"สามพี่น้อง" ในอุตสาหกรรมพลาสติก: LDPE, HDPE และ LLDPE แตกต่างกันอย่างไรกันแน่?
คุณเคยเจอสถานการณ์แบบนี้ไหม: เวลาไปซื้อพลาสติกห่ออาหารในซูเปอร์มาร์เก็ต คุณจะเห็นคำว่า "Made of LDPE" พิมพ์อยู่บนบรรจุภัณฑ์ ส่วนกล่องเก็บของ คุณจะเห็นฉลากเขียนว่า "Made of HDPE" และถุงขยะจะมีเครื่องหมาย "Made of LLDPE"... เมื่อเห็นตัวย่อที่คล้ายกันเหล่านี้ คุณรู้สึกสับสนไหม? อะไรคือสิ่งที่ทำให้พวกมันแตกต่างกัน? ทำไมผลิตภัณฑ์พลาสติกบางชนิดถึงนุ่มและโปร่งใส ในขณะที่บางชนิดกลับแข็งและทนทาน?
วันนี้เราจะมาพูดถึงสามพี่น้องในอุตสาหกรรมพลาสติก ได้แก่ โพลีเอทิลีนความหนาแน่นต่ำ (LDPE), โพลีเอทิลีนความหนาแน่นสูง (HDPE) และโพลีเอทิลีนความหนาแน่นต่ำเชิงเส้น (LLDPE) แม้ว่าทั้งหมดจะอยู่ในตระกูลโพลีเอทิลีน แต่ก็มีคุณสมบัติที่แตกต่างกันอย่างมาก
ก่อนอื่น เรามาพูดถึงวิธีการผลิตกันก่อน
โพลีเอทิลีน (PE) เป็นเรซินเทอร์โมพลาสติกที่ได้จากการพอลิเมอไรเซชันของเอทิลีน กล่าวโดยง่ายคือ ประกอบด้วยโมเลกุลเอทิลีนขนาดเล็กจำนวนนับไม่ถ้วนที่เชื่อมต่อกันเป็นสายโซ่โมเลกุลขนาดใหญ่ มีคุณสมบัติปลอดสารพิษ ไม่มีกลิ่น และมีลักษณะคล้ายขี้ผึ้ง ทนทานต่ออุณหภูมิต่ำได้ดีเยี่ยม โดยยังคงคุณสมบัติไว้ได้แม้ในอุณหภูมิต่ำถึง -100°C
ในปี ค.ศ. 1933 นักวิทยาศาสตร์ที่บริษัท Imperial Chemical Industries (ICI) ในสหราชอาณาจักรได้ค้นพบพอลิเอทิลีนโดยบังเอิญระหว่างการทดลอง ตลอดระยะเวลาเกือบหนึ่งร้อยปีนับจากนั้น พอลิเอทิลีนได้พัฒนาไปเป็นตระกูลที่หลากหลาย ซึ่ง LDPE, HDPE และ LLDPE เป็นสามชนิดที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุด
กล่าวโดยสรุป ความแตกต่างที่สำคัญที่สุดของพวกมันอยู่ที่โครงสร้างโมเลกุลและความหนาแน่น
LDPE: พี่ชายคนโตที่อ่อนนุ่มและยืดหยุ่น
LDPE หรือที่รู้จักกันในอุตสาหกรรมว่าโพลีเอทิลีนความดันสูง ผลิตขึ้นโดยกระบวนการพอลิเมอไรเซชันความดันสูง มีความหนาแน่นอยู่ในช่วง 0.910 ถึง 0.940 กรัม/ซม³ ทำให้เป็นโพลีเอทิลีนชนิดที่เบาที่สุดในตระกูลโพลีเอทิลีน
โครงสร้างโมเลกุลของมันมีความโดดเด่น: สายโซ่พอลิเมอร์หลักมีสายโซ่แตกแขนงจำนวนมาก โดยประมาณ 20 ถึง 30 แขนงของเอทิล บิวทิล หรือแขนงที่ยาวกว่านั้น จะมีต่อคาร์บอนอะตอม 1,000 อะตอม แขนงเหล่านี้มีลักษณะคล้ายกิ่งไม้ที่ไม่เป็นระเบียบ ทำให้การเรียงตัวของโมเลกุลไม่เป็นระเบียบ ส่งผลให้มีความเป็นผลึกต่ำเพียง 50% ถึง 55%
ด้วยโครงสร้างโมเลกุลที่หลวม ทำให้ LDPE มีคุณสมบัติที่นุ่มนวล โปร่งใส และยืดหยุ่นเป็นพิเศษ จุดอ่อนตัวอยู่ที่ 90–100°C โดยมีอุณหภูมิใช้งานสูงสุดที่ 80–90°C ทำให้เป็นวัสดุที่ทนความร้อนได้น้อยที่สุดในบรรดาวัสดุทั้งสามชนิด อย่างไรก็ตาม มันมีความทนทานต่ออุณหภูมิต่ำเป็นพิเศษและยังคงความยืดหยุ่นได้แม้ที่อุณหภูมิ -70°C
ข้อดีหลักของ LDPE ได้แก่ ความโปร่งใสสูง ความสามารถในการขึ้นรูปที่ดีเยี่ยม ปลอดสารพิษ และไม่มีกลิ่น นอกจากนี้ยังมีความเสถียรทางเคมีที่ดี ทนต่อการกัดกร่อนจากกรดและด่างส่วนใหญ่ รวมถึงคุณสมบัติเป็นฉนวนไฟฟ้าที่เหนือกว่า
ข้อเสียของมันก็เด่นชัดไม่แพ้กัน คือ มีความแข็งแรงเชิงกลค่อนข้างต่ำ และคุณสมบัติในการกันความชื้น กันก๊าซ และทนต่อตัวทำละลายก็ด้อยกว่าโพลีเอทิลีนอีกสองเกรด
นำไปใช้ในด้านใดบ้าง?
