پلی اتیلن چیست؟ (Polyethylene – PE)

پلی‌اتیلن‌ها از خانواده‌  گرمانرم‌ها هستند و با روش پلیمریزاسیون گاز اتیلن (C2H4)به وجود می آیند. با استفاده از روش کاتالیز و پلیمریزاسیون یک ماده می‌توان خاصیت های متفاوتی همانند:

  1. چگالی
  2. شاخص جریان مذاب (MFI)
  3. بلورینگی
  4. درجه شاخه‌ای و شبکه‌ای شدن
  5. وزن مولکولی و توزیع وزن مولکولی را در آنها کنترل کرد.

پلیمرهایی با وزن مولکولی پائین را به عنوان رقیق کننده (Lubricant) به کار برده می شود. در نهایت پلیمرهایی با وزن

مولکولی بسیار بالاتر از ۶۰۰۰ در صنعت پلاستیک بالاترین میزان استفاده را به خود اختصاص می‌دهند.

پلی اتیلن دارای ساختارکاملا ساده‌ای است،و از تمام پلیمرهای تجاری ساختار ساده تری است. مولکول پلی اتیلندارای

زنجیره  بلندی از اتم‌های کربن است که به هریک از اتم های کربن دو اتم هیدروژن وصل شده‌ است.

تاریخچه تولید پلی اتیلن

پلی اتیلن برای اولین بار به طورکاملا اتفاقی توسط شیمیدان آلمانی “Hans Von Pechmanv” سنتز شد.

وی در سال ۱۸۹۸ زمان گرما دادن به  دی آزومتان ، ترکیب موم مانند سفید رنگی را سنتز کرد که بعدها به  پلی اتیلن شهرت یافت.

اولین روش سنتز صنعتی پلی اتیلن بطور کاملا اتفاقی توسط  این دو دانشمند”ازیک ناوست” و “رینولرگیسون” انجام گرفت.

این دانشمندان با حرارت دادن به مخلوط اتیلن و بنزالدئید در فشارهای بالا ، ماده‌ای مومی شکل بدست آوردند.

دلیل این واکنش وجود ناخالصی‌های اکسیژن‌دار در دستگاه‌های مورد مصرف بود که به عنوان ماده شروع کننده واکنش پلیمریزاسیون عمل می کرد.

در سال ۱۹۳۵ “مایکل پرین” از دیگر از دانشمندهای ICI این شیوه را توسعه داد و تحت فشارهای  بالا پلی‌اتیلن را سنتز کرد که این روشی  برای تولید صنعتی LDPE در سال ۱۹۳۹ شد.

این کاتالیزورها در حالت ملایم‌تری نسبت به کاتالیزورهای فیلیپس مورد استفاده بودند وهمین طور پلی اتیلن آرایشی با ساختارکاملا منظم تولید می‌کردند. سومین نوع سیستم های کاتالیزوری استفاده از ترکیبات متالوسن بود که در سال ۱۹۷۶ در آلمان توسط “والتر کامینیکی” و “هانس ژوژسین” ابداع شد. کاتالیزورهای زیگلر و متالوسن از لحاظ کاربرد.

بسیار انعطاف‌پذیر هستند و در فرآیند کوپلیمریزاسیون اتیلن با دیگراولفین‌ها که اساس و پایه تولید پلیمرهای مهمی مانند VLDPE و LLDPE و MDPE هستند، مورد استفاده قرار می‌گیرند.

به تازگی کاتالیزوری از خانواده متالوین‌ها با قابلیت استفاده بسیار بالا برای پلیمریزاسیون پلی اتیلن با نام زیرکونوسن دی کلرید تولید شده که امکان تولید پلیمر با ساختاری بلورین را به ما می‌دهد.

ضمنا نوع دیگری از کاتالیزورها به عنوان کمپلکس ایمینوفتالات با فلزات گروه ششم مورد استفاده قرار گرفته که کاربرد بسیار بالاتری نسبت به متالوسن‌ها نشان می‌دهند.

کاربرد انواع کاتالیزورها در سنتز پلی‌اتیلن

از رویداد های مهم در سنتز پلی اتیلن ، کشف چندین کاتالیزور جدید بود که پلیمریزاسیون اتیلن را در دما و فشار پایین تری نسبت به دیگر  روش‌ها امکان‌پذیر می‌کرد.

اولین کاتالیزور کشف شده در این زمینه تری اکسید کروم بود که در ۱۹۵۱ ، “روبرت بانکس” و “جان هوسن” در شرکت فیلیپس تپرولیوم این رویداد را کشف کردند. در ۱۹۵۳ ، “کارل زیگلر” شیمیدان آلمانی سیستم‌های کاتالیزور شامل هالیدهای تیتان و ترکیبات آلی آلومینیوم‌دار را به شدت گسترش داد.

