bền và độ trong suốt của HDPE lý tưởng cho nhiều loại chai và hộp đựng. HDPE có thể được thổi khuôn thành các hình dạng phức tạp cho chai đựng chất tẩy rửa, bình đựng sữa và thậm chí cả thùng lớn. Đối với các ứng dụng tiếp xúc với thực phẩm, các loại cụ thể tuân thủ các quy định của FDA và USDA.
• Bao bì thực phẩm:Màng bọc thực phẩm tươi sống, Màng bọc tô, đĩa, Màng bọc, Túi đựng rác, Túi đựng thực phẩm đông lạnh, Túi Túi đựng bánh mì, thường sử dụng HDPE do tính trơ và khả năng chịu được nhiệt độ đông lạnh.
• Thiết bị y tế: Khả năng tương thích sinh học và khả năng khử trùng của HDPE phù hợp cho các bộ phận giả, ống tiêm và các thiết bị y tế khác.
• Vật liệu xây dựng: Độ bền và khả năng chống chịu thời tiết của nhựa phù hợp với các ứng dụng xây dựng như vật liệu thay thế gỗ, ống thoát nước và tưới tiêu, và màng chống thấm cho bãi chôn lấp hoặc ao hồ.

Ưu điểm:

• Bền bỉ , tuổi thọ nhựa cao: Sản phẩm HDPE có thể chịu được hao mòn đáng kể, với tuổi thọ cao trong môi trường khắc nghiệt.
• Nhẹ và dễ vận chuyển: So với kim loại, HDPE mang lại khả năng giảm trọng lượng đáng kể, đơn giản hóa việc vận chuyển và lắp đặt.
• An toàn cho tiếp xúc với thực phẩm (hầu hết các loại): Nhiều loại HDPE tuân thủ các quy định về an toàn thực phẩm, giúp chúng phù hợp cho bao bì và bảo quản thực phẩm.
• Có thể tái chế (mã 2): HDPE có thể tái chế cao, giảm thiểu tác động môi trường và thúc đẩy tính bền vững.
• Hiệu quả về chi phí: HDPE là một vật liệu tương đối rẻ để sản xuất và chế tạo.
• Bảo trì thấp: HDPE yêu cầu bảo trì tối thiểu do khả năng chống ăn mòn, hóa chất và thời tiết.
• Tính linh hoạt: HDPE có thể được đúc thành nhiều hình dạng khác nhau và có thể được sửa đổi bằng chất phụ gia để nâng cao các đặc tính cụ thể như chống tia UV hoặc chống cháy.

Polyethylene mật độ cao liên kết chéo (HDXLPE)

HDXLPE là nhựa nhiệt dẻo được tạo thành từ các chuỗi polyethylene mật độ cao (HDPE) liên kết chéo. So với HDPE thông thường, HDXLPE có các ưu điểm:

• Độ bền cao hơn: Chịu tải trọng lớn, chống nứt vỡ và mài mòn.
• Độ cứng cao hơn: Giữ nguyên hình dạng tốt hơn.
• Khả năng chịu nhiệt cao hơn: Chịu được nhiệt độ cao mà không bị mềm hoặc chảy.
• Khả năng chống hóa chất tốt: Chịu được nhiều hóa chất, axit và dung môi.
• Khả năng cách điện tốt: Dùng cho ứng dụng điện.

Tính chất vật lý:

• Mật độ: 0,92 – 0,95 g/cm³
• Khối lượng riêng: ~9,12 N/m³
• Độ bền kéo: 30 – 50 MPa
• Độ cứng: Shore D 65 – 75
• Nhiệt độ nóng chảy: 250 – 300 °C
• Khả năng chống hóa chất: Tốt
• Khả năng cách điện: Tốt

Ứng dụng

• Xây dựng: Ống cấp nước và thoát nước, hệ thống sưởi ấm và làm mát, màng chống thấm.
• Sản xuất ô tô: Bình nhiên liệu, ống dẫn nhiên liệu, bộ phận ngoại thất.
• Thiết bị y tế: Kim cạn, ống thông, túi truyền dịch.
• Ngành điện: Dây và cáp, bộ phận cách điện.

Nhựa PE khối lượng phân tử cao (UHMWPE)

UHMWPE là viết tắt của Ultra High Molecular Weight Polyethylene, hay còn gọi là nhựa siêu cao phân tử polyethylene. Đây là một loại nhựa polyethylene có khối lượng phân tử trung bình từ 6 triệu đến 10 triệu g/mol, cao hơn nhiều so với các loại nhựa polyethylene thông thường (khoảng 100.000 g/mol). Nhờ đặc tính này, UHMWPE sở hữu nhiều ưu điểm vượt trội so với các loại nhựa khác.

Tính chất vật lý:

• Khối lượng riêng: 0,93 – 0,97 g/cm³
• Điểm nóng chảy: 130 – 140 °C
• Độ bền kéo: 30 – 40 MPa
• Độ bền uốn: 40 – 50 MPa
• Độ cứng Shore D: 60 – 70
• Hệ số ma sát: 0,05 – 0,10
• Hút ẩm : 0,01 – 0,02 %

Tính chất hóa học:

• Khả năng chống hóa chất:  bao gồm axit, bazơ, dung môi, nhiên liệu và dầu.

Ứng dụng đa dạng:

• Công nghiệp: Bánh răng, ổ trục, lớp lót, băng tải.
• Y tế: Khớp nhân tạo, cấy ghép, dụng cụ y tế.
• Thực phẩm: Băng tải, thớt, thiết bị chế biến.
• Hàng hải: Chắn bùn thuyền, cản va cầu tàu.
• Tiêu dùng: Thớt, gá snowboard.

Ưu điểm vượt trội:

• Độ bền cơ học cao: UHMWPE có độ bền kéo và độ nén cao, khả năng chịu va đập tốt, chống mài mòn và rách hiệu quả.
• Khả năng chống hóa chất: UHMWPE trơ với hầu hết các hóa chất, axit và dung môi, thích hợp cho các môi trường khắc nghiệt.
• Tính cách điện: UHMWPE là vật liệu cách điện tốt, có thể sử dụng trong các ứng dụng điện và điện tử.
• Hệ số ma sát thấp: UHMWPE có khả năng tự bôi trơn, giúp giảm ma sát và tiếng ồn trong quá trình vận hành.
• An toàn thực phẩm: UHMWPE được chứng nhận an toàn thực phẩm bởi FDA và USDA, phù hợp cho các ứng dụng trong ngành công nghiệp thực phẩm và dược phẩm.

So sánh tính chất và ứng dụng của các loại nhựa PE

Khi so sánh các loại nhựa PE dựa trên tỷ trọng, chúng ta cần xem xét một số tính chất quan trọng như độ bền, khả năng chịu nhiệt, chống hóa chất và đặc tính cơ học. Dưới đây là một bảng so sánh chi tiết các tính chất của các loại nhựa PE:

Kết luận

Ngày nay, vật liệu nhựa đóng một vai trò quan trọng trong cuộc sống hàng ngày của chúng ta. Nhựa PE, với sự đa dạng về tỷ trọng và tính chất, đã được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau như bao bì, ống dẫn, y tế và nông nghiệp.

Việc phân loại và so sánh các loại nhựa PE dựa trên tỷ trọng giúp chúng ta hiểu rõ hơn về tính chất và ứng dụng của từng loại nhựa. Khả năng tái chế cao của nhựa PE cũng đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ môi trường và tài nguyên thiên nhiên..

info@tashing.com.vn| Facbook: https://www.facebook.com/congtydidaihung