聚乙烯
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聚乙烯（polyethylene，縮寫：PE）是日常生活中最常用的塑膠之一，大量用於製造膠袋、薄膜、桶等產品，亦是現時地球上塑膠廢物的最主要類型。
| 聚乙烯 | |
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| IUPAC名 Polyethene、poly(methylene)[1] | |
| 別名 | Polyethene |
| 識別 | |
| 縮寫 | PE |
| CAS號 | 9002-88-4 
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| PubChem | 6325 |
| ChemSpider | none |
| KEGG | C19503 |
| MeSH | Polyethylene |
| 性質 | |
| 化學式 | (C2H4)n |
| 密度 | 0.88–0.96 g/cm3[2] |
| 熔點 | 115-135 °C（253 K） |
| log P | 1.02620[3] |
| 磁化率 | −9.67×10−6 (HDPE, SI, 22°C) [4] |
| 若非註明，所有數據均出自標準狀態（25 ℃，100 kPa）下。 | |
分子結構
單體為乙烯（化學式C2H4），乙烯亦可視為一對相互連接的亞甲基（化學式CH2）。聚合反應產生之聚乙烯分子式為(C2H4)nH2。
性質
物理性質
聚乙烯在薄膜狀態下可以被認為是透明的，但是在塊狀存在的時候由於其內部存在大量的晶體，會發生強烈的光散射而不透明。聚乙烯結晶的程度受到其枝鏈的個數的影響，支鏈越多，越難以結晶。聚乙烯的晶體融化溫度也受到支鏈個數的影響，分佈於從90攝氏度到130攝氏度的範圍，支鏈越多融化溫度越低。聚乙烯單晶通常可以透過把高密度聚乙烯溶解在攝氏130度以上的二甲苯中製備。
分類
聚乙烯按其密度和分支分類。 其機械性能顯着取決於變量，如分支的程度和類型，晶體結構和分子量。 有幾種類型的聚乙烯：
- 超高分子量聚乙烯（UHMWPE, Ultra High Molecular Weight Polyethylene）
- 超低分子量聚乙烯（ULMWPE, Ultra Low Molecular Weight Polyethylene 或PE-WAX, Polyethylene wax）
- 高分子量聚乙烯（HMWPE, High Molecular Weight Polyethylene）
- 高密度聚乙烯（HDPE, High Density Polyethylene）又稱低壓聚乙烯，因為在低壓下生產，含有較多長鏈，因此密度高。主要用於製造各種注塑、吹塑和擠出成型製品。
- 中密度聚乙烯（MDPE, Medium Density Polyethylene）
- 低密度聚乙烯（LDPE, Low Density Polyethylene)用高壓法（147.17—196.2MPa）生產，支鏈較多，強度低，多用來生產薄膜製品。
- 線性低密度聚乙烯（LLDPE, Linear Low Density Polyethylene）
- 極低密度聚乙烯（VLDPE, Very Low Density Polyethylene）
- 氯化聚乙烯（CPE, Chlorinated Polyethylene）
高密度聚乙烯
高密度聚乙烯通常使用齊格勒-納塔催化劑聚合法製造，其特點是分子鏈上沒有支鏈，因此分子鏈排布規整，具有較高的密度。該過程在管式或釜式低壓反應器中以乙烯為原料，用氧或有機過氧化物為引發劑引發聚合反應。
高密度聚乙烯屬「熱塑性塑膠」（Thermoplastic），加熱達到熔點，即可將廢料回收再利用，所以並非所有「塑膠」皆不環保。
高密度聚乙烯的高度結晶，因此外觀上也就呈現出不透明的狀態（高分子材料不同於鑽石，結晶度高往往會降低透明度），並且硬度也更高，甚至有點脆生生的感覺。正是因為強度較高而且不透光，奶製品常常偏好此種塑膠。這種塑膠耐水耐油性都非常出色，因此適應性很廣。一般攝氏100度以上才會容易變形。這種塑膠還特別耐酸耐鹼耐腐蝕，所以工業中也是應用極為普遍。
塑膠分類標誌中，高密度聚乙烯（HDPE）代碼是2。
低密度聚乙烯
低密度聚乙烯通常使用高壓下的自由基聚合生成，由於在反應過程中的鏈轉移反應，在分子鏈上生出許多支鏈。這些支鏈妨礙了分子鏈的整齊排布，因此密度較低。其結構如下圖所示。非常軟且含有些微黏性，同時由於結晶度很低，LDPE的透明度比較高，所以我們日常生活中主要在保鮮膜、膠袋等方面。耐油性及水性皆較低。
塑膠分類標誌中，低密度聚乙烯（LDPE）代碼是4。
線性低密度聚乙烯
