زیر مجموعه های پلی اتیلن کدامند؟
پلی اتیلن و یا پلی تین که با نام اختصاریPE نیز شناخته میشود (در سیستم مجمع بین المللی شیمی خالص و کاربردی به ان نام پلی تن یا پلی متیلن نیز داده شده است)، رایج ترین و معمول ترین نوع پلاستیک است. تا سال 2017، بیش از 100 میلیون تن رزین پلی اتیلن به طور سالانه تولید شده اند که این مقدار حدود 34 درصد از مقدار کل پلاستیکهای بازار را تشکیل میدهد. کاربری اولیه ان در بسته بندیکیسه های پلاستیکی، فیلم پلاستیکی (یک ماده پلیمری نازک و ورقه ای )، ژئوممبران( پوشش یا عایقی ترکیبی با قابلیت نشت پایین که در پروژه های مرتبط با مهندسی ژئوتکنیک به کاربرده میشود)، ظروف مانند بطری های اب و سایر موارد می باشد. انواع متفاوتی از پلی اتیلن وجود دارند ولی نوعی از ان با فرمول شیمیایی (C2H4)n شهرت زیادی دارد. پلی اتیلن معمولا ترکیبی از پلیمرهای مشابه اتیلن با انواع گوناگونی از nمیباشد. پلی اتیلن در دسته ترموپلاستیک ها قرار میگیرد اگرچه این امکان نیز وجود دارد که پس از تغییراتی به پلاستیک ترموست تبدیل شود مانند پلی اتیلن های تقاطعی.
نام گذاری پلی اتیلن
پلی اتیلن نوعی پلیمر یا پلاستیک است که از زنجیره های بلند و طولانی مونومری با نام اتیلن ساخته شده است (نام دیگر آن اتین است). نام علمی پیشنهادی برای این ماده با عنوان پلی اتیلن از نام علمی مونومر ان بدست امده است. در انگلستان، پلی اتیلن به طور کلی پلی اتین نامیده میشود.
در شرایطی ویژه، بهتر است تا از نام گذاری ساختار محور استفاده کنیم. در این صورت مجمع بین المللی شیمی خالص و کاربردی پیشنهاد میکند که از نام پلی(متیلن) استفاده کنیم. این تفاوت ناشی از باز شدن پیوند دوتایی مونومر در طی پلیمریزاسیون و یا بسپارش است.
در صنعت پلیمر، گاهی این نام به صورت مخفف و به حالت PE استفاده میشود. همانند مواردی که در آن پلی پروپیلین و پلی استرین به ترتیب با نامهای PP, PS خلاصه میشوند.
طبقه بندی پلی اتیلن
انواع گوناگون پلی اتیلن ها با توجه به وزن مولکولی، چگالی و حالت شاخه ای تقسیم بندی میشوند. نام زیر مجموعه های پلی اتیلن در این قسمت اورده شده پس از ان نیز به ویژگی ها و کاربردهای انها به طور جداگانه می پردازیم:
1. پلی اتیلن با وزن مولکولی خیلی بالا (UHMWPE):
وزن مولکولی این نوع از پلیمر میلیون ها دالتون است و این مقدار بین 3.1 تا 5.67 میلیون دالتون قرار میگیرد. وزن بالای مولکولی باعث میشود تا بسته بندی زنجیره ها در ساختار کریستالی به صورت خیلی کارامدی صورت نگیرد. این مورد در پلی اتیلنهایی که چگالی کمتری نسبت به انواع با چگالی بالا دارند(بین 0.930 تا 0.935 گرم بر سانتی متر مکعب) به خوبی مشخص شده است. وزن بالای مولکولی، ماده ای با سختی و استحکام زیاد را بوجود می اورد. میتوان پلی اتیلن با وزن مولکولی خیلی بالا (UHMWPE) را از انواع فناوری های کاتالیزوری بدست اورد ولی کاتالیزور Ziegler بیشترین کاربرد را دارد. این ماده با توجه به سختی زیاد، مقاومت بالا در برابر مواد شیمیایی، برش و خوردگی، در تولید محصولات متنوعی استفاده میشود مانند قوطی و قطعات متحرک در ماشین آلات بافندگی، یاطاقان، چرخ دنده ها، مفاصل مصنوعی، حفاظ لبه در غلطک های یخ، تخته های خرد کننده قصابی. ماده یاد شده با آرامیدها در ساخت جلیقه های ضد گلوله رقابت میکند، همانند فیبر های اسپکترا یا Dyneema
2. پلی اتیلن با چگالی بالا (HDPE):
پلی اتیلن با چگالی بالا (HDPE)، مقدار چگالی برابر با 0.941 گرم بر سانتی متر مکعب و یا بیشتر دارد. این ماده حالت شاخه ای (برخورداری از زنجیره های ثانویه ای پلیمری که به زنجیره های اصلی وصل شده اند) کمی دارد ولی فشار های بین مولکولی و استحکام کششی ان بیش تر است. میتوان ماده یاد شده را به کمک انواع کاتالیزورهایی مانند chromium/silica، Ziegler-Natta و یا متالوسن ها ساخت. انتخاب صحیح کاتالیزورها به بهبود حالت شاخه ای و وضعیت شیمیایی HDPE کمک میکند. از این ماده در ساخت بسته و محصولاتی از جمله شیشه شیر،ظرف مواد پاک کننده، ظروف زباله و لوله های آب بهره گرفته میشود. وسایل اتش بازی نیز در این دسته قرار میگیرند.
