مواد پلی اتیلن چیست و چه استفاده هایی می‌شود؟

خانواده‌ای از گرمانرم‌ها می‌باشند که از طریق پلیمریزاسیون گاز اتیلن ( C2H4 ) بدست می‌آیند. از طریق کاتالیست و روش پلیمریزاسیون این ماده می‌توان خواص مختلفی همچون چگالی، شاخص جریان مذاب (MFI)، بلورینگی، درجه شاخه‌ای و شبکه‌ای شدن، وزن مولکولی و توزیع وزن مولکولی را در آنها کنترل کرد.

پلیمرهای با وزن مولکولی پائین را به عنوان روان کننده (Lubricant) به کار می‌برند. پلیمرهای با وزن مولکولی متوسط واکس‌هایی امتزاج پذیر (مخلوط پذیر) با پارافین هستند و نهایتا پلیمرهایی با وزن مولکولی بالاتر از ۶۰۰۰ در صنعت پلاستیک بیشترین حجم مصرف را به خود اختصاص می‌دهند.

پلی اتیلن شامل ساختار بسیار ساده‌ای است، به طوری که ساده تر از تمام پلیمرهای تجاری است. یک مولکول پلی اتیلن زنجیر بلندی از اتم‌های کربن است که به هر اتم کربن دو اتم هیدروژن چسبیده ‌است.

یکی از پر مصرف ترین لوازمی که با پلی اتیلن تولید می‌شود لوله پلی اتیلن است. قیمت لوله پلی اتیلن در مقایسه با لوله فلزی بسیار به صرفه تر است و از این ماده بسیار می‌شود استفاده کرد.

تاریخچه پلی اتیلن چست؟

كلمه پليمر از كلمه يونانى (پلى) به معناى چند و (مر) به معناى واحد و يا قسمت بوجود آمده است. پليمرها را اشتباها رزين، آلاستومر و پلاستيك نيز مى‌نامند.

در حالى كه پلاستيك تنها يك صفت است كه براى مواردى به كار مى‌رود كه قابليت تغيير شكل بر اثر فشار را دارا هستند و اغلب اشتباها به عنوان يك كلمه اصلى براى صنايع پلاستيك و توليدات آن به كار مى‌رود.

اولين بار كلمه پليمر توسط شيمى دانى به نام رنالت در سال 1835، به كار رفت و اولين كاربرد تجارى مواد پليمرى در سال 1834 با كشف كائوچو آغاز شد. از این رو اولين پلاستيك مصنوعى با نام نيترات سلولز در سال 1862 كشف و در سال 1868 وارد بازار شد.

نايلون در سال 1938، پلى اتيلن در سال 1942، پلى پروپيلن در سال 1957، پلى بوتيلن در سال 1974 و پليمرهاى كريستال مايع براى ساخت اجزاى الكترونيكى در سال 1985 رايج شدند.

پليمرها به سه نوع پليمرهاى طبيعى، طبيعى اصلاح شده و مصنوعى تقسيم مى‌شوند. اولين پلاستيك‌هاى صنعتى مدرن حدود 100 سال پيش رواج يافتند ولى در دهه‌هاى اخير رشد فزاينده و گوناگونى در صنايع به وقوع پيوست.

حدود 60 پليمر بسيار مهم تاكنون به بازار عرضه شده كه مشتقات آنها به بيش از 2000مورد مى‌رسد و كماكان در حال افزايش است. پلی‌اولفين‌ها پليمرهاى گرما نرم با خواص تقريبا مشابه و فرمولاسيون نزديك به هم هستند كه انواع معروف آنها پلى اتيلن ها، پلي پروپيلن ها و پلى بوتيلن ها هستند كه در صنايع لوله پلی اتیلن، كاربرد فراوان‌ترى دارند.

انواع پلی اتیلن چیست؟

طبقه‌بندی اتیلن‌ها بر اساس دانسیته آنها صورت می‌گیرد. كه در مقدار دانسیته اندازه زنجیر پلیمر و نوع و تعداد شاخه‌های موجود در زنجیر دخالت دارد.

 

HDPE یا پلی اتیلن سنگین

این پلی اتیلن دارای زنجیر پلیمری بدون شاخه است. بنابراین نیروی بین مولكولی در زنجیره بالا و استحكام كششی آن بیشتر از بقیه پلی اتیلن‌ها است. شرایط واكنش و نوع كاتالیزور مورد استفاده در تولید پلی اتیلن سنگین HDPE موثر است. برای تولید پلی اتیلن بدون شاخه معمولاً از روش پلیمریزاسیون با كاتالیزور زیگلر ـ ناتا استفاده می‌شود.

