انواع پلی اتیلن و کاربردهای آن

پلی اتیلن(PE، Polyethylene) بیشترین ماده مورد استفاده در صنعت پلاستیک است. پلی اتیلن گاهی اوقات با نام Polythene نیز شناخته میشود. این ماده در سال 2017، حدود 34 درصد تمام بازار پلاستیک را ازآن خود کرده. کاربرد اولیه آن در بسته بندی ها(کیسه های پلاستیکی، بطری ها و …) است.

پلی اتیلن، پلیمر گرمانرم(پلیمری که با دادن گرما ذوب شده و با سرد کردن آن دوباره جامد میشود) متشکل از مونومر های گاز اتیلن(C₂H₄) است. هرچند پلی اتیلن ها انواع مختلفی دارند، اما پایه اصلی همه آنها مونومر C₂H₄ است.

شما می توانید از شرایط فروش مواد شیمیایی استفاده کنید و مواد شیمیایی مورد نیاز خود را در مقادیر دلخواه خریداری کنید.

ترکیب شیمیایی و سنتز

پلی اتیلن از پلیمریزاسیون اتیلن بدست می آید. اتیلن یک هیدروکربن گازی است که معمولاً با شکستن اتان،یکی از اجزای اصلی گاز طبیعی که میتواند از نفت هم استخراج شود، تولید میشود. مولکول های اتیلن درواقع از دو مولکول متان تشکیل شده اند که با یک پیوند دوگانه به یکدیگر متصل شده اند. با قرارگرفتن در برابر کاتالیست در عمل پلیمریزاسیون، پیوند دوگانه میشکند و مولکول اتیلن میتواند با اتیلن کناری تشکیل پیوند دهد و زنجیره پلیمری تشکیل میشود.

این پلیمر میتواند در ساختار خطی یا شاخه دار تشکیل شود. ساختارهای شاخه دار به عنوان پلی اتیلن سبک(Low-density polyethylene، LLDPE) یا پلی اتیلن خطی سبک خطی(Linear low-density polyethylene، LLDPE) شناخته میشوند. ساختار های خطی با عنوان پلی اتیلن سنگین(High-density polyethylene، HDPE) یا پلی اتیلن با وزن مولکولی خیلی بالا(Ultrahigh molecular weight polyethylene، UHMWPE) شناخته میشوند.
ترکیب پلی اتیلن میتواند دربرگیرنده عناصر یا گروهای شیمیایی دیگری باشد که خود به تنوع ترکیبات آن می افزاید. در ادامه در مورد این ترکیبات بیشتر صحبت خواهد شد.

تاریخچه

پلی اتیلن سبک در سال 1933 در انگلستان در حین مطالعه تاثیر فشار بالا روی پلیمریزاسیون کشف شد. در سال 1937 پتنت فرایند سنتز آن به ثبت رسید. اولین استفاده آن در جنگ جهانی دوم به عنوان عایق کابلهای رادار بود.

انواع پلی اتیلن

پلی اتیلن سبک(Low-density polyethylene)

پلی اتیلن سبک(LDPE) از اتیلن گازی تحت فشار بسیار بالا(چیزی در حدود 350 مگاپاسکال) و دمای بالا(حدودا تا 350 درجه سانتی گراد) در حضور اکسید های آغازکننده(Initiators) تشکیل میشود. این فرایند به تولید یک ساختار پلیمری شامل شاخه های کوتاه و بلند منجر میشود. بدلیل اینکه شاخه ها از نزدیک شدن زیاد مولکول های اتیلن به همدیگر ممانعت میکنند، LDPE یک ساختار بسیار منعطف است. دمای ذوب تقریبی آن 110 درجه سانتی گراد است. استفاده های آن در بسته بندی فیلم ها، زباله، کیسه های مغازه، مالچ کشاورزی، سیم و عایق های کابل، بطری ها، اسباب بازی ها و لوازم خانه است.

پلی اتیلن سبک خطی(Linear low-density polyethylene)

پلی اتیلن سبک خطی(LLDPE) از نظر ساختاری به LDPE شبیه است. این ساختار از کوپلیمر کردن اتیلن با 1-بوتن و مقادیر کمتری از 1-هگزن و 1-اکتن است که با استفاده از کاتالیست های زیگلر-ناتا(Ziegler-Natta) و متالوسین(Metallocene) سنتز میشود. ساختار نهایی یک پایه خطی دارد اما دارای شاخه های یک شکل و کوتاه است که مانند شاخه های بلندتر LDPE، از نزدیک شدن زنجیره های پلیمر به یکدیگر ممانعت میکنند.