پلی اتیلن یا پلی اتن از ارزانترین و ساده‌ترین  پلیمرها است. پلی اتیلن جامد مومی شکل  و غیر فعال است. این واکنش از پلیمریزاسیون اتیلن بدست می‌آید و به صورت مختصر بصورت PE نشان داده می‌شود. مولکول اتیلن دارای یک پیوند دو گانه C=C است. در فرآیند پلیمریزاسیون بند دو گانه هر یک از مونومرها شکسته شده و به جای آن پیوند ساده‌ بین اتم‌های کربن و مونومرها ایجاد می‌شود و محصول ایجاد شده یک ‌مولکول کاملا درشت است.

یک مولکول پلی اتیلن زنجیر بلندی از اتم‌های کربن (c) است که به هر اتم کربن دو اتم هیدروژن وصل شده ‌است.

بعضی مواقع به جای اتم‌های هیدروژن در مولکول (پلی اتیلن)، یک زنجیر بلند از اتیلن به اتم‌های کربن متصل می‌شود که به آنها پلی اتیلن شاخه‌ای یا پلی اتیلن سبک (LDPE) می‌گویند؛

زیرا چگالی این مواد به علت داشتن حجم بالا، کاهش محسوسی یافته ‌است. در این نوع پلی اتیلن مولکولهای اتیلن به صورت اتفاقی به یکدیگر متصل می‌شوند و اشکال نا منظمی را ایجاد می‌کنند.

چگالی این مواد اکثرا بین ۹۱۰/۰ تا ۹۲۵/. است و تحت فشار و دمای بالا و غالبا با استفاده از پلیمریزاسیون رادیکال‌های آزاد  (Free radical polymerization) تولید می‌شود. البته برای تهیهٔ این مواد می‌توان از پلیمریزاسیون زیگلر ناتا (Ziegler-Natta polymerization) نیزبهره برد.

راه های شناسایی  :

مهم‌ترین ویژگی‌های درونی پلی اتیلن‌های تجاری برای کاربردهای اصلی که میتواند به عنوان روش شناسایی بکار روند  عبارت‌اند از:

۱ – چگالی:

چگالی انواع پلی اتیلن‌ها در محدودهٔ ۹۱۰/۰ تا ۹۶۵/۰ است و علت این که آن را تا سه رقم اعشار ادامه میدهند این است که ۰۰۳/۰ تغییر در چگالی سبب تغییر قابل ملاحظه ای در ویژگی‌های ماده می‌شود.

به طور کلی با افزایش چگالی، خطی بودن، سفتی، استحکام کششی، استحکام پارگی، دمای نرم شدن، شکنندگی، عمر خمشی، استحکام پارگی,  تمایل به ترک برداشتن افزایش می‌یابد. پلی اتیلن‌ها بسته به چگالی، به چهار گونه پلی اتیلن با چگالی ناچیز(LDPE)، پلی اتیلن با چگالی پایین خطی (LLDPE)، پلی اتیلن با چگالی متوسط (MDPE) و پلی اتیلن با چگالی زیاد  (HDPE) تقسیم می‌شوند.

۲- نمایهٔ مذاب :

کاربردی‌ترین نشانهٔ ارتباط دهندهٔ ویژگی‌های پلی اتیلن با توجه به وزن مولکولی است. نمایهٔ مذاب وزن به گرم  ,  پلی اتیلنی است که در مدت زمان ده دقیقه از بین روزنهٔ ثابت در دمای ۱۹۰ درجه سانتیگراد بیرون می‌آید، و این در صورتی امکان پذیر است که وزنهٔ استانداردی روی پیستون محفظهٔ رانش که شامل سه گرم پلی اتیلن است، قرار دارد.

نمایهٔ مذاب نسبت معکوس با گرانروی مذاب دارد. به این علت با افزایش وزن مولکولی متوسط ، کاهش می‌یابد. نمایهٔ مذاب بیشتر، نمایش دهندهٔ روان بودن  بیشتر در دماهای فرآوری است.

این نماد در واقع برای نشان دادن ویژگی‌های روان بودن به عنوان معیاری از قابلیت اکسترود شدن است. به طور کلی با افزایش نمایهٔ مذاب ،استحکام کششی ، مقاومت پارگی، دمای نرم شدن و چقرمگی پلی اتیلن کاهش محسوسی می‌یابد.

۳-  توزیع وزن مولکولی:

توزیع وزن مولکولی (Mw/Mn) نیز اثر زیادی بر روی ویژگی ها دارد. با افزایش نسبت(  Mw/Mn ) استحکام کششی، دمای ذوب شدگی و چقرمگی کاهش می‌یابد و شکنندگی و تمایل به ترک برداشتن افزایش می‌یابد.

