聚乙烯
| 聚乙烯 | |
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| 首选IUPAC名 Polyethene、poly(methylene)[1] | |
| 别名 | Polyethene |
| 识别 | |
| 缩写 | PE |
| CAS号 | 9002-88-4 
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| PubChem | 6325 |
| ChemSpider | none |
| KEGG | C19503 |
| MeSH | Polyethylene |
| 性质 | |
| 化学式 | (C2H4)n |
| 密度 | 0.88–0.96 g/cm3[2] |
| 熔点 | 115-135 °C（253 K） |
| log P | 1.02620[3] |
| 磁化率 | −9.67×10−6 (HDPE, SI, 22°C) [4] |
| 若非注明，所有数据均出自标准状态（25 ℃，100 kPa）下。 | |
聚乙烯（英語：polyethylene，縮寫：PE）乃日常用度最廣之塑膠，舉凡膠袋、薄膜、桶具等，多由是製。觀乎當今全球塑膠廢物，聚乙烯亦佔其大宗。
分子結構
聚乙烯單體為乙烯（化學式C2H4），亦可視作兩兩相連之亞甲基（化學式CH2）。經聚合反應，所得聚乙烯之分子式為(C2H4)nH2。
性質
物理性質
聚乙烯質輕，密度介乎0.88至0.96 g/cm³之間，較水為輕。[5]其熔點因結晶度而異，高密度聚乙烯熔點範圍為132–135℃，低密度聚乙烯熔點較低（約112℃）且範圍較寬。[6]薄膜狀態下，聚乙烯尚稱透明；若為塊狀，則因內部晶體眾多，光線強烈散射而不透明。結晶程度受支鏈多寡左右，支鏈愈眾，結晶愈難。晶體熔化溫度亦隨支鏈而變，分佈於攝氏90至130度之間。高密度聚乙烯單晶，可藉溶解於攝氏130度以上之二甲苯製備。
聚乙烯乃非極性結晶型聚合物，內聚能密度偏低，常溫下不溶於任何已知溶劑；惟於攝氏70度以上，可略溶於甲苯、乙酸戊酯等。[6]其化學穩定性優異，能耐多數酸鹼侵蝕，唯硝酸與硫酸對其破壞較著；亦易受光氧化、熱氧化及臭氧分解影響，於紫外線下尤易降解。[6]電絕緣性能卓越，尤以高頻絕緣為佳。
化學性質
聚乙烯具備優良化學穩定性，室溫下能耐鹽酸、氫氟酸、磷酸、甲酸、胺類、氫氧化鈉、氫氧化鉀等多種化學物質。[6]然而，其對環境應力（化學與機械作用並行）相當敏感，耐熱老化性亦屬平平。[6]聚乙烯易燃，離火後仍持續燃燒，透水率低，但對有機蒸氣透過率則較大。[6]
分類
聚乙烯依密度、分子結構及生產工藝，可分為多類，機械性能隨支鏈程度、晶體結構及分子量而顯著不同：
- 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，或稱PE-WAX，聚乙烯蠟）
- 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，長鏈較多，密度高，多用於注塑、吹塑及擠出成型製品。
- 中密度聚乙烯（MDPE, Medium Density Polyethylene）
- 低密度聚乙烯（LDPE, Low Density Polyethylene）——以高壓法（147.17—196.2MPa）生產，支鏈較多，強度較低，多用以製造薄膜。
- 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）
- 生物基聚乙烯（Bio-based PE）——部分或全部碳源取自可再生生物質，化學性質與傳統聚乙烯無異，可作直接替代。
高密度聚乙烯
高密度聚乙烯通常以齊格勒-納塔催化劑聚合法製造，分子鏈無支鏈，排列規整，密度較高（0.940–0.976 g/cm³），結晶度高（85%–95%），故外觀不透明，硬度亦較高。[7]其耐水耐油性俱佳，攝氏100度以上始易變形，且耐酸耐鹼耐腐蝕，工業應用至為普遍。奶製品容器常用此種塑料。
高密度聚乙烯屬「熱塑性塑膠」（Thermoplastic），加熱達熔點即可回收再用。
塑膠分類標誌中，高密度聚乙烯（HDPE）代碼為2。
低密度聚乙烯
