Tiểu luận Nhựa Polyetylen PE

Nhựa Pe Polyetylen, sản xuất, ứng dụng, cấu tạo, .... akjdhgfhkbjglkemnadinbjknalksrngbưháohuighvivhưbruiahsughbơávnn sm,zxmmqaèighưaùaoqékdjvbhbbửagsuhừakqvnaknzv hưebúg2iwỏk3fi2kwnẹksnv;LAM;KVNJẺGHJEÌNBỨD

KHOA KHOA HỌC SỨC KHỎE – KẾ TOÁN TÀI CHÍNH

Tiểu Luận Môn Học Sản Xuất Chất Dẻo

Đề tài: Nhựa Polyetylen (PE)

Gv: Nguyễn Thành Luân

Nhóm sv: Nhóm 1 Niên Khóa 2019-2023

Đồng Nai Tháng 12 Năm 2021

Mục lục

Lời nói đầu

Từ lâu nghành công nghiệp sản xuất chất dẻo, nhựa, polyme đã trở lên vô cùng quan trọng trong thời đại công nghiệp 4.0 Chiếm một phần trong số đó là polietylen (PE)Polietylen từ lâu đã có mặt trong nhiều hoạt động công nghiệp, đời sống hằng ngày của mỗi chúng ta Tuy nhiên chúng có nhũng tính chất gì và sử dụng chúng ra sao chohợp lí thì không phải ai cũng biết Hiểu được điều đó, nhóm chúng em chọn đề tài

Nhựa Poly Ethylen (PE) nhằm trình bày một số thông tin liên quan đến tính chất, ứng

dụng của PE Hy vọng thông qua bài đọc này, mọi người có thể có cái nhìn tổng quan

về PE từ đó sử dụng sao cho hợp lí

Dù đã cố gắng hết sức song với vốn kiến thức còn ít của mình, chúng em không thể tránh khỏi những sai xót Chúng em rất mong sẽ nhận được đóng góp tích cực từ quý thầy cô và các bạn

Các thành viên

I.

I. SƠ LƯỢC VỀ POLYME.

- Nhựa polymer không phải vật liệu quá xa lạ đối với hầu hết chúng ta Vậy polyme là gì?

- Polyme là một khái niệm dùng để chỉ các hợp chất có khối lượng phân tử lớn và trong cấu trúc của chúng có sự lặp đi lặp lại nhiều lần những mắt xích cơ bản Các mắt xích này được nối với nhau thông qua liên qua liên kết công hóa trị Nghĩa là 2 phân tử hoặc nhiều hơn sẽ được nối với nhau và có chung một cặp eletron

- Polyme hình thành từ monome nối tiếp với nhau lặp đi lặp lại, phần tử lặp đi lặp lại gọi là mắt xích polyme

- Ví dụ:

Polietilen (PE); polistiren (PS); polivinyclorua (PVC); PVA; PMMA…

(Hình I.1- Hạt nhựa polyme)

- Polyme thường là chất rắn, không bay hơi, nhiệt độ nóng chảy không xác định- nằm trong một khoảng rất rộng

- Polyme bền ở nhiệt độ thường, không tan trong các dung môi thông thường

II. GIỚI THIỆU NHỰA PE.

1. Giới thiệu, nguồn gốc, phân loại.

1.1 Giới thiệu

- Polietilen (tiếng Anh: polyetylen hay polyethene; viết tắt: PE), là một nhựa nhiệt dẻo

(thermoplastic) được sử dụng rất phổ biến trên thế giới (hàng năm tiêu thụ trên 60

triệu tấn)

- Polietilen là một hợp chất hữu cơ (poly) gồm nhiều nhóm etylen CH2-CH2 liên kết vớinhau bằng các liên kết hydro nội phân tử

- Polietilen được điều chế bằng phản ứng trùng hợp các monome etylen (C2H4)

(Hình II.1.1- monome etylen)

(Hình II.1.2- mắt xích PE)

(Hình II.1.3- Mô hình không gian của PE)

(Hình II.1.4- Mẫu PE dạng hạt)

1.2 Nguồn gốc

1.2.1 Lịch sử hình thành Polyetylen

- Polyethylen được tổng hợp lần đầu tiên bởi nhà hoá học người Đức Hans von

Pechman vào năm 1898, một cách tình cờ trong quá trình ông nghiên cứu

diazomethane Khi các đồng nghiệp của ông khảo sát hợp chất màu trắng, nhờn như

mỡ sáp mà ông đã tổng hợp, họ nhận thấy nó chứa mạch dài -CH2- và đặt tên nó là polymethylene Trong thời gian đầu Polyethene chưa thể sản xuất ở dạng rắn, còn ở dạng mỡ sáp thì không có ứng dụng

