Polyethylen mật độ cao

Polyethylen mật độ cao (tiếng Anh: high-density polyethylene, (HDPE), hoặc polyethylen high-density (PEHD)) hoặc polyethylen tỉ trọng cao, là một polymer nhựa nhiệt dẻo được sản xuất từ monomer ethylen. Nó đôi khi được gọi là "alkathene" hoặc "polyethene" khi được sử dụng cho . Với tỷ lệ độ bền trên mật độ cao, HDPE được sử dụng trong sản xuất , đường ống chống ăn mòn,  và . HDPE thường được tái chế, và có mã số nhận diện nhựa cây là "2".

Năm 2008, thị trường HDPE toàn cầu đạt khối lượng hơn 30 triệu tấn.

Tính chất 
HDPE có tỷ lệ độ bền trên mật độ cao. Mật độ của HDPE dao động từ 930 đến 970 kg/m3. Mặc dù mật độ của HDPE chỉ cao hơn một chút so với , HDPE ít , làm cho nó có  và độ bền kéo (38 MPa) mạnh hơn LDPE (21 MPa). Sự khác biệt về độ bền là nhiều hơn hẳn so với sự khác biệt về mật độ, mang lại cho HDPE  cao hơn. Nó cũng cứng hơn, đục hơn và có thể chịu được nhiệt độ cao hơn một chút (120 °C/248 °F trong thời gian ngắn). Khác với polypropylen, polyethylen mật độ cao không thể chịu được các điều kiện nồi hấp tiệt trùng thông thường. Để hạn chế tối đa sự phân nhánh, cần lựa chọn xúc tác thích hợp (ví dụ: ) và đảm bảo các điều kiện phản ứng hóa học.

HDPE có khả năng chống chịu nhiều dung môi khác nhau và đặc biệt khó dán bằng keo. Vì vậy, các mối nối thường được thực hiện bằng cách hàn.

Các tính chất vật lý của HDPE có thể thay đổi tùy thuộc vào quy trình đúc được sử dụng để sản xuất một mẫu cụ thể. Ở một mức độ nào đó, yếu tố quyết định là các phương pháp thử nghiệm tiêu chuẩn quốc tế được sử dụng để xác định các tính chất này cho một quy trình cụ thể. Ví dụ, trong quá trình  (rotomolding), để xác định khả năng chống nứt do ứng suất môi trường của mẫu, người ta sử dụng thử nghiệm tải trọng kéo không đổi có khía (NCTL).

Nhờ những đặc tính này, các đường ống được làm từ HDPE cực kì thích hợp để dẫn nước uống và nước thải (gồm nước mưa và nước cống).

Ứng dụng 

HDPE có rất nhiều ứng dụng. Đối với các ứng dụng có thể sử dụng các polymer khác, việc lựa chọn sử dụng HDPE thường là vì lí do kinh tế:

 Sợi in 3D
 Tấm quây sân thi đấu (tấm chắn puck)
 Khung ba lô
 Tấm chống đạn
 Băng rôn
 
 Thuyền
 Thùng chứa hóa chất
 Đường ống 
 Chất cách điện bên trong cáp đồng trục
  cho cáp điện hoặc cáp truyền thông
 Bảo vệ chống ăn mòn cho đường ống thép
 Hộp điện và hộp nước
 Thấu kính hồng ngoại xa
 Pháo hoa
 Bàn và ghế gấp
 
  cho xe cộ
  cho các ứng dụng thủy lực (như kênh mương và gia cố bờ kè)
 Hệ thống đường ống truyền nhiệt 
 Súng cối pháo hoa chịu nhiệt
  (Tyvek)
 Ca nô đệm khí: Vật liệu này quá nặng và đặc cho loại phương tiện này nhưng thỉnh thoảng vẫn được sử dụng
 Tấm chắn bức xạ ion hóa
 Bình đựng nước giặt
 Hành lý (chuyển đổi từ kim loại) ở Ấn Độ
  giày
 Cửa sổ kính thiên văn vi sóng
 Bình sữa
 Hệ thống đường ống phân phối khí thiên nhiên
 
 Túi nhựa
  thích hợp để tái chế hoặc tái sử dụng
 Phẫu thuật thẩm mỹ (tái tạo khung xương và khuôn mặt)
 Đường ống chính dẫn nước uống
 
 Chai dầu gội đầu
 Đường ống thoát nước thải chính
 Đường trượt và hộp trượt tuyết
 
 Nhà kho
 Lắp đặt bể bơi
 Thảm kiểm soát bụi bẩn lối ra vào
 Ống dẫn viễn thông
 Hệ thống ống nước cho cấp nước sinh hoạt và quy trình nông nghiệp
 Nhựa gỗ (sử dụng polyme tái chế)

HDPE cũng được sử dụng làm  trong các bãi chôn lấp theo  tại Hoa Kỳ, trong đó các tấm HDPE lớn được  hoặc hàn nêm để tạo thành một rào cản kháng hóa chất , với mục đích ngăn ngừa ô nhiễm đất và nước ngầm do các thành phần lỏng của .