低密度聚乙烯多以高壓自由基聚合生成。[7]反應過程中之鏈轉移反應，使分子鏈生出眾多支鏈，妨礙整齊排布，故密度較低（0.910–0.925 g/cm³），結晶度亦低（45%–65%），透明度相對較高。[8]日常所用保鮮膜、膠袋等，多以此製。其質地甚軟，略帶黏性，耐油性及耐水性俱遜於HDPE。
低密度聚乙烯薄膜主要採擠出吹塑法與T模法生產，無毒無臭，厚度一般在0.02至0.1毫米之間，具良好耐水性、防潮性及化學穩定性，大量用於食品、藥品、日用品及金屬製品之一般防潮包裝，亦可用於冷凍食品包裝。唯其透氣率大，無保香性且耐油性差，不宜用於易氧化食品、風味食品及含油食品包裝；然而，透氣性佳之特性使其適用於蔬果保鮮包裝。[6]
塑膠分類標誌中，低密度聚乙烯（LDPE）代碼為4。
線性低密度聚乙烯
線性低密度聚乙烯（LLDPE）乃乙烯與少量高級α-烯烴（如丁烯-1、己烯-1、辛烯-1等）在催化劑作用下共聚而成。相較於LDPE，LLDPE分子結構更趨線性，抗拉強度、抗撕裂性及耐穿刺性均更見優越。[9]LLDPE薄膜厚度可減至LDPE薄膜之20%至25%，大幅降低成本。其應用範圍涵蓋食品保鮮膜、農業棚膜、工業薄膜及重包裝袋等。
歷史
聚乙烯最早於1898年由德國化學家漢斯·馮·佩希曼（Hans von Pechmann）在一次試驗意外中合成。[10]
1933年，英國帝國化學公司（ICI）之埃里克·福塞特（Eric Fawcett）與雷金納德·吉布森（Reginald Gibson）在另一次試驗事故中，以乙烯於高壓狀態合成聚乙烯。[11]1935年，ICI化學家邁克爾·佩林（Michael Perrin）發明可控之高壓聚乙烯合成法。1939年，低密度聚乙烯始以高壓法工業化生產，通稱高壓法。[11]
1951年，菲利浦石油公司（Philips Petroleum）之化學家羅伯特·班克斯（Robert Banks）與約翰·霍根（John Hogan）發明以三氧化鉻為催化劑之合成法。[9]
1953年，德國化學家卡爾·齊格勒（Karl Ziegler）領導之研究團隊發現，以TiCl₄-Al(C₂H₅)₃為催化劑，乙烯可在較低壓力下聚合。此法由聯邦德國赫斯特公司（Hoechst）於1955年投入工業化生產，通稱低壓法。[11]齊格勒與納塔（Giulio Natta）因高規整度結晶性聚烯烴之發明，共同獲頒1963年諾貝爾化學獎。[12]
1976年，德國化學家瓦爾特·卡明斯基（Walter Kaminsky）與漢斯約格·辛恩（Hansjörg Sinn）發明茂金屬催化劑，為聚乙烯生產技術再掀變革。[9]
生產與應用
聚乙烯乃全球產量最高之熱塑性聚合物，用途極為廣泛，主要用於製造薄膜、容器、管道、單絲、電線電纜及日用品等，並可作電視、雷達等之高頻絕緣材料。[6]聚乙烯產品通常添加多種助劑，如抗氧化劑、紫外線穩定劑等，以抵禦環境因素侵蝕；亦可與人造橡膠混煉，增進抗衝擊能力。
據統計，2023年全球聚乙烯產能達1.51億噸，產量為1.19億噸，產能利用率約77%。[13]同年全球聚乙烯市場規模約為1,027億美元。[14]
生產工藝上，聚乙烯分為高壓法、中壓法及低壓法三種。高壓法主要用於生產低密度聚乙烯；低壓法依實施方式可分為淤漿法、溶液法和氣相法，其中淤漿法主要生產高密度聚乙烯，而溶液法與氣相法兼具生產中、低密度聚乙烯之能力。[6]
添加劑
聚乙烯製品常添加多類助劑以提升性能。抗氧化劑可延緩塑料因氧化而分解，常用者有受阻酚類抗氧化劑如Irganox® 1010及Irganox® 3114等。[15]抗老化母料則用於降低聚乙烯因受熱氧化及紫外線光照引起之降解，顯著延長製品使用壽命，適用於LDPE、HDPE薄膜、片材、管材等製品。[16]
回收與循環經濟
高密度聚乙烯屬熱塑性塑膠，加熱達熔點即可回收再造。HDPE是塑膠原料回收市場增長最快之類別之一，主要回收方式為將約25%之消費後回收物（PCR）與純HDPE混合再加工，用於製造非直接接觸食物之瓶器。
然而，聚乙烯難以生物降解，乃全球塑膠廢物污染之主要來源。目前雖有研究顯示PE可被部分微生物降解，但完全降解之微生物或酶仍有待發掘。
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PE膠製品 -
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聚乙烯水箱 -