(Hình II 1.5- PE ban đầu)

- Cho đến năm 1933, 2 nhà hoá học E W Fawcett và R O Gibson, làm việc tại

Imperial Chemical Company (ICI), đã tìm ra được phương pháp tổng hợp polyetylen

ở dạng rắn khi thí nghiệm với hơi ethylene ở áp suất và nhiệt độ cực cao Ngay sau

đó ICI xin bằng sáng chế cho vật liệu mới và bắt đầu thương mại hoá nó Màng Pe được ra đời

1.2.2 Sự phát triển nhanh chóng của Polyetylen từ xưa cho tới nay.

- Ứng dụng đầu tiên của PE là dùng làm vật liệu màng Nó được sử dụng như một lớp phủ cáp dưới nước và sau đó trở thành vật liệu cách điệu quan trọng trong các ứng dụng quân sự quan trọng radar cách nhiệt Do polyetylen rất mỏng và nhẹ việc đó giúp cho việc đặt radar cách nhiệt lên máy bay có thể giúp giảm trọng lượng đi Chính nhờ điều này đã đưa nước Anh tiến bộ công nghệ vượt bậc trong lĩnh vực radar Nhờ vào PE mà nước Anh đã sở hữu hệ thống radar tối ưu nhất thế giới vào Chiến Tranh Thế Giới thứ 2

- Sau chiến tranh, Polyetylen đã trở thành một tiêu điểm lớn với người tiêu dùng Chính quyền Mỹ sau đó cũng quan tâm và thoả thuận chuyển nhượng bản quyền với ICI để sản xuất polythyelene trong nước Nó trở thành chất nhựa đầu tiên ở Hoa Kỳ bán được hơn một tỷ bảng mỗi năm Trước khi chiến tranh thế giới thứ 2 kết thúc, sản lượng của Mỹ đã vượt xa nước Anh

(Hình II.1.6- Sản xuất PE tại Mỹ năm 1920)

1.2.3 Lợi ích mà Polyetylen đem lại.

- Ngày nay, Polyetylen cũng có những ưu điểm về chống ẩm, chống điện và hoá chất vượt trội Nó được sử dụng rộng rãi trong sản xuất thùng đựng hàng (container), dây cáp cách điện, đường ống, lớp lót, lớp phủ và màng kỹ thuật.Nó được sử dụng bọc hàng tiêu dùng, đồ gia dụng, đồ điện, và nhiều thứ khác Nhược điểm chính của Polyetylen là độ bền cơ học kém, trừ khi nó có một chút trợ giúp từ cốt thép Nhưng với sự cải tiến trong công nghệ hiện nay, các nhà sản xuất tiếp tục cải thiện chức năngcủa nó làm cho nó sử dụng hiệu quả nhất.

- Nhờ vào sự ra đời của Polyetylen mà đời sống con người hiện nay cũng được phát triển hơn vào việc sử dụng nhiều loại sản phẩm tấm nhựa hiện nay

(Hình II.1.7- Màng bọc làm từ PE)

1.3 Phân loại.

- Hiện nay PE trở thành quan trọng nhất trong tất cả các loại vật liệu nhựa

Polyethylene được chia thành nhiều loại khác nhau chủ yếu dựa trên tỷ trọng và độ phân nhánh thong thường gồm có 8 loại như sau:

- LDPE (Low-Density Polyethylene) (0.910-0.940 g/cm3)

- ULDPE (Ultra low-Density Polyethylene) (0.89 - 0.915g/cm3)

- LLDPE (Linear Low-Density Polyethylene) (0.916-0.940g/cm3)

- VLDPE (Very Low Density Polyethylene) (0.940 - 0.965 g/cm3)

- HDPE (High-Density Polyethylene) (0.94 - 0.965 g/cm3)

- HMW-HDPE (High-Molecular-Weigh High-Density)

- UHMW-PE (Ultrahigh-Molecular-Weigh-Polyethylene)

Trong đó, một vài thông tin cơ bản về các loại PE như sau:

- LDPE (PE tỷ trọng thấp): Tỷ trọng: 0,910 - 0,925 g/cm³; Nhiệt độ hóa thủy tinh Tg ≈ -110 °C; là loại PE quan trọng nhất và thông dụng nhất dễ hàn nhiệt và là loại rẻ nhất,tổng hợp bằng phương pháp khơi mào gốc tự do

(LDPE)

