Tìm hiểu về nhựa Polyethylene: Giải pháp nhựa đa năng

Polyethylene không chỉ là một vật liệu đơn thuần mà còn là giải pháp đa năng, đáp ứng nhu cầu ngày càng đa dạng của xã hội hiện đại. Tính linh hoạt, độ bền và khả năng tái chế cao đã khiến cho nhựa Polyethylene trở thành một nguồn cung cấp đáng tin cậy cho nhiều ngành công nghiệp và mục đích sử dụng.

Trong loạt bài viết này, chúng ta sẽ cùng nhau khám phá sâu hơn về các tính chất cụ thể, ứng dụng chi tiết, và tầm ảnh hưởng của nhựa Polyethylene trong đời sống hàng ngày. Hãy cùng Foodnk tìm hiểu thêm về nguồn nguyên liệu đặc biệt này và cách nó đã tạo nên những đổi mới đáng kể trong nhiều lĩnh vực khác nhau.

Polyethylen được tạo ra như thế nào?

Quy trình thương mại chất xúc tác Ziegler-Natta đã đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển thành công của polyethylene (PE) từ những năm 1950. Cả hai nhà khoa học Karl Ziegler của Đức và Giulio Natta của Ý đã đóng góp quan trọng cho quy trình này.

Công thức hóa học của Polyethylen?

Polyethylene cơ bản được hình thành bởi khung cacbon, trong đó mỗi nguyên tử cacbon kết nối với hai nguyên tử cacbon lân cận thông qua liên kết đơn, tạo thành một chuỗi dài. Các nguyên tử cacbon này được nối bởi các liên kết đơn mạnh và thẳng.

Hai vị trí còn lại trên mỗi nguyên tử cacbon chứa nguyên tử hydrogen, làm cho mỗi nguyên tử cacbon trong chuỗi PE có hai nguyên tử hydrogen liên kết với nó. Điều này tạo ra một cấu trúc tổng hợp và tạo tính chất không phân cực cho PE.

Cấu trúc phân tử PE có thể được biểu thị bằng công thức tổng quát (C₂H₄)n, với “n” đại diện cho số lượng đơn vị ethylene lặp lại trong chuỗi polyme.

Polyethylene được sản xuất như thế nào?

Polyethylene (PE) là một loại nhựa tổng hợp được tạo thành từ nhiều đơn vị ethylene (C₂H₄) nối với nhau thông qua quá trình trùng hợp hoặc đa ngưng tụ. Ethylene chỉ có thể được trùng hợp thành polyetylen khi có chất xúc tác thích hợp, chẳng hạn như chất xúc tác loại metallicocene hoặc Ziegler-Natta.

• Metallicocene: Là một loại chất xúc tác có kim loại chuyển giao trong quá trình trùng hợp polyethylene.
• Ziegler-Natta: Là một hệ thống chất xúc tác gồm các hợp chất của titanium và aluminium. Nó giúp kiểm soát quá trình trùng hợp và tạo ra polyethylene với tính chất đặc biệt.

Quá trình trùng hợp bắt đầu khi có mặt của chất xúc tác là quan trọng để phá vỡ liên kết đôi trong phân tử ethylene. Gốc tự do tạo ra từ việc phá vỡ liên kết đôi kết hợp với ethylene để tạo thành một nguyên tử carbon có liên kết mở. Liên kết mở này kết hợp với các ethylene khác để tạo thành chuỗi dài polyethylene.

Sau khi được hình thành, các chuỗi polyme polyethylene được ép đùn thành các sợi dài. Những sợi này sau đó có thể được cắt thành các viên nhỏ để dễ dàng vận chuyển đến các nhà chế biến nhựa polyethylene.

Quy trình Ziegler-Natta cung cấp khả năng điều khiển tốt về cấu trúc và tính chất của PE. Chất xúc tác Ziegler-Natta giúp điều chỉnh độ nhánh và độ dài của các mắt xích trong cấu trúc PE, dẫn đến nhiều loại PE khác nhau như PELD (Polyethylene Low Density), HDPE (High Density Polyethylene) và LLDPE (Linear Low Density Polyethylene). Điều này làm cho PE trở thành một vật liệu đa dạng và có nhiều ứng dụng khác nhau.

