Vật liệu nhựa được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp nhờ tính linh hoạt và độ bền cao. Trong số đó, polyethylene (PE) là một trong những loại vật liệu phổ biến nhất. Nhựa PE là một loại polyme nhiệt dẻo được cấu tạo từ các monome etylen. Các đặc tính tuyệt vời của loại nhựa này thích hợp cho nhiều ứng dụng khác nhau. Bài viết này sẽ giúp bạn hiểu tường tận về tính chất, chủng loại và ứng dụng của nhựa PE.
Polyethylene là một trong những vật liệu phổ biến nhất trong ngành công nghiệp nhựa
1. Nhựa PE là gì?
Polyethylene, hay polythene (viết tắt là PE), là một loại nhựa tổng hợp có nguồn gốc từ phản ứng trùng hợp ethylene. Loại vật liệu có tính linh hoạt này thuộc nhóm nhựa polyolefin và có vai trò vô cùng quan trọng trong ngành nhựa.
Ethylene (C2H4) là một hydrocacbon khí được tạo ra thông qua quá trình cracking ethane, một thành phần quan trọng của khí tự nhiên. Các phân tử etilen gồm hai đơn vị metylen (CH2) được nối với nhau bằng liên kết đôi giữa các nguyên tử cacbon, được biểu thị bằng công thức hóa học CH2=CH2.
Nhựa PE là một loại nhựa tổng hợp có nguồn gốc từ phản ứng trùng hợp etilen
Khi tiếp xúc với các chất xúc tác trùng hợp, liên kết đôi có thể bị phá vỡ, cho phép liên kết đơn bổ sung được tạo ra liên kết với một nguyên tử carbon trong phân tử ethylene khác. Quá trình tạo liên kết này sẽ cấu thành các đơn vị trùng lặp của một phân tử polyme. Cấu trúc đơn giản này được sao chép nhiều lần và cũng là yếu tố góp phần tạo nên các tính chất đặc biệt của polyetylen.
Nhựa PE là một trong những vật liệu được sử dụng phổ biến trên thế giới. Chúng có thể được ứng dụng để làm màng bọc thực phẩm trong suốt, túi mua sắm, chai đựng chất tẩy rửa và bình nhiên liệu ô tô. Hơn nữa, nó có thể dễ dàng được chuyển đổi thành sợi tổng hợp thông qua quá trình kéo sợi. Ngoài ra, polyetylen có thể được cải tiến để có các đặc tính đàn hồi giống như cao su.
2. Các đặc tính quan trọng của nhựa polyethylene (PE)
2.1 Mật độ polyetylen
Nhựa PE có rất nhiều loại nhựa với mật độ khác nhau, bao gồm:
- Polyetylen mật độ thấp (LDPE): nằm trong khoảng từ 0,910 đến 0,940 g/cm3
- Polyetylen mật độ thấp tuyến tính (LLDPE): nằm trong khoảng từ 0,910 đến 0,920 g/cm3
- Polyetylen mật độ trung bình (MDPE): nằm trong khoảng từ 0,926 đến 0,940 g/cm3
- Polyetylen mật độ cao (HDPE): nằm trong khoảng từ 0,941 đến 0,967 g/cm3
- Polyetylen có trọng lượng phân tử cực cao (UHMWPE): nằm trong khoảng từ 0,931 đến 0,949 g/cm3
(Nguồn: Polyolefin Fibres)
Nhựa PE có rất nhiều loại nhựa với mật độ khác nhau
2.2 Trọng lượng phân tử của polyetylen
Do sự đa dạng về cấu trúc polyme ở cấp độ phân tử, khối lượng phân tử của polyetylen cũng khác nhau tùy thuộc vào loại nhựa PE nào, chẳng hạn như HDPE nặng 300000 - 9,20e+6 g/mol và UHMWPE có khối lượng từ 3,5 và 7,5 triệu amu.
Trọng lượng phân tử của vật liệu polyetylen đóng một vai trò quan trọng trong việc xác định các đặc tính vật lý và cơ học của nó. PE có trọng lượng phân tử cao hơn thường có độ bền, độ dẻo dai và khả năng chống va đập tốt hơn các loại còn lại.
2.3 Khả năng tương thích hóa học của polyetylen
Polyetylen thể hiện khả năng kháng hóa chất tuyệt vời với các chất như axit, bazơ và dung môi. Vật liệu này được tạo thành từ các hidrocacbon không phân cực, bão hòa có trọng lượng phân tử cao nên tính chất hóa học của nó gần giống với parafin.
