Polyethylene là gì? Những điều cần biết về nhựa PE

Có một loại nhựa nguyên sinh an toàn và được sử dụng nhiều nhất trên Thế giới với sản lượng hơn 60 triệu tấn hàng năm. Đó chính là nhựa PE. Hầu hết các sản phẩm xung quanh chúng ta đều được làm từ loại nhựa này, từ chai nước, bao bì cho đến màng bọc… Đọc ngay bài viết dưới đây mà Havico đã tổng hợp được để hiểu rõ hơn về nhựa PE.

Nhựa PE là gì?

Nhựa PE (Polyethylene) là nhựa nhiệt dẻo, màu trắng trong và có ánh mờ bên trong. Bề mặt hạt bóng láng. Đây là một trong những loại nhựa nhiệt dẻo được ứng dụng phổ biến trên Thế giới. Bên cạnh nhựa PE, còn có nhựa PP, PVC…

Thành phần cấu tạo – đặc điểm tính chất của nhựa PE

Nhựa PE hay còn gọi là Polyethylene là một hợp chất hữu cơ. Nhiều nhóm CH2-CH2 liên kết với nhau thông qua liên kết hydro và được điều chế bằng phản ứng hóa học trùng hợp. Công thức hóa học của Polyethylene là C2H4.

Nhựa PE ở có màu trắng, trong và hơi mờ và có tính dẻo, có khả năng chịu được tác động lực. Polyethylen có nhiệt độ hóa thủy tinh ở Tg ≈ -100 °C và nhiệt độ nóng chảy Tm ≈ 120 °C. Hai yếu tố nhiệt độ này có thể phụ thuộc vào loại Polyethylene.

PE có thể được nung nóng sau đó làm lạnh và hâm nóng lại nhưng hình dạng và tính chất của chúng không thay đổi nhiều thể hiện tính linh hoạt cao của vật liệu.

Ngoài ra, vật liệu có tính chất không dẫn điện, không dẫn nhiệt nên được ứng dụng vào các sản phẩm có yêu cầu về tính chống dẫn truyền điện và nhiệt.

Về các tính chất hóa học, vật liệu có những đặc trưng tương tự với hidro no. Chúng không tác dụng với axit, kiềm, thuốc tím, nước brom. Polyethylen hòa tan rất yếu trong toluen, xylen, amylacetat, tricloetylen, dầu thoáng và không hoa tan được trong các chất như axeton, ete etylic, glixerol, rượu hoặc thậm chí là nước. Đây cũng là yếu tố giúp Polyethylene có tính chống ăn mòn với hóa chất.

PE là vật liệu chống thấm nước và hơi nước tốt. Ngược lại, chúng không thể hiện ưu điểm này với dầu mỡ và các loại khí như khí O2, CO2, N2.

Có bao nhiêu loại nhựa PE

Polyethylene được chia thành nhiều loại hợp chất nhựa PE dựa vào đặc điểm tỷ trọng, khối lượng phân tử, mật độ, độ phân nhánh… Các phân loại phổ biến nhất của nhựa PE được chia thành 3 dạng:

Dạng phân nhánh: gồm có LDPE và LLDPE.

• LDPE (Low-Density Polyethylene) –  Polyetylen mật độ thấp: Vật liệu có độ dẻo cao. Tuy nhiên, độ bền kéo tương đối thấp. Khi kéo căng có thể làm vật liệu bị dãn. Nhờ đặc tính chảy nên LDPE được ứng dụng sản xuất màng nhựa hay túi mua sắm.

– Điểm nóng chảy: 105°C đến 115°C. Khả năng chịu nhiệt độ liên tục lên đến 80°C và trong thời gian ngắn hơn với 95°C

– Mật độ: 0,910–0,940 g / cm3

– Chống cồn tốt, kiềm loãng và axit

– Có hạn chế trong khả năng chống chịu hydrocacbon béo và thơm, dầu khoáng, chất oxy hóa và hydrocarbon halogen hóa

Nhược điểm: Chống tia UV kém, dễ cháy, hạn chế hàn/ nối ở tần số cao.

• LLDPE (Linear low-density polyethylene) – Polyetylen mật độ thấp tuyến tính: Tính chất tương tự với LDPE. Tuy nhiên, quy trình sản xuất của vật liệu tuyến tính này tiết kiệm năng lượng hơn so với LLDPE. LLDPE có màu trắng đục, kháng hóa chất tốt, độ bền cao. Chống nứt và va đập tốt hơn LDPE.

Dạng tuyến tính: gồm có HDPE và UHMWPE.

• HDPE (High-density polyethylene) – Polyetylen mật độ cao: Nhựa có cấu trúc tinh thể cao, có tính chất cứng vừa phải và độ bền kéo cao hơn so với các dạng khác được ứng dụng phổ biến để làm hộp sữa, thùng rác, các loại thớt gia dụng…

– Điểm nóng chảy: 120°C-140°C

– Mật độ: 0,93 đến 0,97g / cm3

– Chống cồn tốt, kiềm và axit loãng.