3. پلی اتیلن متقاطع (PEX):
پلی اتیلن متقاطع نوعی پلی اتیلن با چگالی بالا است که پیوندهایی متقاطع و یا ضربدری را در ساختار خود دارد. این پیوندهای متقاطع حالت ترموپلاست (موادی که با حرارت تغییر شکل میدهند) را به الاستوم (موادی با خاصیت ارتجاعی بالا) تغییر میدهد. در این وضعیت، خصوصیات پلیمر در دمای بالا بهبود یافته و مقاومت شیمیایی ان نیز بیشتر میشود ولی جریان ان کاهش می یابد. از PEX در سیستمهای لوله کشی اب های آشامیدنی نیز استفاده میشود. لوله های ساخته شده از این ماده این قابلیت را دارند که گسترش یافته و با بخش های فلزی در یک راستا قرار گیرند. همچنین میتوان انها را به حالت اولیه خود تبدیل نمودو یک ارتباط آبی دائمی را بوجود اورد.
4. پلی اتیلن با چگالی متوسط (MDPE):
چگالی این دسته از پلی اتیلن ها بین 0/926 تا 0.940 گرم بر سانتی متر مکعب میابشد. میتوان ان را با استفاده از کاتالیزورهای chromium/silica، Ziegler-Natta یا متالوسن ها ساخت. MDPE مقاومت خوبی در برابر ضربه و افتادن دارد ودر مقایسه با HDPE حساسیت ان در برابر بریدگی کمتر است و در برابر شکافهای حاصل از فشار مقاوم تر است. از این ماده برای ساخت لوله های گاز، کیسه، فیلهای شرینک (ماده ای که از فیلم های پلاستیک پلیمری ساخته میشود)، کیف های ساک مانند، درب قوطی هااستفاده میشود.
5. پلی اتیلن کم چگالی باریک (LLDPE):
میزان چگالی این پلی اتیلن های کم چگالی باریک مقداری بین 0.915 تا 0.925 گرم بر سانتی متر مکعب است. این ماده نوعی پلیمر باریک و نازک است و شاخه های کوتاهی هم دارد و با بسپارش بین اتیلن و آلفا-الفین های کوتاه زنجیر بوجود می اید. استحکام کششی ان نیز در مقایسه با پلی اتیلن کم چگالی بیشتر است و مقاومت بهتری در برابر فشار و سوراخی دارد. اگرچه ماده یاد شده دارای کاربردهای فراوانی میباشد ولی به طور عمده در ساخت فیلمهای بسته بندی به کاربرده میشود. این انتخاب ناشی از ویژگی هایی مانند سختی، انعطاف پذیری و شفافیت نسبی ان است. همچنین پلی اتیلن های کم چگالی باریک در ساخت پوشش کابلی، اسباب بازی ها، سطل و ظروف کاربرد دارند.
میزان چگالی این نوع از پلی اتیلنها بین 0.910 تا 0.940 گرم بر سانتی متر مکعب میباشد. درجه شاخه ای ان نیز بالا بوده و این بدین معنی است که زنجیره ها نمی توانند به خوبی در بسته های کریستالی قرار گیرند. بنابراین فشار های بین مولکولی ان قوی نبوده و جاذبه دوقطبی-لحظه ای، دوقطبی القا شده ان هم پایین است. این موارد منجر به استحکام کششی پایین و افزایش حالت شکل پذیری میشوند. پلی اتیلن کم چگالی با بسپارش رادیکال های ازاد بوجود می اید. حالت قوی شاخه پذیری باعث میشود تا این ماده ویژگی های جریانی خیلی خوبی داشته باشد. از این ماده برای ساخت ظروف سخت و همچنین محصولات فیلمهای پلاستیکی مانند کیسه های پلاستیکی و بسته بندی ها استفاده میشود.
میزان غلظت پلی اتیلن با چگالی خیلی کم (VLDPE) در محدوده ی 0.88 و 0.915 گرم بر سانتی متر مکعب است. این نوعی از پلیمر باریک میباشد و تعداد زیادی شاخه با طول کوتاه دارد و با هم بسپارش یا پلیمریزاسیون بین اتیلن و الفا-الفین های کوتاه زنجیر بدست می اید . پلی اتیلن های با چگالی خیلی کم (VLDPE) عمدتا توسط کاتالیزورهای متالوسن ساخته میشوند زیرامشارکت میان مونومری در این نوع از واکنش گرها بیشتر است. درجات متفاوتی از پلی اتیلن با چگالی خیلی کم (VLDPE) برای تولید شلنگ و لوله، بسته های یخ و غذاهای منجمد، پوشش های کششی فویل مانند که از فیلم پلاستیک ساخته میشوند، به کاربرده میشوند. اگر این ماده با سایر پلیمرها ترکیب شود نیز میتوان در تولید موادی به کاربرده شود که به بهبود استحکام و حالت ارتجاعی ماده کمک میکنند.
اخیرا،تحقیقات بسیاری در خصوص طبیعت و توزیع شاخه های زنجیره های بلند در پلی اتیلن صورت گرفته است. در پلی اتیلن با چگالی بالا (HDPE)، تعداد کمی از این شاخه ها در حدود 1 در صد یا هزار در هر ساختار کربنی میتوانند به طور قابل توجهی بر ویژگی های رئولوژیکی پلیمر اثر گذارند.(ویژگی های حاصل از قرار گیری ماده در برابر فشار و ضربه)
سایر کوپلیمرها (هم بسپارها)
علاوه بر هم بسپارش بین الفا-الفینها که برای تولید پلی اتیلن کم چگالی باریک (LLDPE) و پلی اتیلن با چگالی خیلی کم (VLDPE) استفاده میشود، امکان هم بسپارش بین اتیلن و انواع گوناگونی از سایر مونومرها هم وجود دارد. از انواع معمول ان میتوان به این موارد اشاره نمود:
