انواع پلی اتیلن PE

پلی اتیلن چیست؟

پلی ‌اتیلن (PE) یک رزین مصنوعی سبک و همه‌ کاره است که از پلیمریزاسیون اتیلن ساخته می‌شود. پلی ‌اتیلن عضوی از خانواده مهم رزین‌های پلی ‌اولفین است. این ماده پرکاربردترین پلاستیک در جهان است که در محصولاتی از بسته‌ بندی‌های شفاف مواد غذایی و کیسه‌های خرید گرفته تا بطری‌های مواد شوینده و مخازن سوخت خودرو استفاده می‌شود. همچنین می‌توان آن را به الیاف مصنوعی شکاف داد یا ریسید یا اصلاح کرد تا خواص الاستیک لاستیک را به خود بگیرد.

ترکیب شیمیایی و ساختار مولکولی پلی اتیلن

اتیلن یک هیدروکربن گازی است که معمولا ازطریق کراکینگ اتان تولید می‌شود که به نوبه خود یکی از اجزای اصلی گاز طبیعی است یا می‌تواند از نفت تقطیر شود. مولکول‌های اتیلن اساسا از دو واحد متیلن تشکیل شده که توسط یک پیوند دوگانه بین اتم‌های کربن به هم متصل شده‌اند؛ ساختاری که با فرمول CH₂=CH₂ نشان داده می‌شود. تحت تأثیر کاتالیزورهای پلیمریزاسیون، پیوند دوگانه می‌تواند شکسته شده و از پیوند یگانه اضافی حاصل برای اتصال به یک اتم کربن در یک مولکول اتیلن دیگر استفاده شود. بنابراین، اتیلن که به واحد تکرارشونده یک مولکول بزرگ پلیمری (چند واحدی) تبدیل می‌شود، دارای ساختار شیمیایی است به طوری که این ساختار ساده که هزاران بار در یک مولکول واحد تکرار می‌شود، کلید خواص پلی‌ اتیلن محسوب می‌شود.

مولکول‌های بلند و زنجیره‌ای، که در آنها اتم‌های هیدروژن به یک اسکلت کربنی متصل شده‌اند، می‌توانند به صورت خطی یا شاخه‌ای تولید شوند. نسخه‌های شاخه‌ای به عنوان پلی‌ اتیلن سبک (LDPE) یا پلی ‌اتیلن سبک خطی (LLDPE)؛ نسخه‌های خطی به عنوان پلی ‌اتیلن سنگین (HDPE) و پلی ‌اتیلن با وزن مولکولی فوق سنگین (UHMWPE) شناخته می‌شوند. ترکیب اولیه پلی ‌اتیلن را می‌توان با افزودن عناصر یا گروه‌های شیمیایی دیگر مانند پلی ‌اتیلن کلردار و کلروسولفونه اصلاح کرد. علاوه براین، اتیلن را می‌توان با مونومرهای دیگری مانند وینیل استات یا پروپیلن کوپلیمریزه کرد تا تعدادی کوپلیمر اتیلن تولید شود.

ترکیبات اصلی پلی اتیلن

1. پلی اتیلن سبک (LDPE): LDPE از اتیلن گازی تحت فشارهای بسیار بالا (تا حدود ۳۵۰ مگاپاسکال یا ۵۰۰۰۰ پوند بر اینچ مربع) و دماهای بالا (تا حدود ۳۵۰ درجه سانتیگراد [۶۶۰ ​​درجه فارنهایت]) در حضور آغازگرهای اکسیدی تهیه می‌شود. این فرآیندها منجر به ساختاری پلیمری با شاخه‌های بلند و کوتاه می‌شوند. از آنجا که شاخه‌ها مانع از فشرده شدن مولکول‌های پلی ‌اتیلن به صورت سخت، سفت و کریستالی می‌شوند، LDPE ماده‌ای بسیار انعطاف ‌پذیر است. همچنین نقطه ذوب آن تقریبا ۱۱۰ درجه سانتیگراد (۲۳۰ درجه فارنهایت) است. کاربردهای اصلی آن در تولید فیلم بسته ‌بندی، کیسه‌های زباله و مواد غذایی، مالچ کشاورزی، عایق سیم و کابل، بطری‌های فشاری، اسباب‌ بازی‌ها و لوازم خانگی است. کد بازیافت پلاستیک LDPE شماره ۴ است.