ฟิล์มเป็นตลาดที่ใหญ่ที่สุดของ LDPE โดยใช้ประมาณ 77% ของผลผลิตทั้งหมด ถุงประคบสดและพลาสติกห่ออาหารส่วนใหญ่ที่คุณใช้ในชีวิตประจำวันทำจาก LDPE นอกจากนี้ยังมีการนำไปใช้กันอย่างแพร่หลายในฟิล์มสำหรับเรือนกระจกทางการเกษตรและฟิล์มคลุมดิน ยิ่งไปกว่านั้น LDPE ยังใช้เป็นสารเคลือบสำหรับกล่องนมและชั้นฉนวนของสายไฟและสายเคเบิลอีกด้วย
ที่น่าสนใจคือ ฟิล์ม LDPE กันน้ำได้แต่ก็ยอมให้อากาศผ่านได้ หากคุณใส่ปลาทองลงในถุงฟิล์ม LDPE ที่ปิดสนิท ปลาจะไม่หายใจไม่ออกเพราะออกซิเจนสามารถผ่านฟิล์มได้
HDPE: น้องชายคนรองที่แข็งแรงและทนทาน
HDPE หรือที่รู้จักกันในชื่อโพลีเอทิลีนความดันต่ำ เป็นพอลิเมอร์ที่ผ่านกระบวนการพอลิเมอไรเซชันภายใต้ความดันต่ำโดยใช้ตัวเร่งปฏิกิริยา Ziegler มีความหนาแน่น 0.940–0.976 กรัม/ซม³ ซึ่งสูงที่สุดในบรรดาวัสดุทั้งสามชนิด
HDPE มีโครงสร้างโมเลกุลเป็นสายตรงโดยมีกิ่งก้านสาขาน้อยมาก โดยเฉลี่ยแล้วจะมีกิ่งก้านสาขาเพียงไม่กี่กิ่งต่ออะตอมคาร์บอน 1,000 อะตอม โครงสร้างที่เป็นระเบียบนี้ช่วยให้โมเลกุลเรียงตัวได้อย่างเป็นระเบียบ ส่งผลให้มีความเป็นผลึกสูงถึง 85% ถึง 95% ซึ่งเป็นค่าสูงสุดในบรรดาเกรดทั้งสามชนิด
ความเป็นผลึกสูงทำให้ HDPE มีความแข็งแรงสูง ความแข็งแกร่งดีเยี่ยม ความแข็งสูง และทนความร้อนได้ดีเยี่ยม จุดอ่อนตัวอยู่ในช่วง 125°C ถึง 135°C และอุณหภูมิใช้งานสูงสุดสามารถสูงถึง 100°C ดังนั้นผลิตภัณฑ์ที่ทำจาก HDPE จึงสามารถฆ่าเชื้อด้วยน้ำเดือดได้
ในแง่ของคุณสมบัติเชิงกล HDPE เหนือกว่า LDPE ในด้านความแข็ง ความแข็งแรงดึง และความต้านทานการคืบตัว อีกทั้งยังมีความต้านทานการสึกหรอที่ดี นอกจากนี้ยังมีความเสถียรทางเคมีที่โดดเด่น กล่าวคือ ไม่ละลายในตัวทำละลายอินทรีย์ใดๆ ที่อุณหภูมิห้อง ทนต่อการกัดกร่อนจากกรด ด่าง และเกลือ และยังสามารถทนต่อการกัดเซาะจากสารออกซิไดซ์ที่รุนแรงได้อีกด้วย
ข้อเสียของมันคือ ประสิทธิภาพในการต้านทานการเสื่อมสภาพและความต้านทานต่อการแตกร้าวจากความเครียดทางสิ่งแวดล้อมด้อยกว่า LDPE นอกจากนี้ การเกิดออกซิเดชันจากความร้อนจะทำให้คุณสมบัติของมันเสื่อมลง
HDPE ถูกนำไปใช้ในด้านใดบ้าง?