Do cấu trúc phân tử đối xứng của PE, chúng có xu hướng hình thành tinh thể, làm cho polyetylen kết tinh một phần. Phản ứng này sẽ khiến cho mật độ tăng cao hơn và cải thiện tính ổn định về cơ học và hóa học của loại nhựa này. Các mẫu polyetylen kết tinh không hòa tan ở nhiệt độ phòng.
Tuy nhiên, polyetylen cũng dễ bị ảnh hưởng bởi một số hóa chất nhất định, có thể dẫn đến nứt do ứng suất, trương nở, oxy hóa hoặc sự xâm nhập của vật liệu. Những tương tác hóa học này có khả năng làm giảm các đặc tính vật lý tổng thể của polyetylen.
Polyethylene (không bao gồm polyetylen liên kết ngang) thường có thể được hòa tan ở nhiệt độ cao hơn bằng cách sử dụng hydrocacbon thơm như toluen, xylen hoặc dung môi clo hóa như trichloroethane hoặc trichlorobenzene.
2.4 Nhiệt độ chuyển thủy tinh của polyetylen
Nhựa PE có nhiệt độ chuyển hóa thủy tinh tương đối thấp so với các loại nhựa nhiệt dẻo khác. Nó vẫn duy trì được tính linh hoạt và độ bền ở nhiệt độ thấp. Một điều cần lưu ý là các nhiệt độ nóng chảy này có thể thay đổi đáng kể tùy thuộc vào loại polyetylen.
Đối với polyetylen mật độ trung bình và cao thường được sử dụng trong các ứng dụng thương mại, điểm nóng chảy rơi vào khoảng 130,8 °C. Polyetylen mật độ thấp có nhiệt độ nóng chảy trung bình từ 105 đến 115 °C (221 đến 239 °F).
Tuy nhiên, giới hạn lý thuyết cao nhất đối với điểm nóng chảy của polyetylen đã từng được nghiên cứu là khoảng 144 đến 146 °C (291 đến 295 °F). Quá trình đốt cháy polyetylen thường xảy ra ở nhiệt độ trên 349 °C (660 °F).
2.5 Độ an toàn thực phẩm của polyetylen
Nhiều loại vật liệu PE đã được FDA chấp thuận về tính an toàn khi tiếp xúc với thực phẩm. Những loại nhựa này thường được sử dụng trong bao bì thực phẩm, đồ uống và thuốc.
HDPE là loại nhựa phổ biến nhất được tìm thấy trong các hộ gia đình. Nó được sử dụng để sản xuất chai nước giải khát, hộp đựng bơ, lớp lót cho hộp ngũ cốc và thùng đựng thực phẩm.
LDPE có những điểm tương đồng với HDPE nhưng có tính linh hoạt cao hơn, khiến nó phù hợp để sản xuất bình bóp, màng nhựa…. Nó có khả năng kháng hóa chất, đẩy lùi vi sinh vật và không giải phóng độc tố khi được sử dụng để bảo quản thực phẩm ở các nhiệt độ khác nhau. Tuy nhiên, tính an toàn thực phẩm của nhựa LDPE tái chế thì vẫn chưa được chứng minh.
Nhiều loại nhựa polyetylen đã được FDA chấp thuận về tính an toàn thực phẩm
2.6 Khả năng kháng tia UV của polyetylen
Polyetylen có thể kháng tia cực tím không? Khi tiếp xúc với ánh sáng mặt trời, polyetylen có thể trở nên giòn và dễ gãy hơn. Bột than sẽ thường được sử dụng làm chất ổn định tia cực tím để giải quyết nhược điểm này.
Tuy nhiên, điều quan trọng cần lưu ý là mức độ chống tia cực tím có thể khác nhau tùy thuộc vào các yếu tố khác nhau, chẳng hạn như loại polyetylen, điều kiện xử lý, chất phụ gia và các yếu tố môi trường khác.
Polyethylene có thể trở nên dễ gãy khi tiếp xúc với ánh sáng mặt trời
2.7 Khả năng chịu nhiệt của polyetylen
Nhựa PE có thể chịu được nhiệt độ cao mà không bị biến dạng hay phân hủy. PE có thể duy trì các tính chất cơ học của nó ở nhiệt độ cao, nên nó rất phù hợp cho các ứng dụng đòi hỏi khả năng chịu nhiệt.
3. Có bao nhiêu loại nhựa PE?
Nhựa PE thể chia làm nhiều loại khác nhau dựa trên trọng lượng phân tử và mật độ của polyetylen. Các loại polyetylen phổ biến nhất bao gồm:
3.1 Polyetylen mật độ thấp (LDPE)
LDPE là một loại nhựa PE có tỷ trọng thấp và độ mềm dẻo cao. LDPE thường có nhánh, mỗi nhánh có trọng lượng phân tử nhỏ hơn 50.000 g/mol.
Với điểm nóng chảy khoảng 110 °C (230 °F), LDPE được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp khác nhau. Các công ty sẽ sử dụng loại nhựa này chủ yếu trong sản xuất màng đóng gói, túi đựng rác và túi tạp hóa, lớp phủ nông nghiệp, cách điện dây và cáp, chai dạng bóp, đồ chơi và đồ gia dụng. Mã tái chế của LDPE là #4.
Chai nhựa làm từ Polyetylen mật độ thấp
3.2 Polyethylene mật độ thấp tuyến tính (LLDPE)
LLDPE gần giống với LDPE về mặt cấu trúc. Nó được sản xuất thông qua quá trình đồng trùng hợp của ethylene với 1-butene và một lượng nhỏ hơn 1-hexene và 1-octene.
LLDPE có các thuộc tính tương tự LDPE, nhưng cũng có một vài tính năng vượt trội hơn như cần sử dụng ít năng lượng hơn trong quá trình trùng hợp và khả năng thay đổi các đặc tính của polyme bằng cách điều chỉnh thành phần hóa học của nó. Mã tái chế nhựa của LLDPE là #4.
3.3 Polyetylen mật độ trung bình (MDPE)
MDPE là loại nhựa PE có tỷ trọng trung bình ở giữa HDPE và LDPE. Mật độ của nó nằm trong khoảng 0,926 đến 0,940 g/cm3. Loại vật liệu linh hoạt này có thể được sản xuất thông qua các chất xúc tác khác nhau như chất xúc tác crom/silica, Ziegler-Natta hoặc metallocene.
Nhựa Polyetylen mật độ trung bình có đặc tính chống sốc và va đập tuyệt vời. Các ứng dụng phổ biến của MDPE bao gồm ống dẫn khí, phụ kiện, bao tải, màng co, màng đóng gói, túi vận chuyển và chốt vít.
Mặc dù MDPE cho thấy độ nhạy với rãnh khía thấp hơn so với HDPE, nhưng khả năng chống nứt do ứng suất của nó lại vượt trội hơn HDPE. Đồng thời, MDPE cũng mềm hơn so với LDPE trong khi vẫn duy trì độ cứng cao hơn LDPE.
3.5 Polyetylen mật độ cao (HDPE)
HDPE là một loại nhựa PE có tỷ trọng và độ kết tinh cao. Vật liệu này có khối lượng phân tử lên tới 200.000 g/mol.
HDPE được sản xuất trong điều kiện nhiệt độ và áp suất thấp, dẫn đến cấu trúc phân tử không có nhánh. Đặc điểm cấu trúc này cho phép các chuỗi polyme liên kết chặt chẽ với nhau, tạo ra loại vật liệu đậm đặc và có độ tinh thể cao với độ bền vượt trội và độ cứng vừa phải.
HDPE có điểm nóng chảy cao. Nó có thể chịu được việc tiếp xúc thường xuyên với nhiệt độ cao lên tới 120 °C (250 °F), khiến nó phù hợp để khử trùng.
HDPE được tìm thấy trong nhiều sản phẩm khác nhau, bao gồm cả chai đựng sữa và chất tẩy rửa gia dụng. Ngoài ra, nó được sử dụng để sản xuất túi hàng tạp hóa, màng xây dựng và lớp phủ nông nghiệp. Thùng, nắp, vỏ thiết bị và đồ chơi đúc phun cũng được sản xuất bằng nhựa HDPE. HDPE có mã tái chế nhựa số #2.
Ống Polyethylene mật độ cao
3.6 Polyethylene trọng lượng phân tử cực cao (UHMWPE)
UHMWPE có trọng lượng phân tử cực kỳ cao, nằm trong khoảng từ 3.000.000 đến 6.000.000 đơn vị nguyên tử. Điều thú vị là trọng lượng phân tử này cao đến mức các phương pháp thông thường không thể đo trực tiếp được. Thay vào đó, nó được xác định thông qua độ nhớt nội tại của vật liệu.
Loại polyme đặc biệt này có thể được kéo sợi thành sợi cho đến khi đạt được trạng thái kết tinh. Do đó, loại vật liệu thu được sẽ có độ cứng đặc biệt tốt và độ bền kéo tuyệt vời vượt qua cả thép. Những sợi này được dệt kết hợp với vải polyetylen để làm áo chống đạn.
3.7 Polyetylen liên kết chéo (PEX)
Liên kết chéo là việc tạo ra một mạng lưới chuỗi polyme ba chiều, giúp tăng cường độ ổn định và độ bền cho vật liệu. Ở dạng liên kết chéo, polyetylen đã được cải thiện khả năng chịu nhiệt, áp suất, tác động và hóa chất đáng kể so với dạng không liên kết chéo.
Cross-Linked Polyethylene, hay PEX, là một loại nhựa PE đã trải qua quá trình liên kết ngang. Quá trình này tăng cường các đặc tính của PEX, làm cho nó có khả năng chống nứt, ăn mòn và co giãn vượt trội. Nó cũng cải thiện tính linh hoạt của vật liệu, cho phép nhựa PE dễ dàng tạo hình và lắp đặt hơn.
PEX được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp khác nhau, bao gồm hệ thống đường ống dịch vụ xây dựng, hệ thống sưởi ấm và làm mát bằng bức xạ hydronic, đường ống nước sinh hoạt, cách nhiệt cho cáp điện cao thế… Ống PEX rất linh hoạt và có thể uốn cong để phù hợp với các chướng ngại vật mà không cần phụ kiện bổ sung.
Tấm xốp làm từ Polyethylene liên kết chéo
4. Những ứng dụng phổ biến của nhựa PE
Nhựa PE được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp khác nhau. Một số ứng dụng phổ biến của nhựa PE bao gồm:
4.1 Bao bì
Polyetylen được sử dụng rộng rãi trong ngành bao bì do đặc tính chống ẩm tuyệt vời, trọng lượng nhẹ và độ bền của nó. Nó thường được sử dụng để sản xuất túi nhựa, màng co, hộp đựng thức ăn và chai lọ. Tính linh hoạt của polyetylen cho phép nó được đúc thành các hình dạng và kích cỡ khác nhau, đáp ứng nhu cầu đóng gói cụ thể của các sản phẩm khác nhau.
Nhựa PE dùng để sản xuất túi ni lông, màng co, hộp đựng thực phẩm, chai lọ
4.2 Xây dựng
Trong ngành xây dựng, polyetylen rất quan trọng trong việc tạo ra các loại vật liệu cách nhiệt, chống thấm và bảo vệ chống ăn mòn. Nó được sử dụng để sản xuất ống, phụ kiện, màng địa kỹ thuật và vật liệu lợp mái. Độ bền và khả năng kháng hóa chất làm cho polyetylen trở thành lựa chọn ưu tiên cho các công trình xây dựng lâu dài. Đặc biệt, ống nhựa HDPE được ưa chuộng vì độ bền cao, khả năng chống ăn mòn và tuổi thọ dài.
Ống nhựa PE được ưa chuộng nhờ độ bền cao và tuổi thọ cao
4.3 Công nghiệp ô tô
Nhựa PE được ứng dụng trong ngành công nghiệp ô tô để sản xuất thùng nhiên liệu, linh kiện nội thất, đầu nối điện và dây nối. Độ nhẹ của nó giúp cải thiện hiệu suất nhiên liệu, trong khi khả năng chống va đập của nó đảm bảo an toàn trong trường hợp xảy ra tai nạn. Ngoài ra, khả năng kháng hóa chất và các yếu tố môi trường của polyetylen khiến nó phù hợp với các ứng dụng ô tô khác nhau.
Ống nhựa PE được ưa chuộng nhờ độ bền cao và tuổi thọ cao
4.4 Nông nghiệp
Trong nông nghiệp, polyetylen được sử dụng để sản xuất màng nhà kính, hệ thống tưới tiêu, màng phủ và túi ủ chua. Những ứng dụng này giúp nâng cao năng suất cây trồng, kiểm soát sâu bệnh và bảo tồn tài nguyên nước. Khả năng chống phân hủy, độ mềm dẻo và khả năng kháng tia cực tím của polyetylen có thể chịu được các điều kiện nông nghiệp khắc nghiệt.