2. پلی اتیلن سبک خطی (LLDPE):LLDPE  از نظر ساختاری شبیه به LDPE است. این پلیمر با کوپلیمریزاسیون اتیلن با ۱-بوتن و مقادیر کمتری از ۱-هگزن و ۱-اکتن، با استفاده از کاتالیزورهای زیگلر-ناتا یا متالوسن ساخته می‌شود. ساختار حاصل دارای یک اسکلت خطی است اما شاخه‌های کوتاه و یکنواختی دارد که مانند شاخه‌های بلندتر LDPE از نزدیک شدن زنجیره‌های پلیمری به یکدیگر جلوگیری می‌کنند. به طور کلی، LLDPE خواص مشابهی با LDPE دارد و برای بازارهای مشابه رقابت می‌کند. از مزایای اصلی LLDPE این است که شرایط پلیمریزاسیون آن انرژی کمتری مصرف می‌کند و خواص پلیمر را می‌توان با تغییر نوع و مقدار مواد شیمیایی آن تغییر داد. کد بازیافت آن نیز شماره ۴ است.

3. پلی اتیلن سنگین (HDPE): HDPE شکل خطی پلی ‌اتیلن است که به عنوان پلی ‌اتیلن سنگین شناخته می‌شود. HDPE در دماها و فشارهای پایین و با استفاده از کاتالیزورهای زیگلر-ناتا و متالوسن یا اکسید کروم فعال (که به عنوان کاتالیزور فیلیپس شناخته می‌شود) تولید می‌شود. عدم وجود شاخه در ساختار آن به زنجیره‌های پلیمری اجازه می‌دهد تا به طور فشرده به هم بچسبند و در نتیجه، ماده‌ای متراکم و بسیار بلوری با استحکام بالا و سفتی متوسط ​​ایجاد شود. با نقطه ذوبی بیش از 20 درجه سانتیگراد (36 درجه فارنهایت) بالاتر از LDPE می‌تواند در دمای مکرر 120 درجه سانتیگراد (250 درجه فارنهایت) مقاومت کند تا بتوان آن را استریل کرد. محصولات شامل بطری‌های قالب ‌گیری شده با دمش برای شیر و پاک‌ کننده‌های خانگی؛ کیسه‌های مواد غذایی اکسترود شده با دمش، فیلم ساختمانی و مالچ کشاورزی؛ و سطل‌ها، درب‌ها، محفظه‌های لوازم خانگی و اسباب‌ بازی‌های قالب ‌گیری شده به روش قالب گیری تزریقی هستند. شماره کد بازیافت HDPE نیز شماره 2 است.

4. پلی ‌اتیلن با وزن مولکولی فوق سنگین (UHMWPE): پلی ‌اتیلن خطی را می‌توان در نسخه‌های با وزن مولکولی فوق سنگین (UHMWPE) با وزن مولکولی ۳،۰۰۰،۰۰۰ تا ۶،۰۰۰،۰۰۰ واحد اتمی، برخلاف ۵۰۰،۰۰۰ واحد اتمی برای HDPE تولید کرد. این پلیمرها را می‌توان به صورت الیاف ریسید و سپس آنها را کشید یا تا حالت بلوری بالا کشید که منجر به سفتی بالا و استحکام کششی چندین برابر فولاد می‌شود. نخ‌های ساخته شده از این الیاف در جلیقه‌های ضد گلوله بافته می‌شوند.