انواع پلی اتیلن

طبقه‌بندی پلی اتیلن‌ها بر اساس دانسیته (چگالی) این مواد صورت می‌گیرد که در مقدار دانسیته طول زنجیره پلیمری, نوع و تعداد شاخه‌های موجود در زنجیر دخالت دارد.

HDPE پلی‌اتیلن با دانسیته بالا

پلی‌اتیلن دارای زنجیر پلیمری بدون شاخه است در حالی که نیروی بین مولکولی در زنجیرها بالا و استحکام کششی آن بیشتر از بقیه پلی اتیلن‌ها است. شرایط واکنش و نوع کاتالیزور مورد مصرف در تولید پلی اتیلن    HDPE  کاملا موثر است. برای تولید پلی‌اتیلن بدون شاخه اکثرا از روش پلیمریزاسیون با کاتالیزور زیگلر- ناتا استفاده می‌شود.

LDPE پلی‌اتیلن با دانسیته پایین

گاهی به جای اتم‌های هیدروژن در مولکول(پلی اتیلن)، یک زنجیر بلند از اتیلن به اتم‌های کربن متصل می‌شود که به آنها پلی اتیلن شاخه‌ای یا پلی اتیلن سبک (LDPE) می‌گویند؛

چون چگالی آن به علت اشغال حجم بسیار بیشتر، کاهش یافته‌است. در این نوع پلی اتیلن مولکولهای اتیلن به شکل تصادفی به یکدیگر متصل می‌شوند و شکل بسیار نامنظمی را ایجاد می‌کنند. چگالی آن بین ۹۱۰/۰ تا ۹۲۵/. است و تحت فشار و دمای بسیار بالا و اغلب با استفاده از پلیمریزاسیون رادیکال‌های آزاد وینیلی (Free radical polymerization) تولید می‌شود. البته برای تهیهٔ آن می‌توان از پلیمریزاسیون زیگلر ناتا (Ziegler-Natta polymerization) نیز استفاده کرد. از خصوصیات مهم این نوع پلیمر ، انعطاف‌پذیری بالا است.

این نوع پلی‌ اتیلن دارای زنجیری شاخه‌دار است بنابراین زنجیرهای LDPE نمی‌توانند پیوند خوبی با یکدیگر برقرار کنند و دارای نیروی بین مولکولی ضعیف و استحکام کششی پایینی است.

LLDPE پلی اتیلن خطی با دانسیته پایین

زمانی که هیچ شاخه‌ای در مولکول وجود نداشته باشد آن را پلی اتیلن خطی می‌نامند. پلی اتیلن خطی مستحکم تر از پلی اتیلن شاخه‌ای است اما پلی اتیلن شاخه‌ای ارزانتر و  ساده تر ساخته می‌شود.

شکل ظاهری این پلیمر کاملا کریستالی شکل است. پلی اتیلن خطی محصولی نرمال با وزن مولکولی ۲۰۰۰۰۰-۵۰۰۰۰۰ است که آن را تحت فشار و دماهای نسبتاً پائین پلیمریزه می‌کنند. چگالی این ماده بین ۹۴۱/۰ تا ۹۶۵/۰ است و بیشتر به وسیلهٔ فرایند مشکلی که پلیمریزاسیون زیگلر ناتا نامیده می‌شود، تهیه می‌کنند. MDPEپلی اتیلن با دانسیته متوسط است.

UHMWPE 

پلی اتیلن با وزن مولکولی بین ۳ تا ۶ میلیون را پلی اتیلن با وزن مولکولی بسیار بالا یا UHMWPE می‌نامند و با پلیمریزاسیون کاتالیست متالوسن تولید می‌کنند.

مادهٔ مزبور فرآیند پذیری مشکل تری برخوردار بوده در حالی که خواص مواد عالی را داراست . هنگامی که از طریق تشعشع یا استفاده از مواد افزودنی شیمیایی، این پلیمر کاملا شبکه‌ای شود، پلی اتیلن یاد شده دیگر گرما نرم نخواهد بود.

این ماده با پخت در زمان قالب گیری یا بعد از آن حالت گرما سخت واقعی با استحکام کششی، خواص الکتریکی و استحکام ضربهٔ خوب در دامنهٔ وسیعی از دماها خواهد بود. که از آن برای ساخت فیبرهای کاملا قوی استفاده می‌کنند برای این که جایگزین کولار (نوعی پلی آمید) در جلیقه‌های ضد گلوله کنند؛

و به این ترتیب صفحات بزرگ آن را می‌توان به جای زمین‌های اسکیت یخی استفاده کرد.