 

LDPE یا پلی اتیلن سبك

این پلی‌اتیلن دارای زنجیری شاخه دار است. بنابراین زنجیرهای LDPE نمی‌توانند بخوبی با یكدیگر پیوند برقرار كنند و دارای نیروی بین مولكولی ضعیف و استحكام كششی كمتری است این نوع پلی اتیلن معمولاً با روش پلیمریزاسیون رادیكالی تولید می‌شود از خصوصیات این پلیمر انعطاف پذیری و امكان تجزیه بوسیله میكرو ارگانی‌ها است.

 

LLDPE یا پلی اتیلن خطی با دانسیته پایین

این پلی اتیلن یك پلیمر خطی با تعدادی  شاخه‌های كوتاه است و معمولاً از كوپلیمریزاسیون اتیلن با آلكن‌ها بلند زنجیر ایجاد می‌شود.

MDPE یا پلی اتیلن با دانستیه متوسط است و در تولید لوله‌های پلاستیكی و اتصالات لوله‌كشی معمولاً از MDPE استفاده می‌شود.

 

كاربرد پلی اتیلن چیست؟

پلی اتیلن كاربرد فراوانی در تولید انواع لوازم پلاستیك مورد استفاده در آشپزخانه و صنایع غذایی دارد. از LDPE در تولید ظروف پلاستیكی سبك و همچنین كیسه‌های پلاستیك استفاده می‌شود. LDPE در تولید ظروف شیر و مایعات و انواع وسایل پلاستیكی آشپزخانه كاربرد دارد. در تولید لوله‌های پلاستیكی و اتصالات لوله‌كشی معمولاً از MDPE استفاده می‌كنند.

LLDPE بدلیل بالا بودن میزان انعطاف پذیری در تهیه انواع وسایل پلاستیكی انعطاف پذیر مانند لوله‌هایی با قابلیت خم شدن كاربرد دارد. اخیرا پژوهش‌های فراوانی در تولید پلی اتیلن هایی با زنجیر بلند و دارای شاخه‌های كوتاه انجام شده است. این پلی اتیلن‌ها در اصل HDPE با تعدادی شاخه‌های جانبی هستند این پلی اتیلن‌ها تركیبی استحكام HDPE و انعطاف پذیری LDPE را دارد.

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

وقتی هیچ شاخه‌ای در مولکول وجود نداشته باشد آن را پلی اتیلن خطی (HDPE) می‌نامند. پلی‌اتیلن خطی سخت‌تر از پلی‌اتیلن شاخه‌ای است اما خرید لوله های پلی اتیلن شاخه‌ای به علت تولید آسان و ارزانتر ساخته می‌شود. ریخت و شکل این پلیمر بسیار کریستالی شکل است. پلی اتیلن خطی محصول نرمالی با وزن مولکولی ۲۰۰۰۰۰-۵۰۰۰۰۰ است که آن را تحت فشار و دماهای نسبتاً پائین پلیمریزه می‌کنند. پلی اتیلنی نیز وجود دارد که چگالی آن مابین چگالی این دو پلیمر است یعنی در محدوده ۹۲۶/۰ تا ۹۴۰/۰؛ و آن را پلی اتیلن نیمه سنگین یا متوسط می‌نامند.

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. ماده مذبور فرآیند پذیری دشوارتری برخوردار بوده ولی خواص آن عالی است. هنگامی که از طریق تشعشع یا استفاده از مواد افزودنی شیمیایی، این پلیمر تماما شبکه‌ای شود، پلی اتیلن یاد شده دیگر گرما نرم نخواهد بود. این ماده با پخت حین قالب گیری یا بعد از آن یک گرما سخت واقعی با استحکام کششی، خواص الکتریکی و استحکام ضربه خوب در دامنه وسیعی از دماها خواهد بود.

از آن برای ساخت فیبرهای بسیار قوی استفاده می‌کنند تا جایگزین کولار (نوعی پلی آمید) در جلیقه‌های ضد گلوله کنند؛ و همچنین صفحات بزرگ آن را می‌توان به جای زمین‌های اسکیت یخی استفاده کرد. به وسیله کوپلیمریزاسیون مونومر اتیلن با یک مونومر آلکیل شاخه‌دار، کوپلیمری با شاخه‌های هیدروکربن کوتاه بدست می‌آید که آن را پلی اتیلن خطی با چگالی کم یا LLDPE می‌نامند و از آن اغلب برای ساخت اشیاءای شبیه فیلم‌های پلاستیکی (کسیه فریزر) استفاده می‌کنند.