پلی اتیلن چیست و چه کاربردی دارد ؟ پلی اتیلن یک پلیمر ترموپلاستیک با ساختار کریستالی متغیر و طیف وسیعی از کاربرد ها می باشد. این یکی از پرمصرف ترین پلاستیک های تولید شده در جهان است که سالانه ده ها میلیون تن در سراسر جهان تولید می شود. فرآیند تجاری (کاتالیزورهای Ziegler-Natta) که باعث موفقیت PE شد، در دهه ۱۹۵۰ توسط دو دانشمند به نام‌های Karl Ziegler از آلمان و Giulio Natta از ایتالیا توسعه یافت.
انواع مختلفی از پلی اتیلن وجود دارد و هر کدام برای از کاربرد های به خصوصی مناسب است. به طور کلی، پلی اتیلن با چگالی بالا (HDPE) بسیار کریستالی تر است و اغلب در شرایط کاملاً متفاوت از پلی اتیلن با چگالی کم (LDPE) استفاده می شود. به عنوان مثال، LDPE به طور گسترده در بسته بندی های پلاستیکی، مانند کیسه های مواد غذایی یا بسته بندی پلاستیکی استفاده می شود. در مقابل، HDPE کاربردهای رایجی در ساخت و ساز دارد (به عنوان مثال، در استفاده از آن در ساخت لوله های تخلیه). پلی اتیلن با وزن مولکولی فوق العاده بالا (UHMW) در مواردی مانند تجهیزات پزشکی و جلیقه های ضد گلوله کاربردهای با کارایی بالایی دارد.
همه چیز در رابطه با پلی اتیلن های سبک و سنگین را در اینجا مشاهده کنید.
انواع پلی اتیلن چیست ؟
پلی اتیلن معمولاً به یکی از چندین ترکیب اصلی طبقه بندی می شود که رایج ترین آنها شامل LDPE، LLDPE، HDPE و پلی پروپیلن با وزن مولکولی فوق العاده بالا است. انواع دیگر عبارتند از پلی اتیلن با چگالی متوسط (MDPE)، پلی اتیلن با وزن مولکولی بسیار کم (ULMWPE یا PE-WAX)، پلی اتیلن با وزن مولکولی بالا (HMWPE)، پلی اتیلن با چگالی بالا (HDXLPE)، پیوند متقاطع. پلی اتیلن (PEX یا XLPE)، پلی اتیلن با چگالی بسیار کم (VLDPE) و پلی اتیلن کلر (CPE).
- پلی اتیلن با چگالی (LDPE) کم (نایلون) : یک ماده بسیار منعطف با خواص جریان منحصر به فرد است که آن را برای کیسه های خرید و سایر کاربرد های فیلم پلاستیکی مناسب می کند. LDPE دارای انعطاف پذیری بالا اما استحکام کششی پایینی است که در دنیای واقعی با تمایل به کشش در هنگام کرنش مشهود است.
- پلی اتیلن خطی با چگالی کم (LLDPE) : بسیار شبیه به LDPE است، اما مزایای بیشتری را ارائه می دهد. به طور خاص، خواص LLDPE را می توان با تنظیم اجزای فرمول تغییر داد، و فرآیند کلی تولید LLDPE معمولاً انرژی کمتری نسبت به LDPE دارد. یکی از کاربرد های پلی اتیلن خطی با چگالی کم در صنعت تولید استرچ پالت می باشد.
- پلی اتیلن با چگالی (HDPE) بالا (نایلکس) : یک پلاستیک مقاوم و نسبتاً سفت با ساختار کریستالی بسیار پلی اتیلن-hdpe-trashcan-1 است. اغلب در پلاستیک برای کارتن های شیر، مواد شوینده لباسشویی، سطل های زباله و تخته های برش استفاده می شود.
- پلی اتیلن با وزن مولکولی فوق العاده بالا (UHMW) : یک نسخه بسیار متراکم از پلی اتیلن است که وزن مولکولی آن معمولاً مرتبه ای بزرگتر از HDPE است. می توان آن را به نخ هایی با استحکام کششی چندین برابر بیشتر از فولاد چرخاند و اغلب در جلیقه های ضد گلوله و سایر تجهیزات با کارایی بالا گنجانده می شود.