- LLDPE (PE tỷ trọng thấp mạch thẳng): Có tỷ trọng trong khoảng 0.915-0.925

g/cm3; Là polymer mạch thẳng có những mạch phân nhánh ngắn, thông thường là copolymer của ethylene với các alpha-olefin; LLDPE có độ bền kéo, tính va đập, kháng đâm xuyên, ứng suất nứt cao hơn LDPE

- HDPE (PE tỷ trọng cao): Tỷ trọng: 0.941 - 0,965 g/cm³; Mạch HDPE có độ phân nhánh thấp, độ kết tinh cao và độ bền kéo cao, có thể tổng hợp bằng cách sử dụng các

hệ xúc tác chromium/silica, Ziegler-Natta hay xúc tác có kim loại là phối tử trung tâm(metallocene)

(Cấu tạo cơ bản LDPE, HDPE, LLDPE)

- MDPE (PE tỷ trọng trung bình)

- VLDPE (PE tỷ trọng rất thấp)

- UHMWPE (PE có khối lượng phân tử cực cao)

- PEX hay XLPE (PE khâu mạch)

- HDXLPE (PE khâu mạch tỷ trọng cao)

Trên thị trường, các polyethylene quan trọng và phổ biến nhất là LDPE, HDPE

và LLDPE

2. Các tính chất.

- Tính chất vật lý: Polietilen màu trắng, hơi trong, không dẫn điện và không dẫn nhiệt, không cho nước và khí thấm qua Tùy thuộc vào loại PE mà chúng có nhiệt độ hóa thủy tinh Tg ≈ -1000C và nhiệt độ nóng chảy Tm ≈ 1200C; Nhiệt độ thấp chỉ trương trong Hydro carbon thơm, clo hóa; Nhiệt độ trên 700C tan ít trong hydrocarbon thơm,ether: phụ thuộc độ kết tinh; Ở > 900C , H2SO4 đặc và HNO3 đặc phá hủy nhanh PE

- Tính chất cơ học: Polyetylen (nhựa PE) có độ bền, và độ cứng thấp, nhưng có độ dẻo dai cao và chịu va đập cũng như ma sát thấp

- Tính chất nhiệt polyetylen: Tính hữu ích của Polyetylen (nhựa PE) bị giới hạn bởi điểm nóng chảy của nó là 800C (1760F) Đối với các loại thương mại phổ biến của polyetylen trọng lượng trung bình và cao, điểm nóng chảy thường nằm trong khoảng

120 đến 1800C (248-3560F) Điểm nóng chảy cho polyetylen thương mại, mật độ trung bình, bình thường là 105 đến 1150C (221-2790F) Nhiệt độ này khác nhau rất nhiều với loại polyetylen

- Mạch thẳng dài, một số vị trí trên mạch chính có nhánh Mạch nhánh càng nhiều và càng dài thì độ kết tinh càng giảm Ở trạng thái nóng chảy PE ở dạng vô định hình Làm lạnh nhanh sẽ làm giảm % pha kết tinh và kích thước của phần kết tinh

- Tính chất hóa học polyetylen: Polyetylen (nhựa PE) bao gồm hydrocarbon khôngphân cực, bão hòa, có trọng lượng phân tử cao Do đó, hành vi hóa học của nó cũngtương tự như parafin Các đại phân tử không liên kết cộng hóa trị Bởi vì cấu trúcphân tử đối xứng của chúng, chúng có xu hướng kết tinh; tổng thể polyetylen là mộtphần tinh thể Độ tinh thể cao làm tăng mật độ và sự ổn định cơ học và hóa học PE

có tính chất hóa học như là Hidrocacbon no nhưng không tác dụng với các dung dịch

Axit, kiềm, nước Brom và thuốc tím Ở nhiệt độ cao hơn 70°C thì PE hòa tan kémtrong dụng các dung môi như là Toluen, Xylen, Tricloetylen, Amyl axetat và dầuthông, dầu khoáng,… Dù ở nhiệt độ cao thì PE cũng không thể hòa tan trong nước.Trong các loại rượu béo, Axeton, Ete Etylic, Glixerol và các loại dầu thảo mộc.