HDPE được ngành  ưa chuộng để làm ống phóng pháo hơn so với ống thép hoặc polyvinyl chloride (PVC), vì bền hơn và an toàn hơn: HDPE có xu hướng bị rách hoặc xé toạc khi gặp sự cố thay vì vỡ vụn và trở thành mảnh đạn như các vật liệu khác.

Chai sữa, bình và các hàng hóa rỗng khác được sản xuất thông qua  là lĩnh vực ứng dụng quan trọng nhất của HDPE, chiếm một phần ba sản lượng toàn cầu, tương đương hơn 8 triệu tấn.

Trên hết, Trung Quốc, nơi chai nước giải khát làm từ HDPE lần đầu tiên được nhập khẩu vào năm 2005, là một thị trường đang phát triển cho bao bì HDPE cứng do mức sống ngày càng được cải thiện. Tại Ấn Độ và các quốc gia mới nổi đông dân khác, việc mở rộng cơ sở hạ tầng bao gồm việc triển khai các đường ống và lớp cách điện cáp làm từ HDPE. Vật liệu này ngày càng được ưa chuộng nhờ vào các cuộc thảo luận về vấn đề sức khỏe và môi trường có thể xảy ra do PVC và Bisphenol A (BPA) liên quan đến polycacbonat, cùng với những ưu điểm của nó so với thủy tinh, kim loại và bìa cứng.

Sản xuất 
Sản xuất công nghiệp HDPE từ ethylen diễn ra thông qua phản ứng trùng hợp Ziegler-Natta hoặc quy trình bùn Phillips. Phương pháp Ziegler-Natta sử dụng sự kết hợp của các chất xúc tác, bao gồm titan tetrachlorua, tiếp xúc với ethylen khí để kết tủa polyethylen mật độ cao. Tương tự, quy trình bùn Phillips sử dụng các chất xúc tác gốc silica tiếp xúc với hydrocacbon chuyển động nhanh và bùn polyethylen để kết tủa polyethylen mật độ cao.

Quá trình gia công sẽ quyết định các tính chất của HDPE. Phương pháp tổng hợp HDPE rất quan trọng vì cấu trúc vi mô của HDPE sẽ thay đổi. Quy trình bùn Phillips tạo ra HDPE ít phân nhánh hơn và trọng lượng phân tử chính xác hơn so với quy trình Ziegler, nhưng quy trình Ziegler mang lại sự linh hoạt cao hơn khi lựa chọn sản xuất loại polyethylen nào.

Trọng lượng phân tử của HDPE là độ dài của các chuỗi polyethylen và giúp xác định các tính chất như độ dẻo, giới hạn chảy và nhiệt độ nóng chảy. Sau khi kết tủa được hình thành, nhiệt độ, áp suất và thời gian làm nguội trong quá trình gia công sẽ quyết định độ kết tinh. Độ kết tinh cao hơn dẫn đến độ cứng và khả năng kháng hóa chất lớn hơn. Tùy vào ứng dụng, có thể điều chỉnh phương pháp và các bước gia công để đạt được kết quả lý tưởng.

HDPE sau tổng hợp đã có thể được sử dụng trong các sản phẩm thương mại. Các phương pháp sản xuất công nghiệp cho các sản phẩm HDPE gồm có đúc phun cho các hình dạng phức tạp như đồ chơi. Đúc đùn được sử dụng cho các sản phẩm có biên dạng không đổi như ống và màng. Đúc thổi dành cho các sản phẩm rỗng, cụ thể là chai và túi nhựa. Đúc quay được sử dụng cho các bộ phận lớn, liền mạch như thùng hóa chất và thuyền kayak. Phương pháp được sử dụng trong quá trình gia công phụ thuộc vào các yêu cầu của sản phẩm. Mỗi phương pháp sẽ phù hợp hơnvới một ứng dụng nhất định.

Xem thêm
 
  (PEX)
  (HDPE)
  (LDPE)
  (LLDPE)
  (MDPE)
 
 Tái chế chất dẻo
 Polyethylen (PE)
 Mã số nhận diện nhựa cây
 Màng căng
  (UHMWPE)

Tham khảo

Chất dẻo
Polyolefin
Thực phẩm đóng gói

de:Polyethylen