– Chống dầu mỡ vừa phải.

– Chống chịu hạn chế với hydrocarbon, halogen…

– Cách điện, chịu nhiệt độ thấp

– Hấp thụ nước thấp

Nhược điểm: Chống tia UV kém và nhiệt kém, hạn chế hàn/ nối ở tần số cao.

• UHMWPE (Ultra-high-molecular-weight polyethylene) – Polyetylen có trọng lượng phân tử cực cao: Khối lượng phân tử trung bình số của UHMWPE là từ 3,1 triệu đến 5,67 triệu. Vật liệu có thể được kéo thành sợi với độ cứng cao hơn rất nhiều so với thép. Do đó, nó được ứng dụng để làm sợi hay lớp lót của thùng đạn, áo chống đạn hay các thiết bị chuyên dụng khác.

Dạng liên kết ngang: gồm có PEX hoặc XLPE. Đây là dạng PE được thêm vào một số chất như icumyl peôxít… trong quá trình sản xuất. Vật liệu được dùng để làm ống dây, cáp dây điện, màng nhựa…

Ngoài ra, Polyethylene còn có những phân loại dưới đây những mức độ sử dụng ít hơn so với LDPE, LLDPE, HDPE, UHMWPE, PEX.

• MDPE (Medium-density polyethylene) – Polyetylen mật độ trung bình
• VLDPE (Very-low-density polyethylene) – Polyetylen mật độ rất thấp
• HMWPE (High-molecular-weight polyethylene) – Polyetylen có trọng lượng phân tử cao
• ULMWPE (Ultra-low-molecular-weight polyethylene) – Polyetylen có trọng lượng phân tử cực thấp
• CPE (Chlorinated polyethylene) – Polyetylen clo hóa

Quy trình sản xuất

Sản xuất PE có thể chia thành các phương pháp áp suất thấp, áp suất trung bình và áp suất cao. Trong đó, sản xuất nhựa LDPE thường sử dụng phương pháp áp suất cao. Phương pháp này cũng chiếm ưu thể và sử dụng để sản xuất đến 2/3 tổng sản lượng nhựa.

Ngày nay, công nghệ phát triển cùng với sự xuất hiện của các chất xúc tác, phương pháp áp suất thấp cũng được biết đến nhiều hơn như phương pháp bùn, dung dịch, pha khí và phương pháp LDPE cải tiến.

Phương pháp áp suất cao:

Oxy hoặc peroxit được sử dụng để khởi động phản ứng trùng hợp ethylene. Đưa ethylene vào lò phản ứng và được polymer hóa ở nhiệt độ 200°C đến 300°C và áp suất 100 đến 300 MPa. Bổ sung các chất phụ gia và PE tạo thành các hạt nhựa sau khi đùn. Lò phản ứng trùng hợp ethylene bao gồm lò phản ứng dạng ống và lò phản ứng dạng ấm.

Phương pháp áp suất trung bình:

Sử dụng chất xúc tác là crom trên silicagel để thực hiện polymer hóa etylen với áp suất trung bình. Lò phản ứng dạng vòng và thường được sử dụng để sản xuất HDPE.

Phương pháp áp suất thấp:

Phương pháp này còn được gọi là phương pháp pha lỏng (bùn hoặc dung dịch) và phương pháp pha khí với áp suất <2 MPa. Quy trình thực hiện trải qua các bước như chuẩn bị chất xúc tác, phản ứng trùng hợp ethylene, tách polymer và tạo hạt.

So với phương pháp áp suất cao, phương pháp này tiết kiệm chi phí đầu tư và vận hành hơn nhiều. Do đó, ngày càng nhiều nhà sản xuất sử dụng phương pháp này để thay thế phương pháp truyền thống.

Các dạng Polyethylene khác nhau có thể sử dụng quy trình sản xuất khác nhau. Trong đó, phương pháp áp suất cao được xem là phương pháp lâu đời nhất, còn phương pháp áp suất thấp là phương pháp phát triển, tối ưu về chi phí. Các quy trình như ép phun, đùn thổi, tạo màng…cùng phù hợp với từng dạng Polyethylene.

• HDPE có thể dễ dàng xử lý với quy trình đùn, ép (dành cho sản phẩm ống, màng thổi, màng đúc, dây cáp…)
• LDPE phổ biến với ép đùn, ép phun hay quay.
• UHMWPE thường sử dụng quy trình ép nén, đùn ram, kéo sợi gel và thiêu kết

Ưu nhược điểm của nhựa PE

Polyethylene mang nhiều lợi ích và đóng vai trò thiết thực. Vật liệu tham gia vào hầu hết các lĩnh vực trong cuộc sống và sản xuất.