- Tính chất điện: Polyetylen (nhựa PE) là chất cách điện tốt Nó cung cấp khả năng theo dõi tốt; tuy nhiên, nó trở nên dễ dàng tính điện tích (có thể được giảm bằng cách thêm graphite, cacbon đen hoặc các chất chống tĩnh điện)

- Tính chất quang học: Tùy thuộc vào lịch sử nhiệt và độ dày của màng PE có thể thay đổi giữa gần như rõ ràng (trong suốt), milky-đục (mờ) hoặc đục Độ trong suốt được giảm bởi các tinh thể nếu chúng lớn hơn bước sóng của ánh sáng khả kiến

3. Một vài ưu nhược điểm.

- Nếu nhiệt độ thay đổi thì độ nhớt PE cũng thay đổi đều nên PE dễ gia công

- Nhựa PE không gây độc hại nên có thể yên tâm sử dụng với thực phẩm

- Giá thành của loại nhựa này rẻ hơn so với các loại nhựa khác

- Khi nhựa PE được nấu chảy ở nhiệt độ quá cao thì sẽ gây mùi khó chịu.

- Bên cạnh đó, màng PE thường có màu đục Muốn cải thiện tình trạng này thì PEphải được làm lạnh nhanh sau khi đun nhưng rất khó

III.

III SẢN XUẤT NHỰA PE.

- Hàm lượng oxi: Nếu % Oxi quá cao, etylen bị phân hủy;

- Nhiệt độ: tăng làm tăng hiệu suất và đẩy nhanh quá trình trùng hợp nhưng đến mức

độ nào đó sẽ làm giảm trọng lượng phân tử

- Áp suất : Áp suất trong hệ thống càng tăng thì vận tốc phản ứng và hiệu suất polimecàng lớn, polime có trọng lượng phân tử cao và tính chất cơ lý tốt hơn

( quy trình công nghệ sản xuất PE áp cao)

- Sản phẩm: Thường là LDPE; Mn: 45 000 – 60 000

- Tạo nhánh nhiều, mật độ kết tinh thấp 50-60%; Tỷ trọng thấp

tiêu hao nhiều do quá trình nén khí; Thiết bị đắt, làm từ thép đặc biệt, vấn đề làm kín thiết bị, vận chuyển etylen ở áp suất cao có nhiều khó khăn

• Các giai đoạn chính của quá trình:

- Chuẩn bị xúc tác: Trộn CrO3 với chất mang alumino silicat Yêu cầu của xúc tác là phải có thể tích tự do và bề mặt của mao quản phải lớn Vtd= 1cm3/g; F =

400÷500m2/g Xúc tác sử dụng ở dạng huyền phù là 0,2-0,6%

- Chọn dung môi: Dung môi chỉ hoà tan C2H4 và không hoà tan polymer, rượu

metylic, xiclohecxan, xăng tinh khiết…CH3OH là dung môi tốt ở nhiệt độ nào cũng không hoà tan polymer nhưng hoà tan monome

- Tách xúc tác ra khỏi hỗn hợp sản phẩm: Muốn tách xúc tác thì phải hoà tan PE trong dung môi thích hợp rồi tách xúc tác bằng máy li tâm Sau đó sấy tách dung môi ta được PE đem đi tạo hạt

Ưu điểm: Không dùng các thiết bị đắt tiền; Thể tích thiết bị lớn năng suất cao giá thành hạ -% tinh thể lớn (>85%) do ít phân nhánh; Khối lượng riêng d lớn hơn HDPE; Xúc tác rẻ, an toàn khi sử dụng (ít độc, không gây cháy nổ); Dễ tái sinh dung môi

tách phải hoà tan PE rồi lọc, sau đó sấy tách dung môi phức tạp

Ưu điểm: Tiến hành ở áp suất thấp nên năng lượng tiêu hao bé nhất năng xuất sản xuất lớn giá thành thấp; Trọng lượng phân tử của PE lớn nên độ bền cơ học, bền nhiệtcao hơn phương pháp áp suất cao.

Nhược điểm: Phải hoàn nguyên dung môi nên dây chuyền sản xuất phức tạp tốn kém;Phải tách hết xúc tác ra khỏi PE rửa; Xúc tác dễ cháy nổ khi tiếp xúc với không khí

IV. ỨNG DỤNG CỦA NHỰA PE TRONG THỰC TẾ.

Nhựa PE có nhiều ứng dụng quan trọng trong đời song con người cũng như trong các hoạt động công nghiệp do có nhiều tính chất quý như bền, dai, dẻo, kháng nước, không độc hại…

Do các tính chất vật lý và hóa học nêu trên, polyetylen được dùng làm màng mỏng, làm vật liệu cách điện, làm màng bọc chống ăn mòn ở các xí nghiệp sản xuất hóa chất Ngoài ra PE còn được ứng dụng gia công làm đồ gia dụng Cụ thể 3 loại PE được sử dụng nhiều nhất là HDPE, LDPE, LLDPE