به طور کلی، LLDPE نیز خواصی مانند LDPE دارد. برتری اصلی LLDPE این است که شرایط پلیمر شدن آن نسبت به LDPE به انرژی کمتری نیاز دارد و اینکه میتوان با تغییر مقدار دیگر اجزا، خواص آنرا تغییر داد.

پلی اتیلن سنگین(High-density polyethylene)

پلی اتیلن سنگین(HDPE) در دما و فشار پایین سنتز میشود. در آن از کاتالیست های Ziegler-Natta و Metallocene یا اکسید فعال مس(کاتالیست فیلیپس) استفاده میشود. کمبود شاخه های آن به زنجیره های پلیمری اجازه میدهد که به یکدیگر زدیک شده و بچسبند. نتیجه آن ایجاد یک ساختار چگال و بسیار کریستالی است که استحکام بالا و سفتی متوسطی دارد. نقطه ذوب آن 20 درجه سانتی گراد از LDPE بیشتر است و میتواند چندین مرحله قرارگرفتن در دمای 120 درجه را تحمل کند که در نتیجه آن میتوان آنرا استرلیزه کرد.

از کاربردهای HDPE میتوان به بطری های شیر، کیف های خرید از مغازه، پلاستیک های متری و ساخت و ساز، مالچ کشاورزی، سرنگ ها، درها و اسبا بازی ها اشاره کرد.

پلی اتیلن با وزن مولکولی زیاد(Ultrahigh-molecular-weight polyethylene)

پلی اتیلن خطی میتواند با وزن مولکولی زیاد، از 3 تا 6 میلیون واحد اتمی سنتز شود. این در حالی است که HDPE در حدود 500 هزار واحد اتمی دارد. این پلیمر ها میتوانند درون الیاف ریسیده شده و به آنها استحکام کششی بسیار زیادی بدهند. از این پلیمر در جلیقه های ضد گلوله استفاده میشود.

کوپلیمر های اتیلن(Ethylene copolymers)

اتیلن میتواند با بسیاری ترکیب های دیگر نیز کوپلیمره بشود. به عنوان مثال، کوپلیمر اتیلن-وینیل استات(EVA) با کوپلیمره کردن اتیلن و وینیل استات تحت فشار و با استفاده از کاتالیست های رادیکال آزاد سنتز میشود. گرید های مختلفی از آن تولید میشود که در هرکدام نسبت وزنی وینیل استات، از 5 تا 50 درصد متفاوت است. EVA ها در برار آب و گازها نسبت به پلی اتیلن نفوذپذیرتر هستند اما آنها کریستالیته کمتر و شفافیت بیشتری دارند. همچنین مقاومت بهتری هم در برابر روغن و گریس از خودشان نشان میدهند. از EVA در ورق های بسته بندی، چسب ها، اسباب بازی ها، درزگیرها، پوشش سیم ها و فرش و موکت استفاده میشود.

کوپلیمر های اتیلن آکریلیک اسید و اتیلن متاآکریلیک اسید از طریق پلیمریزه کردن در حالت سوسپانسیون یا امولسیون با استفاده از کاتالیست رادیکال های آزاد، تشکیل میشوند. آکریلیک اسید و متا آکریلیک اسید معمولاً 5 تا 20 درصد ساختار را تشکیل میدهند. از این کوپلیمرها در قطعات خودرو، ورقه های بسته بندی، کفشها، پوشش های سطحی و فرش ها و موکت ها استفاده میشود.

مشکلات پلی اتیلن

پلی اتیلن در واقع زیست تخریب پذیر نیست و به سادگی تجزیه نمیشود. البته باکتری ها و موجوداتی هستند که بتوانند آنرا تجزیه کنند اما به طور کلی یکی از مشکلات استفاده از پلی اتیلن، همین زیست تخریب پذیر نبودن آن است.

البته پلی اتیلن میتواند بازیافت شود و اگر فرایند بازیافت به خوبی صورت بگیرد، میتواند هزینه های تولید مجدد آنرا بسیار کاهش دهد.
نباید فراموش کرد که پلی اتیلن از نفت یا گاز طبیعی استخراج میشود که منبعی تجدیدناپذیر به حساب می آید.

در این مقاله سعی کردیم به معرفی پلی اتیلن، انواع، کاربرد ها و مشکلات آن بپردازیم. امیدواریم مفید بوده باشد.