Màng nhà kính làm từ nhựa PE được ứng dụng rộng rãi trong nông nghiệp
4.5 Chăm sóc sức khỏe
Polyethylene đóng một vai trò quan trọng trong ngành công nghiệp chăm sóc sức khỏe, đặc biệt là sản xuất các thiết bị y tế, thiết bị phẫu thuật và bao bì cho các sản phẩm dược phẩm. Khả năng tương thích sinh học, ổn định và kháng hóa chất của nó làm cho nó phù hợp cho các ứng dụng như ống tiêm, ống thông và chai thuốc.
Polyethylene có thể được sử dụng để sản xuất các thiết bị y tế hoặc thiết bị phẫu thuật.
4.6 Điện - Điện tử
Ngành công nghiệp điện và điện tử sử dụng polyetylen cho mục đích cách nhiệt. Nó thường được sử dụng trong dây cáp, dây điện, đầu nối điện và băng cách điện. Các đặc tính như độ bền điện môi cao và độ dẫn điện thấp của nhựa PE đảm bảo truyền tải điện hiệu quả và an toàn.
Vỏ bọc đầu cáp làm từ chất liệu nhựa PE
5. Filler masterbatch của EuroPlas cho sản phẩm nhựa PE
EuroPlas là một trong những nhà cung cấp filler masterbatch hàng đầu thế giới. Công ty chúng tôi chuyên sản xuất filler masterbatch với chất lượng cao cho các sản phẩm nhựa khác nhau, bao gồm cả nhựa PE.
PE filler masterbatch của EuroPlas được làm từ nhựa PE, CaCO3 và các chất phụ gia như chất hỗ trợ xử lý và chất phân tán. Sự kết hợp này sẽ giúp giảm chi phí sản xuất, tăng cường khả năng chống va đập và khả năng chịu nhiệt, cải thiện độ cứng bề mặt, tăng cường sức bền cũng như tăng độ dẻo của sản phẩm cuối cùng
PE filler masterbatch của Europlas giúp cải thiện đặc tính của sản phẩm cuối cùng và giảm chi phí sản xuất
Ưu điểm của hạt nhựa EuroPlas:
- Cải thiện tính chất: Sử dụng filler masterbatch giúp tăng cường độ bền cơ học cho sản phẩm nhựa PE, giúp sản phẩm bền hơn, chịu va đập và chịu lực tốt hơn. Điều này sẽ khiến cho các sản phẩm có thể chịu được tải nặng và xử lý thô.
- Tăng tính ổn định kích thước: Hạt nhựa masterbatch của Europlas còn giúp sản phẩm nhựa PE giảm co ngót, cong vênh trong quá trình làm nguội, đảm bảo ổn định kích thước tốt hơn. Điều này đặc biệt quan trọng đối với các ứng dụng yêu cầu đo đạc chính xác và dung sai chặt chẽ.
- Tăng cường khả năng chịu nhiệt: Việc kết hợp các chất phụ gia chuyên dụng trong filler masterbatch giúp cải thiện khả năng chịu nhiệt của nhựa PE. Điều này cho phép các sản phẩm chịu được nhiệt độ cao hơn mà không bị biến dạng hoặc mất tính toàn vẹn của cấu trúc.
- Tiết kiệm chi phí: Europlas masterbatch là một giải pháp hiệu quả về mặt chi phí khi giúp giảm mức tiêu thụ polyme cơ bản. Điều này dẫn đến chi phí sản xuất thấp hơn trong khi sản phẩm đầu ra vẫn có được những thuộc tính như mong muốn.
EuroPlas tự hào về việc sản xuất các loại filler masterbatch có chất lượng cao và hiệu suất nhất quán. Công ty sử dụng các biện pháp kiểm soát chất lượng nghiêm ngặt trong suốt quá trình sản xuất để đảm bảo rằng masterbatch đáp ứng các tiêu chuẩn công nghiệp cao nhất.
Liên hệ ngay với chúng tôi để biết thêm thông tin chi tiết về sản phẩm PE filler masterbatch của EuroPlas và các ứng dụng cụ thể của nó.