کوپلیمرهای اتیلن

اتیلن را می‌توان با تعدادی از ترکیبات دیگر کوپلیمریزه کرد. برای مثال، کوپلیمر اتیلن-وینیل استات (EVA) با کوپلیمریزاسیون اتیلن و وینیل استات تحت فشار و با استفاده از کاتالیزورهای رادیکال آزاد تولید می‌شود. گریدهای مختلفی از آن تولید می‌شود که میزان وینیل استات آنها از 5 تا 50 درصد وزنی متغیر است. کوپلیمرهای EVA نسبت به پلی ‌اتیلن در برابر گازها و رطوبت نفوذپذ یرتر هستند اما بلورینگی کمتری دارند و شفاف‌تر هستند و همچنین، مقاومت بهتری در برابر روغن و گریس از خود نشان می‌دهند. کاربردهای اصلی آن در تولید فیلم بسته‌  بندی، چسب‌ها، اسباب‌بازی‌ها، لوله‌ها، واشرها، پوشش‌های سیم، آسترهای درام و پشت فرش است. اتیلن اکریلیک اسید وکوپلیمرهای اتیلن-متاکریلیک اسید با استفاده از کاتالیزورهای رادیکال آزاد ازطریق پلیمریزاسیون تعلیقی یا امولسیونی تهیه می‌شوند. واحدهای تکرارشونده اکریلیک اسید و متاکریلیک اسید که 5 تا 20 درصد از کوپلیمرها را تشکیل می‌دهند.

گروه‌های کربوکسیل اسیدی در این واحدها با بازها خنثی می‌شوند تا گروه‌های یونی بسیار قطبی را تشکیل دهند که در امتداد زنجیره‌های پلی‌ اتیلن توزیع شده‌اند. این گروه‌ها که توسط بار الکتریکی خود به هم متصل می‌شوند، در "میکرودومین‌ها" به هم خوشه داده و پلاستیک را بدون از بین بردن توانایی آن برای قالب ‌گیری به شکل‌های دائمی، سفت و سخت می‌کنند. ناگفته نماند که پلیمرهای یونی از این نوع، یونومر نامیده می‌شوند. یونومرهای اتیلن-اکریلیک اسید و اتیلن-متاکریلیک اسید شفاف، نیمه بلوری بوده و در برابر رطوبت نیز نفوذناپذیر هستند. آنها در ساخت قطعات خودرو، فیلم بسته‌ بندی، کفش، پوشش‌های سطحی و پشت فرش به کار می‌روند. یکی از کوپلیمرهای برجسته اتیلن-متاکریلیک اسید، Surlyn است که به صورت پوشش‌های سخت، چقرمه و مقاوم در برابر سایش توپ گلف ساخته می‌شود. کوپلیمرهای مهم دیگر اتیلن، کوپلیمرهای اتیلن-پروپیلن هستند.

پلیمرهای صنعتی از ترکیبات ساده‌ای که به هم متصل شده‌اند تا زنجیره‌های طولانی تشکیل دهند، سنتز می‌شوند. به عنوان مثال، پلی وینیل کلراید (PVC) یک هموپلیمر صنعتی است که از واحدهای تکرار شونده وینیل کلراید سنتز می‌شود. در واقع، پلیمر به هر یک از دسته‌های مواد طبیعی یا مصنوعی که از مولکول‌های بسیار بزرگی به نام ماکرومولکول‌ها تشکیل شده‌اند و مضربی از واحدهای شیمیایی ساده‌تر به نام مونومرها هستند گفته می‌شود. پلیمرها بسیاری از مواد موجود در موجودات زنده به عنوان مثال پروتئین‌ها، سلولز و اسیدهای نوکلئیک را تشکیل می‌دهند. علاوه براین، آنها اساس مواد معدنی مانند الماس، کوارتز و فلدسپات و مواد ساخته دست بشر مانند بتن، شیشه، کاغذ، پلاستیک و لاستیک را تشکیل می‌دهند.

کلمه پلیمر به تعداد نامشخصی از واحدهای مونومر اشاره دارد. وقتی تعداد مونومرها بسیار زیاد باشد، گاهی اوقات به آن ترکیب پلیمر با چگالی بالا گفته می‌شود. پلیمرها به مونومرهایی با ترکیب شیمیایی یا وزن مولکولی و ساختار یکسان محدود نمی‌شوند. برخی از پلیمرهای طبیعی از یک نوع مونومر تشکیل شده‌اند. با این حال، اکثر پلیمرهای طبیعی و مصنوعی از دو یا چند نوع مونومر مختلف تشکیل شده‌اند. چنین پلیمرهایی به عنوان کوپلیمر شناخته می‌شوند.