線性低密度聚乙烯是通過在聚乙烯的主鏈上共聚一些具有短支鏈的共聚物生成的。
歷史
1898年，聚乙烯最早由德國化學家Hans von Pechmann在一次試驗事故中合成的。1933年，英國帝國化學公司的Eric Fawcett和Reginald Gibson在另外一次試驗事故中使用乙烯在高壓狀態下合成了聚乙烯。
1935年，ICI Chemicals公司的Michael Perrin發明了可控高壓聚乙烯合成方法。1939年，低密度聚乙烯開始使用高壓法工業化生產。1951年，Philips Petroleum公司的化學家Robert Banks和John Hogan發明了使用三氧化鉻作為催化劑的合成方法。
1953年，德國化學家卡爾·齊格勒發明了使用鹵化鈦作為催化劑的合成方法，這種催化劑稱為齊格勒-納塔催化劑。1976年，德國化學家Walter Kaminsky和Hansjörg Sinn發明了茂金屬催化劑。
生產與應用
聚乙烯產品通常摻加大量各種添加劑以抗氧化等環境因素破壞。聚乙烯還可以和一些人造橡膠產品混合在一起增加抗衝擊能力。
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PE膠製品 -
聚乙烯水箱 -
PE製品水馬 -
1963年的聚乙烯膠絲織網
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參考資料
- ^ Compendium of Polymer Terminology and Nomenclature - IUPAC Recommendations 2008 (PDF). [2018-08-28]. （原始內容 (pdf)存檔於2017-02-22）.
- ^ Batra, Kamal. Role of Additives in Linear Low Density Polyethylene (LLDPE) Films. 2014: 9 [16 September 2014]. （原始內容存檔於2014-12-05）.
- ^ poly(ethylene)_msds. [2019-05-13]. （原始內容存檔於2021-09-08）.
- ^ Wapler, M. C.; Leupold, J.; Dragonu, I.; von Elverfeldt, D.; Zaitsev, M.; Wallrabe, U. Magnetic properties of materials for MR engineering, micro-MR and beyond. JMR. 2014, 242: 233–242. Bibcode:2014JMagR.242..233W. PMID 24705364. arXiv:1403.4760
. doi:10.1016/j.jmr.2014.02.005.
參考文獻
- Piringer, Otto G.; Baner, Albert Lawrence. Plastic Packaging: Interactions with Food and Pharmaceuticals 2nd. Wiley-VCH. 2008 [2014-02-20]. ISBN 978-3-527-31455-3.
- Plastics Design Library. Handbook of Plastics Joining: A Practical Guide illustrated. William Andrew. 1997 [2014-02-20]. ISBN 978-1-884207-17-4. （原始內容存檔於2020-03-07）.
外部連結
- 《大英百科全書》中的條目：Polyethylene (chemical compound)（英文）
- Polythene's story: The accidental birth of plastic bags （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
- Polythene Technical Properties & Applications （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
- Article describing the discovery of Sphingomonas as a biodegrader of plastic bags （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館） Kawawada, Karen, Waterloo Region Record (22 May 2008).