HDPE เป็นพลาสติกที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดสำหรับขวด ถัง และกระป๋องทุกชนิด ขวดแชมพู ถังใส่ผงซักฟอก และขวดนมจำนวนมากที่ใช้ในบ้านก็ผลิตด้วยวิธีการเป่าขึ้นรูปจาก HDPE
นอกจากนี้ HDPE ยังถูกนำไปใช้อย่างแพร่หลายในการผลิตท่อ รวมถึงท่อน้ำประปาและท่อส่งก๊าซ เนื่องจากมีคุณสมบัติทนแรงดันและทนการกัดกร่อน จึงเป็นวัสดุที่นิยมใช้สำหรับเครือข่ายท่อใต้ดิน อีกทั้งยังใช้กันอย่างแพร่หลายในกล่องบรรจุภัณฑ์ พาเลท สายไฟ และสายเคเบิล
ผลิตภัณฑ์ HDPE มีลักษณะสีขาวขุ่น โปร่งแสงเล็กน้อยเมื่อหั่นเป็นชิ้นบางๆ และแข็งกว่า LDPE มาก ไม่สามารถเสียรูปทรงได้ง่ายแม้จะถูกบีบอย่างแรง
LLDPE: น้องชายคนเล็กที่มากความสามารถรอบด้าน
โพลีเอทิลีนความหนาแน่นต่ำเชิงเส้น (LLDPE) เป็นพอลิเมอร์ที่อายุน้อยที่สุดในบรรดาพี่น้องทั้งสาม โดยปรากฏขึ้นในช่วงปลายทศวรรษ 1970 และต้นทศวรรษ 1980 เป็นโคพอลิเมอร์ที่เกิดจากการพอลิเมอไรเซชันของเอทิลีนและอัลฟาโอเลฟินส์จำนวนเล็กน้อย (เช่น 1-บิวทีน, 1-เฮกซีน, 1-ออกทีน เป็นต้น) ภายใต้การทำงานของตัวเร่งปฏิกิริยา โดยมีความหนาแน่นอยู่ในช่วง 0.915 ถึง 0.940 กรัม/ซม³
LLDPE มีโครงสร้างโมเลกุลที่โดดเด่น โดยมีสายโซ่หลักเป็นเส้นตรงโดยไม่มีกิ่งก้านสาขายาว แต่มีกิ่งก้านสาขาสั้นจำนวนเล็กน้อย การไม่มีกิ่งก้านสาขายาวทำให้มีผลึกสูงกว่า LDPE ส่งผลให้มีคุณสมบัติอยู่ระหว่าง HDPE และ LDPE โดยรวมเอาข้อดีของวัสดุทั้งสองเข้าไว้ด้วยกัน กล่าวโดยง่าย LLDPE มีความยืดหยุ่นของ LDPE และมีความแข็งแรงของ HDPE นอกจากนี้ยังมีความทนทานต่อการฉีกขาด การเจาะ และการแตกร้าวจากความเครียดทางสิ่งแวดล้อมได้อย่างดีเยี่ยม
เมื่อเปรียบเทียบกับ LDPE แล้ว LLDPE มีความแข็งแรงสูงกว่า เหนียวแน่นกว่า แข็งแกร่งกว่า และทนต่อความร้อนและอุณหภูมิต่ำได้ดีกว่า เมื่อเทียบกับ HDPE แล้ว LLDPE ยังคงมีความยืดหยุ่นที่ดี ด้วยประสิทธิภาพโดยรวมที่สมดุล LLDPE จึงสามารถนำไปใช้ในเกือบทุกภาคส่วนของตลาดที่ใช้ LDPE และ HDPE ได้
LLDPE ใช้ในงานอะไรบ้าง?