پلی‌اتیلن کاربرد فراوانی در ساخت انواع لوازم پلاستیکی مورد استفاده در آشپزخانه و صنایع غذایی دارد. از LDPE در تولید ظروف پلاستیکی سبک و همچنین کیسه‌های پلاستیکی نیزاستفاده می‌شود.

HDPE ، در تولید ظروف شیر , مایعات و انواع وسایل پلاستیکی آشپزخانه کاربرد دارد. در تولید لوله‌های پلاستیکی و اتصالات لوله‌کشی معمولا از MDPE استفاده می‌کنند.

LLDPE  به دلیل بالا بودن میزان انعطاف‌پذیری در تهیه انواع وسایل پلاستیکی منعطف  مانند لوله‌هایی با قابلیت خم شدن کاربرد دارد. اخیرا پژوهش‌های فراوانی درزمینه تولید پلی اتیلن‌هایی با زنجیر بلند و شاخه‌های کوتاه انجام شده است.

این نوع پلی اتیلن‌ها در اصل HDPE با تعداد محدودی  شاخه‌های جانبی هستند. این پلی اتیلن‌های ترکیبی ، استحکام HDPE و انعطاف‌پذیری LDPE را دارا هستند.

روش  پلیمریزاسیون : دارای  زنجیر رادیکالی آزاد هستند

‌شناسی از روی ظاهر : بسیار بلورین(پلی اتیلن خطی)، بی نظم(آمورف ها) که درصد تبلور پایین دارند (پلی اتیلن شاخه‌ای)

دمای ذوب شدن : در حدود ۱۲۰-۱۳۰ درجه سانتیگراد

دمای انتقال  : در حدود ۸۰- درجه سانتیگراد( با توجه به درصد تبلور پلیمر تغییر می‌کند)

راه کار های شناسایی:

پلی اتیلن، جامد و موم مانند، که از نظر شیمیایی بلا اثر است. در درجه حرارت محیط در هیچ نوع حلالی حل نمی شود و فقط به وسیله برخی هیدروکربن ها و تتراکلرید کربن متورم می شود. همچنین در مقابل اسیدها و بازها مقاومت خوب و مناسبی دارد اما اسیدنیتریک غلیظ روی آن تاثیرمی گذارد.

پلی اتیلن در مجاورت با نور و اکسیژن به مرورزمان  فرسوده می شود. محلول و یا سوسپانسیون های پلی اتیلن در تتراکلرید کربن می توانند در درجه حرارت خاصی کلردار شوند و یک محلول نرم و الاستیکی را به وجود آوردند.

کاربردهای پلی اتیلن

حمل و نقل : باک بنزین های خودرو

بسته بندی : محصولات بسته بندی, صلب و سخت ( rigid) و نیمه سخت, فیلم ها ی بسته بندی  .

کالاهای مصرفی : کالاهای خانگی ، درب های بطری ،اسباب بازیها ،بطریهایی که به طریقه بادی قالب گیری می شون ، ظروف آشپزخانه

لوازم خانگی : اثاثیه گردش صحرایی در هوای آزاد و آبیاری ،مخازن قابل حمل ، اسباب

صنعتی : لوله ها ،اتصالات ،سطلها ، مخازن ، تجهیزات فرایندی و کالاها و قطعات سخت افزاری ویژه صنعت ساختمان

کالاهای الکتریکی  کمپاند پلی اتیلن کاربرد آن تولید کابل های برق می باشد.

کاربردهای طبی : محصولات بهداشتی ، سینی های با کاربرد پزشکی و مخازن نگهداری دارو ،

کابلهای پلی اتیلنی

از فیلم‌های پلی اتیلنی برای بسته بندی مواد غذایی، پوششهای صندلی اتومبیلهای نو،  کیسه‌های پلاستیکی، البسه، گلخانه‌ها، فیلم‌های محافظ درکاربردهای ساختمانی، عایق‌های رطوبت، تارپولین‌ها و غیره استفاده کرد.

از دیگر کاربردهای آن می‌توان به استفاده از آن در عایق‌های الکتریکی کابلها وسیمها، قطعات تزریقی، انواع لوله‌ها،  قطعات مختلف مصرفی در صنایع خودروسازی، ظروف خانگی، مخزنهای نگهداری مواد شیمیایی و تجهیزات آزمایشگاهی و از پودر آن برای بهبود خواص متفاوت  رزین‌های گرمانرم و گرماسخت و غیره اشاره کرد.

تولیدکنندگان محترمی که قصد شروع صادرات  و بازاریابی در خارج از کشور را دارند، می توانند با ما در تماس باشند. ۰۹۳۸۸۱۵۱۳۵۸
Summary
Review Date
Reviewed Item
امتیاز این مقاله
Author Rating
51star1star1star1star1star