ویژگی و خواص پلی اتیلن
اکنون که می دانیم کاربرد و انواع پلی اتیلن چیست، اجازه دهید برخی از خواص کلیدی پلی اتیلن را بررسی کنیم. پلی اتیلن بر اساس نحوه واکنش پلاستیک به گرما، به عنوان یک ترموپلاستیک (برخلاف گرماسخت) طبقه بندی می شود. مواد ترموپلاستیک در نقطه ذوب خود به مایع تبدیل می شوند (به ترتیب ۱۱۰-۱۳۰ درجه سانتیگراد در مورد LDPE و HDPE). یکی از ویژگی‌های مفید ترموپلاستیک ها این است که می‌توان آن ها را تا نقطه ذوب خود گرم کرد، سرد کرد و مجدداً بدون تخریب قابل توجهی گرم کرد. به جای سوختن، ترموپلاستیک‌ها مانند پلی اتیلن مایع می‌شوند، که به آنها اجازه می دهد به راحتی قالب گیری شوند و سپس بازیافت شوند. در مقابل، پلاستیک های ترموست را فقط یک بار می توان گرم کرد (معمولاً در طی فرآیند قالب گیری تزریقی). اولین گرمایش باعث می شود مواد ترموست (شبیه به اپوکسی ۲ قسمتی) گیر کنند و در نتیجه یک تغییر شیمیایی ایجاد می شود که قابل برگشت نیست. اگر بخواهید برای بار دوم یک پلاستیک گرماسخت را تا دمای بالا گرم کنید، می سوزد. این ویژگی باعث می شود که مواد ترموست نامزد ضعیفی برای بازیافت باشند.
انواع مختلف پلی اتیلن تنوع زیادی در ساختار کریستالی خود نشان می دهند. هر چه یک پلاستیک کمتر کریستالی (یا بی شکل) باشد، تمایل بیشتری برای نرم شدن تدریجی نشان می دهد. یعنی پلاستیک محدوده وسیع تری بین دمای انتقال شیشه ای و نقطه ذوب خود خواهد داشت. در مقابل، پلاستیک های کریستالی انتقال نسبتاً شدیدی از جامد به مایع نشان می دهند.
ترکیب شیمیایی پلی اتیلن چیست ؟ پلی اتیلن یک هموپلیمر است، زیرا از یک ترکیب مونومر (در این مورد، اتیلن: CH2=CH2) تشکیل شده است.
کاربرد های پلی اتیلن چیست ؟ چرا مصرف این پلیمر بسیار بالا است
پلی اتیلن یک کالای پلاستیکی فوق العاده مفید است، به ویژه در میان شرکت های طراحی محصولات مصرفی و خانگی، به دلیل تنوع انواع پلی اتیلن، در طیف وسیعی از کاربردها گنجانده شده است.
PE به عنوان یک ماده قابل چاپ سه بعدی در دسترس نیست. می توان آن را CNC ماشین کاری یا خلاء شکل داد.
پلی اتیلن رایج ترین شکل ترموپلاستیک مورد استفاده در محصولات مصرفی است و دارای کاربرد های بسیار متنوعی است. موارد زیر برخی از کاربردهای رایج این نوع پلاستیک هستند:
- مواد بسته بندی مواد غذایی : از آنجایی که پلی اتیلن در برابر جذب آب و آسیب های شیمیایی بسیار مقاوم است، برای استفاده در بسته بندی مواد غذایی تایید شده است.
- لوله های پزشکی : عدم تخلخل پلی اتیلن آن را به دلیل مقاومت در برابر آلودگی به ماده ای ایده آل برای استفاده برای کاتترها و سایر محصولات پزشکی تبدیل می کند.
- بطری و سطل : به دلیل سختی پلاستیک و دوام آن در برابر عوامل محیطی خارجی، برای محصولات مصرفی و تزریقی بسیار مناسب است.
- جلیقه های ضد گلوله : الیاف UHMWPE دارای استحکام کششی بالایی هستند، در عین حال بسیار سبک هستند و آنها را برای کاربرد های ایمنی ایده آل می کند.
- کابل ها : این نوه کابل سبک هستند، بنابراین دارای نصب آسان و جنس محکمی است، بنابراین در کاربردهای صنعتی پیچیده مفید هستند.
آیا پلی اتیلن ها قابل بازیافت هستند ؟
محصولات پلاستیکی به دلیل تاثیراتی که بر محیط زیست دارد، نظرات بد زیادی را دریافت کرده است، اما مانند اکثر آلاینده‌های بالقوه، این رفتار انسان‌ها، نه خود محصول است که منجر به آسیب های زیست‌محیطی می شود. پلی اتیلن زیست تخریب پذیر نیست، بنابراین به عنوان ماده ای نامناسب برای دفع در محل های دفن زباله تبدیل می شود.