PE製品水馬 -
1963年的聚乙烯膠絲織網
環境影響
聚乙烯難以自然降解，在土壤中可能需要數百年甚至更長時間才能降解。[17]普通聚乙烯膠袋在堆填區中可存留200至500年之久。
聚乙烯焚化時，若燃燒完全，主要產生二氧化碳及水，不致釋出戴奧辛等持久性有機污染物。然而，若燃燒不完全，則可能釋出一氧化碳、揮發性有機化合物及微粒物質，對空氣質素及人體健康構成威脅。[17]是以，聚乙烯廢物之妥善管理，須以源頭減廢、回收再用為先，焚化及堆填為末。
參見
参考资料
- ^ Compendium of Polymer Terminology and Nomenclature - IUPAC Recommendations 2008 (PDF). [2018-08-28]. （原始内容 (pdf)存档于2017-02-22）.
- ^ Batra, Kamal. Role of Additives in Linear Low Density Polyethylene (LLDPE) Films. 2014: 9 [16 September 2014]. （原始内容存档于2014-12-05）.
- ^ poly(ethylene)_msds. [2019-05-13]. （原始内容存档于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.
- ^ 聚乙烯. 維基百科. [2026-05-16].
- ^ 6.0 6.1 6.2 6.3 6.4 6.5 6.6 6.7 6.8 塑料包裝薄膜：聚乙烯綜合詮釋. 中國塑膜網. 2011-10-08 [2026-05-16].
- ^ 7.0 7.1 淺談電線電纜工程師教你一文看懂聚乙烯材料分類. 北極星電力網. 2015-11-27 [2026-05-16].
- ^ LDPE、HDPE、LLDPE區別一覽表. 浙江塑料網. 2023-01-16 [2026-05-16].
- ^ 9.0 9.1 9.2 聚乙烯. 科普中國網. 2024-03-04 [2026-05-16].
- ^ Polyolefin. ScienceDirect. [2026-05-16].
- ^ 11.0 11.1 11.2 聚乙烯. GRID2008 數據庫平台. [2026-05-16].
- ^ The Nobel Prize in Chemistry 1963. NobelPrize.org. [2026-05-16].
- ^ PE供需分析及發展趨勢預測. 中國化工信息雜誌. 2024-06-21 [2026-05-16].
- ^ Global Polyethylene Market is Expected to be US$ 161.08 billion by 2032. Yahoo Finance. 2024-07-24 [2026-05-16].
- ^ 助劑顏料應用技術供應商. 青島賽諾. 2022-03-04 [2026-05-16].
- ^ 抗老化母料. CHINAPLAS. [2026-05-16].
- ^ 17.0 17.1 俄研發聚乙烯廢料處理新技術，塑料垃圾有望變廢為寶. 科普中國網. 2025-08-26 [2026-05-16].
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. （原始内容存档于2020-03-07）.
外部連結
- 《大英百科全书》中的条目：Polyethylene (chemical compound)（英文）
- Polythene's story: The accidental birth of plastic bags （页面存档备份，存于互联网档案馆）
- Polythene Technical Properties & Applications （页面存档备份，存于互联网档案馆）
- Article describing the discovery of Sphingomonas as a biodegrader of plastic bags （页面存档备份，存于互联网档案馆） Kawawada, Karen, Waterloo Region Record (22 May 2008).