Phân loại Polyethylene

PE được phân bố thành 4 nhóm chính theo khối lượng riêng:

• LDPE (Low-density polyethylene): là loại nhựa có mật độ thấp 0,91 – 0,925 g/cm3 và được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng đóng gói và bao bì. Loại nhựa này có độ co giãn và uốn cong cao, đồng thời cũng có tính chống thấm cao. Điểm nóng chảy: 105^oC đến 115^oC. Khả năng chịu nhiệt độ liên tục lên đến 80^oC và trong thời gian ngắn hơn với 95^oC. Tuy nhiên chống tia UV kém, dễ cháy, hạn chế hàn/nối ở tần số cao.
• MDPE (medium-density polyethylene): thường được sử dụng để tạo màng mỏng hoặc trong các ứng dụng đòi hỏi độ cứng cao hơn hoặc nhiệt độ làm mềm cao hơn LDPE. Mật độ 0,926 – 0,94 g/cm3. Tuy nhiên, MDPE có giá thành cao hơn LDPE.
• HDPE (high-density polyethylene): là một loại nhựa cứng hơn hai loại trên, mật độ 0,93 đến 0,97 g/cm3. HDPE có thể chịu được nhiệt độ lên tới 120^oC, vì vậy nó thường được sử dụng để làm bao bì được thanh trùng bằng hơi nước.
• LLDPE (linear low-density polyethylene): là một loại nhựa tổng hợp có cấu trúc tuyến tính và mật độ thấp 0,92 g/cm3. Nó thường được sử dụng trong các ứng dụng đòi hỏi tính co giãn và độ bền tốt, ví dụ như trong sản xuất túi chống thấm, ống dẫn nước và bao bì retort. LLDPE có màu trắng đục, kháng hóa chất tốt, độ bền cao. Chống nứt và va đập tốt hơn LDPE.

Ưu và nhược điểm của Polyethylene

Ưu điểm

• Tính chất cơ lý ổn định: PE có tính chất cơ lý ổn định, bao gồm độ bền cao, khả năng chịu va đập tốt, khả năng chống mài mòn và khả năng chịu lực kéo cao. Điều này làm cho PE trở thành một vật liệu phù hợp cho nhiều ứng dụng công nghiệp và xây dựng.
• Tính đàn hồi và linh hoạt: PE có tính đàn hồi và linh hoạt tốt, giúp nó phù hợp cho việc sản xuất sản phẩm có tính năng co giãn hoặc uốn cong.
• Kháng hóa chất: PE kháng lại nhiều chất hóa chất, chẳng hạn như axit, kiềm và các dung môi hữu cơ, làm nó thích hợp cho các ứng dụng liên quan đến chất lỏng hóa chất.
• Tính cách điện tốt: PE là một chất cách điện tốt, do đó nó được sử dụng trong nhiều ứng dụng điện tử và cách điện.
• Giá thành thấp: Sản xuất PE có chi phí tương đối thấp, làm cho nó trở thành một lựa chọn kinh tế cho nhiều ứng dụng hàng ngày.
• Tính nhiệt động cơ học ổn định: PE có khả năng chịu nhiệt độ cao và thấp tốt, điều này cho phép nó được sử dụng trong môi trường nhiệt độ khác nhau.

Nhược điểm

• Kháng cháy kém: PE dễ cháy và có khả năng tự tiêu hủy trong môi trường nhiệt độ cao, không có khả năng tự tắt.
• Khả năng tái chế hạn chế: Một số loại PE có khả năng tái chế hạn chế, do đó cần xử lý cẩn thận để giảm thiểu tác động đến môi trường.
• Tính chất không phân cực: Tính chất không phân cực của PE có thể làm cho nó khó bám dính hoặc kết dính với một số chất khác như mực in và keo.
• Tác động môi trường: PE có khả năng đọng trong môi trường một cách lâu dài, gây tác động đến môi trường và động vật nếu không được xử lý đúng cách.

Tạm kết

Với tính chất không độc hại, khả năng chống mài mòn và mức giá phải chăng, polyethylene đã trở thành vật liệu lý tưởng cho các ứng dụng trong đó yêu cầu tính linh hoạt và độ bền cao. Sự linh hoạt và tính đa dạng của polyethylene làm cho nó trở thành một giải pháp đáng tin cậy và đa năng trong ngành công nghiệp.

>> Xem thêm: [Infographic] Các loại nhựa, thời gian phân hủy và khả năng tái chế từng loại

Cẩm Thu