با این حال، خواص پلی اتیلن آن را برای بازیافت ایده آل می کند، زیرا می توان آن را ذوب کرد و به محصول دیگری تبدیل کرد. علاوه بر این، مقاومت آن در برابر آلودگی های شیمیایی و جذب مایعات به این معنی است که محصول بازیافتی حاوی ناخالصی های زیادی نیست. گاهی اوقات، مواد بازیافتی و بکر در فرآیند تشکیل محصولات مصرفی نهایی با هم مخلوط می شوند. بازیافت شماره ۲ برای HDPE و شماره ۴ برای LDPE اعمال می شود. بسیاری از تأسیسات بازیافت می توانند هر دوی این درجه ها را برای استفاده مجدد پردازش کنند.
بسیاری از موادی که قبلاً به عنوان خطرات زیست محیطی در نظر گرفته می شدند (به عنوان مثال، لاستیک) با سرعت بیشتری بازیافت می شوند زیرا مردم به سمت سبک زندگی پایدار و توسعه فناوری بازیافت حرکت می کنند.
آیا پلی اتیلن فود گرید است ؟ قابلیت تماس با مواد غذایی را دارد ؟ برای دریافت اطلاعات کامل در رابطه با انواع پلاستیک های فود گرید روی لینک کلیک کنید.
روند تولید
نحوه تولید پلی اتیلن چیست ؟ بلوک اصلی پلی اتیلن، مولکول اتن است که از ۲ اتم کربن و ۴ اتم هیدروژن تشکیل شده است. اتن در گاز طبیعی یافت می شود و همچنین در طی پالایش نفت خام تولید می شود. یکی از محصولات مرحله اول پالایش نفت نفتا است که از طریق کراکر کاتالیزوری برای تولید مواد اکتان بالاتر فرآوری می شود. این فرآیند کراکینگ همچنین اتنی تولید می کند که از سایر محصولات برای پردازش بیشتر به پلی اتیلن جدا می شود. اتن یک گاز است.
روش های فرآوری مختلفی برای پلی اتیلن با توجه به درجه محصول تولید شده وجود دارد. که در ادامه مطلب توضیحات تکمیلی قرار گرفته است.
روند تولید LDPE
LDPE از فشرده سازی گاز اتن تا فشار ۵۰۰۰۰ psi ساخته می شود و پس از آن خنک می شود و به راکتور وارد می شود. یک آغازگر به راکتور اضافه می شود که باعث می شود واکنش پلیمریزاسیون انجام شود. هم زدن مداوم مواد در راکتور حداکثر نرخ تبدیل را تضمین می کند. پس از واکنش، اتن استفاده نشده از محصول جدا شده و به کمپرسور بازیافت می شود. پلیمر اکسترود می شود، به صورت گلوله بریده می شود و قبل از ورود به سیلوهای ذخیره خشک می شود. گلوله ها معمولاً برای ارسال به مشتریان بسته بندی می شوند و در آنجا ذوب شده و به محصولات مصرفی نهایی تبدیل می شوند.
روند تولید HDPE
HDPE در یک فرآیند کاتالیزوری ساخته می شود، که فرآیند تولید پلی اتیلن را در دما و فشار پایین تر امکان پذیر می کند. کاتالیزورهای زیگلر-ناتا و کروم کاتالیزورهای اولیه مورد استفاده بودند، اما انواع جدیدتر کاتالیزورها به طور مداوم برای بهبود فرآیندهای تولید و ویژگی های محصولات در حال توسعه هستند. برخی از فرآیند ها حتی انواع مختلفی از پلی اتیلن را در یک دسته ترکیب می‌کنند و خطوط بین درجه‌های متفاوت محصول را محو می کنند.
روند تولید LLDPE
LLDPE همچنین در یک فرآیند کاتالیزوری با افزودن کوپلیمرهایی مانند آلفا الفین ها (بوتان، هگزان) تولید می شود. ساختار مولکولی LLDPE یک زنجیره بلند با شاخه های کوتاه فراوان است.
روند تولید UHMWPE
UHMWPE با استفاده از کاتالیزورهای متالوسن تولید می شود که منجر به زنجیره های هیدروکربنی بسیار طولانی (بیش از ۱۰۰۰۰۰ مولکول جزء مونومر) می شود. یک فرآیند ثانویه به نام ژل اسپینینگ، یک ژل گرم شده از UHMWPE را می گیرد و آن را از طریق یک اسپینر اکسترود می کند. محصول در یک حمام آب خنک می شود. این فرآیند ریسندگی فیبری را با درجه بالایی از جهت گیری مولکولی (۹۵٪) تولید می کند که به آن استحکام کششی بسیار بالایی می دهد.
