1.2. Cao su EPDM và nhựa LDPE
1.2.2. Nhựa polyetylen tỷ trọng thấp
Polyetylen (PE) là sản phẩm của phản ứng trùng hợp etylen:
n CH2= CH2 [ - CH2- CH2- ]n
n: là hệ số trùng hợp
Phân tử PE cấu tạo nên từ các nhóm metylen có thể có cấu trúc mạch thẳng dài hay cấu trúc mạch nhánh:
+ Cấu tạo mạch thẳng của PE:
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
+ Cấu tạo mạch nhánh của PE:
Cấu trúc mạch thẳng làm cho PE có độ sắp xếp chặt chẽ hơn, độ kết tinh cao hơn dạng PE có cấu trúc mạch nhánh. Nếu mạch nhánh càng nhiều và càng dài thì độ kết tinh càng kém. Độ kết tinh của PE không bao giờ đạt 100% vì xen lẫn pha kết tinh luôn có pha vô định hình. Polyetylen tỷ trọng thấp (LDPE) có độ kết tinh khoảng 55–65%, polyetylen tỷ trọng cao (HDPE) có độ kết tinh khoảng 74- 95%. Khi nhiệt độ tăng lên, tỷ lệ pha vô định hình tăng lên và tăng nhanh khi gần đạt nhiệt độ chảy mềm của PE. Độ kết tinh ở nhiệt độ thường có ảnh hưởng đến các tính chất như tỷ trọng, độ rắn bề mặt, mô đun đàn hồi, giới hạn bền kéo đứt, độ trương nở và hoà tan trong các dung môi hữu cơ, độ thấm khí và hơi nước của PE.[10]
1.2.2.2. Tính chất vật lý của polyetylen
PE là chất rắn ở nhiệt độ thường, PE ở dạng màng mỏng thì trong suốt.
Độ cứng của PE không cao, HDPE có độ cứng cao hơn LDPE. Tính chất vật lý của PE phụ thuộc vào phương pháp sản xuất.
Bảng dưới đây trình bày một số tính chất vật lý của PE sản xuất theo các phương pháp khác nhau.
CH2 CH
CH2
(CH2)x CH2
CH2 CH2
CH
CH2
CH2 CH2
CH2
Bảng 1.3: Một số tính chất vật lý của PE Loại PE
Tính chất
A B C
Tỷ trọng (g/cm3) 0,92 – 0.93 0.93 – 0,95 0,96 Nhiệt độ chảy mòn (0C) 105 – 120 126 – 135 126 – 135 Nhiệt dung riêng (Kcal/độ) 0,22 – 0,28 0,26 - Trọng lượng phân tử
(đvC)
15000- 35000
25000- 40000
30000- 140000 Hằng số điện môi
60 – 108 Hz
2,20 – 2,33 2,20 – 2,30 2,20 – 2,36 Hệ số tổn
hao điện môi
60 – 103 Hz 108 Hz 106 Hz
0,0002 - 0,0002
0,0003 0,0001- 0,0003
0,0003
0,0005 - -
Điện trở suất ( .cm) 1017 1017 1017
Điện thế đánh thủng (KV/mm)
40 – 60 45 – 60 45 – 60
Ghi chú: + A – PE trùng hợp trong pha hơi
+ B – PE trùng hợp với xúc tác Ziegler + C – PE trùng hợp với xúc tác Phillip
PE là vật liệu có tính chất cách điện tốt do nó là polyme không phân cực. Tính chất này không phụ thuộc vào nhiệt độ và độ ẩm, do đó nó khá ổn định.PE là một polyme không phân cực nên nó có độ thấm khí rất nhỏ đối với các chất có cực và khá lớn đối với các chất không có cực. Màng HDPE có độ
thấm khí thấp hơn màng LDPE từ 4 – 5 lần. Bảng dưới đây trình bày độ thấm khí của màng PE với một số khí.[10]
Bảng1.4: Độ thấm khí của màng PE (109 ml.cm/cm3.giây) Loại PE
Khí LDPE HDPE
CO2 1,220 0,214
H2 0,797 0,199
O2 0,276 0,069
He 0,540 0,153
Etan 1,230 0,146
1.2.2.3. Tính chất cơ lý của polyetylen
Tính chất cơ lý của PE phụ thuộc vào trọng lượng phân tử, tỷ trọng và nhiệt độ. Màng mỏng PE thì mềm dẻo và đàn hồi. Ở nhiệt độ cao hơn nhiệt độ chảy mềm thì PE chuyển sang trạng thái dẻo. Một số tính chất của PE được trình bày ở bảng dưới đây.[10]
Bảng 1.5: Một số tính chất cơ lý của PE sản xuất theo phương pháp khác Loại PE
Tính chất A B C
Độ bền kéo đứt (MPa) 8,4 – 17,5 19,5 – 38,5 28,0 – 35,0
Độ bền nén (MPa) 12,5 – 21,0 - -
Độ bền uốn (MPa) 12,0 - 17,0 - -
Độ cứng (Shore D) 43 – 55 63 – 74 68 -70
1.2.2.4. Tính chất hoá học của polyetylen
Ở nhiệt độ thường PE khá trơ với các tác nhân axit (như axit sunfuric, axit nitric loãng, axit clohidric...), amoniăc, amin, hidroxit Natri và Kali, dung dịch muối đặc và cả nước oxi già. Cho đến nhiệt độ 600C PE khá ổn định dưới tác dụng của dung dịch muối đặc, kiềm đặc, dung dịch axit sunfuric 50%,
dung dịch axit nitric 40% và dung dịch axit clo hidric đặc. Nhưng đến nhiệt độ 90 – 1000C thì axit sunfuric, axit nitric phá huỷ nhanh PE.[10]
Bảng 1.6: Độ bền hoá học của PE (ở nhiệt độ 270C sau 30 ngày đêm)
Tính chất Thí nghiệm
Thay đổi khối lượng Giới hạn bền kéo đứt (MPa)
A B A B
Thí nghiệm đối chứng - - 12,2 34,8
Axit axetic đá 0,86 0,73 11,6 33,2
Axeton 1,26 0,66 11,3 30,9
CCl4 35,9 14,2 9,7 29,5
C2H5OH 0,20 0,14 10,4 29,1
Axit oleic 1,57 0,70 11,6 33,4
HNO3 70% 0,33 0,26 11,8 34,2
Ôxi không khí cũng phá huỷ chậm PE ở nhiệt độ thường và sự phá huỷ này tăng rất nhanh cùng với sự tăng của nhiệt độ và hàm lượng oxi bị hấp thụ.
Quá trình phá huỷ này mới đầu tạo thành các sản phẩm peroxit, hidroperoxit, axit sau đó tạo ra sản phẩm phân huỷ thấp phân tử. Nếu quá trình ôxi hoá lâu và ở nhiệt độ cao PE có thể phân huỷ tạo ra các sản phẩm như: CO, CO2, H2O, H2, các axit béo.[10]
Ngoài ra PE còn bị phá huỷ bởi phản ứng ôxi quang hoá dưới tác dụng của ánh sáng mặt trời, đặc biệt là tia tử ngoại. Các quá trình phá huỷ trên đều làm tính chất của PE xấu đi được biểu hiện là PE giòn hơn, trên bề mặt xuất hiện các vết dạn nứt. Để ngăn các quá trình ôxi hoá phá huỷ PE người ta dùng các chất chống ôxi hoá và các chất ổn định như dẫn xuất amin của bezen, các axit hữu cơ,...[10,9]