پلی اتیلن با علامت اختصاری PE پرمصرف ترین پلیمر در دنیا از دسته ترموپلاستیک ها و متعلق به خانواده پلی اولفین هاست و نمایانگر بزرگترین گروه از ضایعات پلاستیکی می باشد.
پلی‌اتیلنها از خانواده گرمانرم‌ها یا ترموپلاستیکها می‌باشند که از طریق پلیمریزاسیون گاز اتیلن (C2H4) تولید می شوند. کنترل خواص نظیر چگالی، شاخص جریان مذاب (MFI)، بلورینگی، درجه شاخه‌ای و شبکه‌ای شدن، وزن مولکولی و توزیع وزن مولکولی این ماده از طریق کاتالیست و روش پلیمریزاسیون صورت می گیرد.
پلیمرهای با وزن مولکولی پایین را به عنوان روان‌کننده(Lubricant) به کار می‌برند. پلیمرهای با وزن مولکولی متوسط واکس‌هایی امتزاج پذیر (مخلوط پذیر) با پارافین می‌باشند و نهایتاً پلیمرهایی با وزن مولکولی بالاتر از ۶۰۰۰ در صنعت پلاستیک بیشترین حجم مصرف را به خود اختصاص می‌دهند.
پلی اتیلن ساده ترین ساختار را در بین تمام پلیمرهای تجاری دارد. یک مولکول پلی اتیلن زنجیره بلندی از اتم‌های کربن است که به هر اتم کربن دو اتم هیدروژن چسبیده است. گاهی اوقات به جای اتم‌های هیدروژن در مولکول، یک زنجیر بلند از اتیلن به اتم‌های کربن متصل می‌شود که به آنها پلی اتیلن شاخه‌ای یا سبک (LDPE) می‌گویند؛ چون چگالی آن به علت اشغال حجم بیشتر، کاهش یافته‌است. در این نوع پلی اتیلن مولکولهای اتیلن به شکل تصادفی به یکدیگر متصل می‌شوند و ریخت و شکل بسیار نامنظمی را ایجاد می‌کنند. تحت فشار و دمای بالا و اغلب با استفاده از پلیمریزاسیون رادیکال‌های آزاد وینیلی (Free radical polymerization) تولید می‌شود. البته برای تهیهٔ 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 می‌نامند که سخت تر از پلی اتیلن 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 پایین پلیمریزه می‌کنند. بیشتر به وسیلهٔ فرایند مشکلی که پلیمریزاسیون زیگلر ناتا نامیده می‌شود، تهیه می شود.
پلی اتیلنی نیز وجود دارد که چگالی آن مابین چگالی این دو پلیمر است و آن را پلی اتیلن نیمه سنگین یا پلی اتیلن 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. مادهٔ مزبور فرایند پذیری دشوارتری برخوردار بوده ولی خواص آن عالی است. هنگامی که از طریق تشعشع یا استفاده از مواد افزودنی شیمیایی، این پلیمر تماماً 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 ضربهٔ خوب در دامنهٔ 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 وسیلهٔ کوپلیمریزاسیون مونومراتیلن با یک مونومر آلکیل شاخه دار، 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.
کاربردهای پلی اتیلن
پلی‌اتیلن کاربرد فراوانی در تولید انواع لوازم پلاستیکی مورد استفاده در آشپزخانه و صنایع غذایی دارد. از LDPE در تولید ظروف پلاستیکی سبک و همچنین کیسه‌های پلاستیکی استفاده می‌شود. HDPE، 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 انعطاف‌پذیری در تهیه انواع وسایل پلاستیکی انعطاف‌پذیر مانند لوله‌هایی با قابلیت خم شدن کاربرد دارد. اخیراً پژوهش‌های فراوانی در تولید پلی اتیلن‌هایی 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 انعطاف‌پذیری LDPE را دارند.
ویژگیهای پلی اتیلن
مهم‌ترین ویژگیهای ذاتی پلی اتیلنهای تجاری برای کاربردهای اصلی عبارت‌اند از:
۱) چگالی ۲) نمایهٔ مذاب ۳) توزیع وزن مولکولی
چگالی
چگالی انواع پلی اتیلنها در محدودهٔ ۰٫۹۱۰ تا ۰٫۹۶۵ دارد و علت اینکه آن را تا سه رقم اعشار ذکر می‌کنند این است که ۰٫۰۰۳ تغییر در چگالی باعث تغییر قابل توجه‌ای در ویژگیها می‌شود. به طور کلی با افزایش چگالی، خطی بودن، سفتی، استحکام کششی، استحکام پارگی، دمای نرم شدن، شکنندگی، عمر خمشی، تمایل به ترک برداشتن افزایش می‌یابد. پلی اتیلنها بسته به چگالی، به چهار گونه پلی اتیلن با چگالی کم (LDPE)، با چگالی کم خطی (LLDPE)، با چگالی متوسط (MDPE) و با چگالی زیاد (HDPE) تقسیم می‌شوند.
نمایه مذاب یا شاخص جریان مذاب Melt Flow Index) MFI)
کاربردی‌ترین نشانهٔ ارتباط دهندهٔ ویژگیهای پلی اتیلن به متوسط وزن مولکولی است. شاخص جریان مذاب، وزن پلی اتیلنی (بر حسب گرم) است که در عرض ده دقیقه از میان یک روزنهٔ (Die) با عرض و طول ثابت در دمای ۱۹۰ درجه سانتیگراد بیرون می‌آید، و این در حالی است که وزنهٔ استانداردی بر روی پیستون محفظهٔ رانش که حاوی حدود سه گرم پلی اتیلن است، قرار دارد. شاخص جریان مذاب تا حدودی (اما نه دقیق) نسبت معکوس با گرانروی مذاب دارد. بنا بر این با افزایش وزن مولکولی متوسط، کاهش می‌یابد. شاخص جریان مذاب بالاتر، نشان دهندهٔ روانی بیشتر در دماهای فرآورش است. این نماد در اصل برای نشان دادن ویژگیهای سیلانی (روانی) به عنوان معیاری از قابلیت اکسترود شدن است. به طور کلی با افزایش شاخص جریان مذاب، استحکام کششی، مقاومت پارگی، دمای نرم شدن و چقرمگی پلی اتیلن کاهش می‌یابد.
توزیع وزن مولکولی
توزیع وزن مولکولی (Mw/Mn) نیز اثر بارزی بر روی ویژگیها دارد. با افزایش نسبت Mw/Mn استحکام کششی، دمای نرم شدن و چقرمگی کاهش می‌یابد و شکنندگی و تمایل به ترک برداشتن افزایش می‌یابد.
دمای ذوب در حدود ۱۲۰-۱۳۰ درجه سانتیگراد
دمای انتقال شیشه‌ای در حدود ۸۰- درجه سانتیگراد (با توجه به درصد تبلور پلیمر تغییر می‌کند)
منبع:
کتاب پلاستیکهای گرمانرم (تألیف س. س. شوارتز و س. ه. گودمن و ترجمه آقایان مهندس علی عباسیان و مهندس سام منوچهری و دکتر حسین نازک دست)
ثبت ديدگاه