پلی اتیلن

پلی اتیلن

پلی اتیلن از انواع پلیمرهای گرمانرم می‌باشد بدین معنا که این ماده با رسیدن به نقطه ذوب خود به حالت مایع و با رسیدن به نقطه انجماد به حالت جامد تبدیل می‌شود. پلی اتیلن سنتز شیمیایی اتیلن است که معمولا از ترکیب نفت خام و گازهای طبیعی به وجود می‌آید. برخی از نام های غیر رسمی آن polythene یا polyethylyne  می‌باشد، علاوه بر این به اختصار PE نیز نامیده می‌شود. پلی اتیلن  اکثرا در جهت ساخت ترکیبات پلاستیکی استفاده می‌شود تا به صورت خالص مورد استفاده قرار گیرد. این ماده با این که در طیف وسیعی از مصارف گوناگون استفاده شود .

پلی‌اتیلن‌ها 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 می‌باشند 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 می‌باشد . یک مولکول پلی اتیلن زنجیر بلندی از اتم‌های کربن است که به هر اتم کربن دو اتم هیدروژن چسبیده‌است.

انواع پلی اتیلن

طبقه‌بندی اتیلن‌ها بر اساس دانسیته آنها صورت می‌گیرد. که 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 مولکولی در زنجیره بالا و استحکام کششی آن بیشتر از بقیه پلی اتیلن‌ها است. شرایط واکنش و نوع کاتالیزور مورد استفاده در تولید پلی اتیلن سنگین HDPE موثر است. برای تولید پلی اتیلن بدون شاخه معمولاً از روش پلیمریزاسیون با کاتالیزور زیگلر ـ ناتا استفاده می‌شود.
جهت تولید لوله پلی اتیلن برای کاربردهای تحت فشار از پلی اتیلن سنگین استفاد ه میشود

LDPE یا پلی اتیلن سبک

این پلی‌اتیلن دارای زنجیری شاخه دار است. بنابراین زنجیرهای LDPE نمی‌توانند بخوبی با یکدیگر پیوند برقرار کنند و دارای نیروی بین مولکولی ضعیف و استحکام کششی کمتری است این نوع پلی اتیلن معمولاً با روش پلیمریزاسیون رادیکالی تولید می‌شود از خصوصیات این پلیمر انعطاف پذیری و امکان تجزیه بوسیله میکرو ارگانی‌ها است.
جهت تولید لوله پلی اتیلن مخصوص آبیاری و سایزهای ریز برخی تولید کنندگان از این نوع مواد استفاده میکنند که توصیه نمیشود

LLDPE یا پلی اتیلن خطی با دانسیته پایین

این پلی اتیلن یک پلیمر خطی با تعدادی  شاخه‌های کوتاه است و معمولاً از کوپلیمریزاسیون اتیلن با آلکن‌ها بلند زنجیر ایجاد می‌شود.

MDPE یا پلی اتیلن با دانستیه متوسط است و در تولید لوله‌های پلاستیکی و اتصالات لوله‌کشی معمولاً از MDPE استفاده می‌شود. برخی تولید کنندگان از این نوع مواد برای تولید لوله پلی اتیلن جهت مصارف گازررسانی استفاده میکنند

کاربرد پلی اتیلن

پلی اتیلن کاربرد فراوانی در تولید انواع لوازم پلاستیک مورد استفاده در آشپزخانه و صنایع غذایی دارد. از LDPE در تولید ظروف پلاستیکی سبک و همچنین کیسه‌های پلاستیک استفاده می‌شود. LDPE در تولید ظروف شیر و مایعات و انواع وسایل پلاستیکی آشپزخانه کاربرد دارد. در تولید لوله‌های پلاستیکی و اتصالات لوله‌کشی معمولاً از MDPE استفاده می‌کنند.

LLDPE بدلیل بالا بودن میزان انعطاف پذیری در تهیه انواع وسایل پلاستیکی انعطاف پذیر مانند لوله‌هایی با قابلیت خم شدن کاربرد دارد. اخیرا پژوهش‌های فراوانی در تولید پلی اتیلن هایی با زنجیر بلند و دارای شاخه‌های کوتاه انجام شده است. این پلی اتیلن‌ها در اصل HDPE با تعدادی شاخه‌های جانبی هستند این پلی اتیلن‌ها ترکیبی استحکام 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 پلی اتیلن شاخه‌ای آسانتر 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.

تاریخچه پلی اتیلن

کلمه پلیمر از کلمه یونانى ( پلى ) به معناى چند و ( مر ) به معناى واحد و یا قسمت بوجود آمده است . پلیمرها را اشتباها رزین ، آلاستومر و پلاستیک نیز مى‌نامند.
در حالى که پلاستیک تنها یک صفت است که براى مواردى به کار مى‌رود که قابلیت تغییر شکل بر اثر فشار را دارا هستند و اغلب اشتباها به عنوان یک کلمه اصلى براى صنایع پلاستیک و تولیدات آن به کار مى‌رود.

اولین بار کلمه پلیمر توسط شیمى دانى به نام رنالت در سال 1835، به کار رفت و اولین کاربرد تجارى مواد پلیمرى در سال 1834 با کشف کائوچو آغاز شد.از این رو اولین پلاستیک مصنوعى با نام نیترات سلولز در سال 1862 کشف و در سال 1868 وارد بازار شد.
نایلون در سال 1938، پلى اتیلن در سال 1942، پلى پروپیلن در سال 1957،پلى بوتیلن درسال 1974و پلیمرهاى کریستال مایع براى ساخت اجزاى الکترونیکى در سال 1985رایج گردیدند.

پلیمرها به سه نوع پلیمرهاى طبیعى ، طبیعى اصلاح شده و مصنوعى تقسیم مى‌شوند.
اولین پلاستیک‌هاى صنعتى مدرن حدود 100سال پیش رواج یافتند ولى در دهه‌هاى اخیر رشد فزاینده و گوناگونى در صنایع به وقوع پیوست .

حدود 60 پلیمر بسیار مهم تاکنون به بازار عرضه شده که مشتقات آنها به بیش از 2000مورد مى‌رسد و کماکان در حال افزایش است. پلی‌اولفین‌ها پلیمرهاى گرما نرم با خواص تقریبا مشابه و فرمولاسیون نزدیک به هم هستند که انواع معروف آنها پلى اتیلن ها، پلی پروپیلن ها و پلى بوتیلن ها مى‌باشند که در صنایع لوله پلی اتیلن ،کاربرد فراوانترى دارند.