• PE có độ dẻo cao, độ bền và độ cứng thích hợp với nhiều ứng dụng khác nhau.
• Khả năng chịu lực tác động lực và va đập tốt. Khi bị kéo căng, nó có thể bị dãn nhưng không bị gãy như một số vật liệu khác.
• So với các loại nhựa khác nhựa PE có khả năng chống thấm nước nên tuổi thọ vật liệu lâu hơn so với các dạng nhựa khác.
• Polyethylene cách điện tốt nên được ứng dụng nhiều vào các sản phẩm, thiết bị chống dẫn điện.
• Màu sắc PE có thể trong hay mờ đục phụ thuộc vào độ dày. Khả năng chịu nhiệt tốt.
• Các dạng nhựa PE như HDPE thể hiện ưu điểm về khả năng tái chế. Chúng có thể được tái chế để sản xuất các sản phẩm khác giúp tiết kiệm chi phí.
• Khả năng kháng ăn mòn trong môi trường axit, kiềm, dầu mỡ. Khả năng kháng ăn mòn của vật liệu phụ thuộc vào mật độ PE cao hay thấp.
• Độ nhớt của nhựa PE có thể thay đổi theo nhiệt độ giúp cho việc gia công trở nên dễ dàng và linh hoạt.
• Giá thành vật liệu thấp hơn các loại nhựa khác và không độc hại. PE được xem là một trong các loại nhựa an toàn để sử dụng.

Nhược điểm:

• Chất liệu là nhựa, PE khó phân hủy trong tự nhiên. Phải mất hàng thập kỷ thậm chí hơn để chúng có thể phân hủy. Một số người lựa chọn việc đốt chúng để hạn chế việc chiếm không gian, tuy nhiên phương pháp này lại có thể thải ra khí độc. Vì vậy, các phế thải từ nhựa vẫn luôn tồn tại không ngừng trong các bãi rác lớn đặt ra những yêu cầu về giải pháp cấp thiết và những câu hỏi về tính thân thiện môi trường của vật liệu.
• Sản xuất nhựa PE cần một lượng lớn năng lượng. Điều này góp phần thải ra khí CO2 nhiều hơn ảnh hưởng đến sự nóng lên của toàn cầu.
• Vật liệu có tính chống thấm kém với dầu mỡ. Khi tiếp xúc với chất tẩy hay tinh dầu thơm, PE có thể bị căng phồng hay hư hỏng.

Ứng dụng của nhựa PE

Sản lượng PE chiếm đến hơn 34% trong tổng lượng tiêu thụ nhựa trên toàn Thế giới. Hầu hết các lĩnh vực trong cuộc sống đều có sự tham gia của loại vật liệu này. Nhựa PE có nhiều loại, mỗi phân loại với cấu trúc và mật độ khác nhau sẽ phù hợp với những ứng dụng khác nhau. Chính điều này cũng giúp vật liệu trở nên đa dạng và được lựa chọn nhiều hơn.

Gia dụng

• Chai lọ, hộp đựng đựng thực phẩm.
• Ống bắn pháo hoa
• Ống nhựa trong hệ thống cấp thoát nước
• Túi nilon đựng gia vị (đường, muối, bột…)
• Thùng đá, thùng rác, xô nước
• Đồ chơi

Xem ngay: Một số sản phẩm được làm từ nhựa PE kết hợp với vật liệu composite tại đây

Ngành y tế

• Nhựa PE được dùng để làm khớp nhân tạo (khớp háng, khớp gối)

Ngành điện

• Nhựa PE được dùng để làm màng bọc dây điện, dây cáp điện

Ngành công nghiệp sản xuất

• Ống chịu nhiệt
• Ống dẫn hóa chất
• Ống cấp thoát nước trong nhà máy công nghiệp nhẹ, ống nước nóng, lạnh, ống dẫn khí nóng… (nhựa HDPE).
• Màng bọc hàng hóa (Màng PE).
• Sản xuất nắp chai, hộp, thùng chứa, can, thùng phi, khay nhựa
• Làm vật liệu nền trong các hợp chất composite
• Nhựa PE dạng HDPE được dùng làm dây thừng, lưới đánh cá, lưới công nghiệp.
• LLDPE được dùng để làm màng đa dụng, màng căng, bao bì may mặc, màng nông nghiệp, v.v.

Ngành in ấn

• Bao bì, túi đựng đồ, túi đựng rác, túi đựng hàng hóa ở các cửa hàng… (nhựa LDPE)
• Nhựa PE được dùng để làm lớp phủ trên giấy hoặc giấy bìa để tăng độ cứng.
• In tem nhãn, decal.

Mời xem thêm: Vật liệu công nghệ cao FRP – Tính ứng dụng thực tế cao của FRP trong cuộc sống hiện đại

Ban biên tập: Havico