ฟิล์มเป็นอีกหนึ่งการใช้งานที่ใหญ่ที่สุดของ LLDPE และมีประสิทธิภาพดีเยี่ยมในสถานการณ์ที่ต้องการความแข็งแรงสูง เช่น ฟิล์มยืดสำหรับห่อสินค้าและฟิล์มบรรจุภัณฑ์สำหรับงานหนัก ฟิล์มยืดที่ห่อพัสดุของคุณส่วนใหญ่มักทำจาก LLDPE เพราะมีคุณสมบัติทนทานต่อการเจาะทะลุและยืดหยุ่นได้ดีเยี่ยม สามารถห่อหุ้มกล่องได้อย่างแน่นหนา
ปัจจุบัน LLDPE ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในฟิล์มสำหรับเรือนกระจกทางการเกษตรด้วยเช่นกัน ความแข็งแรงเชิงกลสูงทำให้สามารถผลิตฟิล์มที่มีความหนาน้อยลง ในขณะที่ยังคงให้การส่งผ่านแสงที่ดีกว่า นอกจากนี้ LLDPE ยังถูกนำไปใช้ในผลิตภัณฑ์ขึ้นรูปด้วยการฉีด สายไฟและสายเคเบิล ท่อพลาสติก และสาขาอื่นๆ อีกด้วย
จะแยกแยะพลาสติกทั้งสามประเภทนี้ได้อย่างไร?
หากคุณมีชิ้นส่วนพลาสติกที่ไม่มีฉลาก คุณจะระบุประเภทของมันได้อย่างไร?
เมื่อสัมผัสด้วยมือ: LDPE นุ่มที่สุด มีลักษณะคล้ายขี้ผึ้ง และมีความโปร่งใสค่อนข้างดี; LLDPE แข็งกว่าเล็กน้อยและมีพื้นผิวมันเงา; HDPE แข็งที่สุด งอได้ยากแม้จะใช้แรง และมีลักษณะเป็นสีขาวขุ่นและทึบแสง
การทดสอบการเผาไหม้ (ไม่แนะนำให้เผาเล่นๆ): LDPE จะไหม้ด้วยเปลวไฟสีเหลืองด้านบนและเปลวไฟสีน้ำเงินด้านล่าง ไม่ปล่อยควัน และมีกลิ่นเหมือนขี้ผึ้งพาราฟิน มันละลาย หยด และดึงเส้นใยได้ง่าย HDPE จะไหม้ในลักษณะเดียวกัน แต่ทนต่อการเผาไหม้มากกว่า
ความทนทานต่ออุณหภูมิ: LDPE จะอ่อนตัวและเสียรูปในน้ำเดือด; HDPE สามารถทนต่อการฆ่าเชื้อด้วยน้ำเดือดได้; ส่วน LLDPE อยู่ระหว่างสองชนิดนี้
แต่ละอย่างมีบทบาทของตนเองในชีวิตประจำวัน
หลังจากเรียนรู้ลักษณะเฉพาะของโพลีเอทิลีนทั้งสามเกรดแล้ว คุณจะสามารถระบุผลิตภัณฑ์พลาสติกในชีวิตประจำวันได้อย่างง่ายดาย:
ถุงขยะ: ส่วนใหญ่ทำจาก LDPE หรือ LLDPE มีราคาถูก นุ่ม และเหมาะสมกับการใช้งาน ถุงขยะที่แข็งเกินไปจะผูกปากถุงได้ยาก
ถุงช้อปปิ้งในซูเปอร์มาร์เก็ต: ในอดีต LDPE ถูกใช้กันอย่างแพร่หลาย ปัจจุบัน การผสมผสานระหว่าง LLDPE และ LDPE กำลังเป็นที่นิยมมากขึ้น เพื่อเพิ่มความแข็งแรงพร้อมทั้งลดความหนาของฟิล์มเพื่อลดปริมาณพลาสติก
ขวดแชมพูและถังใส่ผงซักฟอก: เกือบทั้งหมดผลิตจาก HDPE ซึ่งมีคุณสมบัติแข็งแรง ทนทานต่อการกัดกร่อน และป้องกันการรั่วซึมได้ดี
ฟิล์มพลาสติกและถุงรักษาความสด: ส่วนใหญ่ทำจาก LDPE ซึ่งมีคุณสมบัติเด่นคือความโปร่งใส ความนุ่ม และการยึดเกาะที่ดีเยี่ยม
ฟิล์มยืดสำหรับห่อสินค้าด่วนและฟิล์มบรรจุภัณฑ์สำหรับงานหนัก: LLDPE เป็นวัสดุหลัก ซึ่งมีคุณสมบัติเด่นด้านความแข็งแรงทนทานต่อแรงดึงและการเจาะทะลุ
ฟิล์มสำหรับเรือนกระจกทางการเกษตร: ปัจจุบันผู้ผลิตนิยมใช้ LLDPE หรือส่วนผสมของ LDPE-LLDPE เพื่อให้ได้ความสมดุลระหว่างความแข็งแรงเชิงกลและความสามารถในการแปรรูป
ท่อส่งน้ำและท่อส่งก๊าซ: HDPE เป็นตัวเลือกที่ดีที่สุด เนื่องจากสามารถทนต่อแรงดันและการกัดกร่อนได้ดี และมีอายุการใช้งานยาวนานหลายสิบปี