پلی پروپیلن چیست و چه کاربردی دارد ؟
ترکیب شیمیایی و ساختار مولکولی
اتیلن (C2H4) یک هیدروکربن گازی است که معمولاً از شکستن اتان تولید می‌شود، که به نوبه خود یکی از اجزای اصلی گاز طبیعی است یا می‌تواند از نفت تقطیر شود. مولکول‌های اتیلن اساساً از دو واحد متیلن (CH2) تشکیل شده‌اند که توسط یک پیوند دوگانه بین اتم‌های کربن به هم مرتبط شده‌اند – ساختاری که با فرمول CH2=CH2 نشان داده می‌شود. تحت تأثیر کاتالیزورهای پلیمریزاسیون، پیوند دوگانه می تواند شکسته شود و پیوند منفرد اضافی حاصل برای پیوند به اتم کربن در مولکول اتیلن دیگر استفاده شود. بنابراین، اتیلن که به واحد تکرار شونده یک مولکول بزرگ پلیمری (چند واحدی) تبدیل شده است، ساختار شیمیایی زیر را دارد:
این ساختار ساده که هزاران بار در یک مولکول تکرار شده است، کلید خواص پلی اتیلن است. مولکول های بلند و زنجیره مانند که در آن اتم های هیدروژن به ستون فقرات کربن متصل می شوند، می توانند به صورت خطی یا شاخه ای تولید شوند. نسخه های شاخه دار به عنوان پلی اتیلن با چگالی کم (LDPE) یا پلی اتیلن با چگالی کم خطی (LLDPE) شناخته می شوند. نسخه های خطی به عنوان پلی اتیلن با چگالی بالا (HDPE) و پلی اتیلن با وزن مولکولی فوق العاده بالا (UHMWPE) شناخته می شوند.
ترکیب پلی اتیلن پایه را می توان با گنجاندن سایر عناصر یا گروه های شیمیایی اصلاح کرد، مانند پلی اتیلن کلردار و کلروسولفونه. علاوه بر این، اتیلن را می توان با مونومرهای دیگر مانند وینیل استات یا پروپیلن برای تولید تعدادی کوپلیمر اتیلن کوپلیمر کرد.
مطلب مرتبط : پلی اتیلن یا همان نایلون ۶، ۶۶ چیست و چه کاربردی دارد ؟
تاریخچه
تاریخچه کشف پلی اتیلن چیست ؟ پلی اتیلن کم چگالی اولین بار در سال ۱۹۳۳ در انگلستان توسط Imperial Chemical Industries Ltd. (ICI) در طی مطالعاتی که در مورد اثرات فشارهای بسیار بالا بر پلیمریزاسیون پلی اتیلن انجام شد، تولید شد. ICI در سال ۱۹۳۷ یک حق اختراع در مورد فرآیند خود اعطا کرد و در سال ۱۹۳۹ تولید تجاری خود را آغاز کرد. اولین بار در طول جنگ جهانی دوم به عنوان عایق برای کابل های رادار استفاده شد.
در سال ۱۹۳۰ کارل شیپ مارول، شیمیدان آمریکایی که در E.I. du Pont de Nemours & Company (در حال حاضر شرکت DuPont)، یک ماده با چگالی بالا کشف کرد، اما شرکت نتوانست پتانسیل محصول را تشخیص دهد. این به کارل زیگلر از موسسه تحقیقات زغال سنگ ماکس پلانک در Mülheim an der Ruhr، W.Ger واگذار شد. (در حال حاضر آلمان)، برای به دست آوردن اعتبار برای اختراع HDPE خطی – که زیگلر در واقع با Erhard Holzkamp در سال ۱۹۵۳ تولید کرد و واکنش را در فشار کم با یک ترکیب آلی فلزی کاتالیز کرد. این فرآیند بعدها توسط شیمیدان ایتالیایی جولیو ناتا بهبود یافت و این ترکیبات اکنون به عنوان کاتالیزورهای زیگلر-ناتا شناخته می شوند. در بخشی از این نوآوری، زیگلر در سال ۱۹۶۳ جایزه نوبل شیمی را دریافت کرد. از آن زمان، دانشمندان با استفاده از کاتالیزورهای مختلف و روش های پلیمریزاسیون، پلی اتیلن با خواص و ساختارهای مختلف تولید کردند. برای مثال LLDPE توسط شرکت نفت فیلیپس در سال ۱۹۶۸ معرفی شد.
britannica & reliance-foundry & creativemechanisms