1. Ứng dụng HDPE

- Cứng hơn MDPE và LDPE HDPE có thể chịu được nhiệt độ lên tới 120oC và vì vậy HDPE được dùng làm bao bì thanh trùng bằng hơi nước HDPE cũng có thể được cắt thành những dây hẹp để dệt thành bao dệt

- HDPE còn được ứng dụng nhiều trong lĩnh vực đóng gói như làm chai đựng sữa, chaiđựng hóa chất như thuốc tẩy, cồn, xe đựng rác và ống nước 1/3 các loại đồ chơi trẻ

em được sản xuất từ HDPE

(túi nilon LDPE)

 Năm 2009, doanh thu buôn bán LDPE trên toàn cầu là 22.2 tỉ USD

3. Ứng dụng LLDPE

- Trong gia công thì có thể tạo được màng mỏng hơn LDPE với khả năng kháng lại những tác động phá hủy của môi trường tốt hơn nhưng lại không dễ khi gia công LLDPE được ứng dụng nhiều trong đóng gói, bao bì, tấm, vỏ bọc dây điện, đồ chơi trẻ em, vật chứa đựng, ống dẫn nước

- Nhờ cơ tính tốt như dai, dẻo, độ trong cao nên ứng dụng nhiều nhất của nó là thổi tạo màng, ứng dụng trong màng phủ nông nghiệp, màng đa lớp hay compositefilm.

Trong năm 2009, doanh thu buôn bán LLDPE đạt tới 24 tỉ USD

4. Các ứng dụng thực tế

(Túi chất dẻo làm từ PE)

(Đồ gia dụng làm từ PE)

để giã thịt; để thịt không bị khô hoặc dính vào chày/thớt; Hoặc cũng có thể dùng màng PE để bọc tô bột đã nhào để đợi lên men, hay dùng để thay dầu để chống dính khi cho bột vào khuôn…

(Ứng dụng trong công nghiệp)

Đồ đạc bảo quản bằng màng PE tránh được bụi bẩn, ẩm mốc, quá trình oxi hóa làm gỉsét… Do màng PE có khả năng không cho bụi hay; không khí nước, vi khuẩn đi qua

và cũng không phản ứng với các dung môi hóa học, axit kiềm; nên chúng sẽ không thể tác động đến đồ đạc bên trong đồng thời cũng chống trầy xước cho quá trình di chuyển

(Ứng dụng khác)

- Ngành y tế: Một số loại polyetylen trọng lượng phân tử cực cao, dẻo dai chống mài mòn, kháng hóa chất được sử dụng làm khớp nhân tạo thay khớp gối và khớp

háng.

các món đồ gia dụng bằng nhựa PE bền và giá rẻ Tuy nhiên, khi tiếp xúc với nhiệt độcao nó khá độc và khó phân hủy trong môi trường nên sử dụng chúng phải chú trọngrất nhiều

V.

V. KẾT LUẬN.

- Với những tính chất quý có sẵn, nhựa PE đã có thời gian chiếm lĩnh thị trường rất lâu Ngày nay với công nghệ phát triển tuy rằng đã có nhiều sản phẩm được tìm ra nhằm mục đích thay thế PE, thế nhưng vẫn chưa có loại chất nào có thể “soán ngôi” bởi nhiều lý do Nếu có loại vật liệu nhẹ, không độc hại lại bền đẹp thì giá thành lại quá cao và quy trình công nghệ lại quá phức tạp

- Hiện nay, ở nước ta chưa có nhà máy nào sản xuất ra hạt nhựa PE Dự kiến trong tương lai khi khu công nghiệp dầu khí Long Sơn xây dựng và đi vào hoạt động sẽ xâydựng tổ hợp hóa dầu đầu tiên sản xuất các hạt nhựa ở đây, trong đó có hạt nhựa PE

- Như trên đã trình bày, PE là một loại nhựa dẻo rất phổ biến và hữu ích trong cuộc sống thời nay với những đặc điểm và tính năng vượt trội của nó Tuy nhiên vấn đề đặt

ra ở đây là việc xử lý rác thải liên quan đến nhựa PE Mặc dù polyethylene có thể tái chế được, nhưng các sản phẩm nhựa đã sử dụng xong đều thấy rải rác nhiều nơi, cả mặt đất lẫn trên biển PE không bị phân hủy bởi vi sinh vật, phải mất đến vài thế kỷ thì PE mới có thể phân hủy được.Do vậy, hy vọng trong thời gian tới sẽ nghiên cứu được các phụ gia bổ sung vào các sản phẩm PE để rác thải PE có thể dễ dàng xử lý cũng như tăng khả năng tái chế hiệu quả để giá trị của PE thực sự tiến đến một tầm cao mới

VI.