پلی اتیلن چیست؟ پلی اتیلن (PE)، رایجترین و مقرون به صرفهترین پلاستیکی است که در همهجا مورد استفاده قرار میگیرد. این ماده که به نامهای پلی تن یا پلی اتن نیز شناخته میشود به راحتی قابلیت شکلپذیری دارد و به هر فرمی تبدیل میشود دلیل این فرمدهی نیز بدلیل ساختار کریستالی متغییر آن است.
ساختار پلیاتیلنها در علم شیمی آلی به صورت خطی است و بعنوان پلیمرهای افزودنی شناخته میشوند. پلیاتیلن بدلیل اینکه از واحدهای تکرار شونده یک نوع مولکول به نام اتیلن ساخته شده، بعنوان یک هموپلیمر نیز طبقهبندی میشود. PE بعنوان یک رزین سبک و زیر مجموعهایی از خانواده رزینهای پلی الفین است.
مشاهده و خرید اینترنتی انواع محصولات پلی اتیلنی، برای کسب اطلاعات بیشتر اینجا را کلیک کنید.
دستهبندی کلی پلی اتیلنها به 2 صورت است:
- پلی اتیلن با چگالی بالا یا HDPE که از نظر وزنی سبک و استحکام کششی بالایی دارد
- پلی اتیلن با چگالی کم یا LDPE که مقاومت شیمیایی بالایی دارد
اصلیترین کاربری پلیاتیلنها در صنعت بستهبندی است. ساخت کیسههای پلاستیکی، بطریها، ظروف و … بوسیله پلی اتیلن مصنوعی صورت میگیرد. در دنیای امروز که استفاده از محصولات پلاستیکی نسبت به قبل بیشتر شده تولید سالانه پلی اتیلن را به بیش از 100 میلیون تن در سال رسانده. دلیل این کاربری بالا هم بخاطر خاصیت سخت و مقاومی است که در برابر سایش دارند.
بیشترین نوع پلیاتیلن از نوع ترموپلاستیک هستند یعنی قابلیت حرارت دادن دارند و میتوان آنها را قالب زد. فرمول کلی پلی اتیلن به صورت n(C2H4) میباشد.
مطلب مرتبط : آشنایی با ساختار بسپار یا پلیمر
فرآیند تولید پلی اتیلن چیست؟ و چگونه انجام میشود؟
ماده اولیه برای تولید پلی اتیلن، اتیلن است. اتیلن یک هیدروکربن آلی با فرمول شیمیایی C2H4 است. تولید پلیاتیلن بوسیله واکنش پلیمریزاسیون صورت میگیرد. اتیلن نوعی گاز بی رنگ است که از 2 اتم کربن و 4 اتم هیدروژن ساخته شده. پیوند بین کربنها از نوع 2 گانه است. پلی اتیلن مانند سایر دیگر پلاستیکها با تقطیر سوختهای هیدرو کربنی به گروههای سبکتری تقسیم میگردد.
فرآیند تولید پلی اتیلن به 5 گروه تقسیم میشود:
- فرآیند فشار بالای لولهای
- فرآیند فشار بالای اتوکلاو
- محصول سوسپانسیون (فاز مایع)
- محلول
- گازی
صرف نظر از هریک از این روشها، نوع واکنش شیمیایی که اتفاق میافتد به صورت یکسان است. یعنی پیوندها دو گانهایی که بین اتم کربن وجود دارد تحت واکنش شکسته میشود و در نهایت زنجیرهایی از مولکولهای اتیلن به وجود میآید. واکنشهای شیمیایی تا زمانی اتفاق میافتد که طول زنجیره ثابت شود. در نهایت با اتصال هزاران واحد مونوی از اتیلن، پلیمری به نام پلیاتلین تشکیل میگردد.
تبدیل اتیلن به پلیاتیلن یک واکنش گرمازا است که از طریق کاتالیزورهای مناسب انجام میشود. یکی از رایجترین کاتالیزورهای مورد استفاده برای پلیمریزاسیون، کلرید تیتانیوم (|||) است. گاهی این ماده بعنوان کاتالیزور زیگلر- ناتا Ziegler-Natta شناخته میشود.
آیا پلی اتیلن سمی است؟
پلیاتیلن اگر به صورت جامد باشد خاصیت سمی ندارد. اما در طول فرآیند تولید به صورت مایع باشد و یا استنشاق شود از طریق پوست و چشم جذب میشود و میتواند خاصیت سمی خود را در بدن نمایان کند. حتما قبل از اینکه بخواهید فعالیتی را با این ماده انجام دهید از قبل دستورالعملهای آنرا مطالعه نمایید.
دلیل استفاده زیاد از پلی اتیلن چیست؟
حتما برای شما هم این سوال پیش آمده که عوامل اثر گذار بر محبوبیت پلی اتیلن چیست؟ و چرا در صنایع مختلف از آن استفاده میگردد؟
پلی اتیلن یک کالای پلاستیکی فوقالعاده مفید است و بدلیل تنوع، در طیف وسیعی از کاربردها گنجانده میشود. در برخی از صنایع پلیاتیلن جایگزین مواد اولیهایی همچون بتن، فلز، چدن و … شده. محصولاتی که بعنوان مشتقات مواد پلیاتیلنی هستند از وزن سبک، طول عمر بالا، استحکام زیاد، مقاومت در برابر اشعه UV و خوردگی، انعطافپذیری و قیمت برخوردار هستند. همین امر باعث میشود تا کاربرد آن فراتر از تصور ما باشد.
تاریخچه تولید
شیمدانی آلمانی به نام هانس فون پچمن Hans von Pechmann در سال 1898، حین حرارت دادن دی ازومتان توانست به اطلاعات اولیهایی در رابطه با ساختار پلیاتیلن برسد. او از حرارت دادن این ماده به محصول مومی سفید رنگی دست پیدا کرد که بعد از مدتی پلی اتیلن نامگذاری شد.
با تجزیه و تحلیل این ماده سفید توسط یوگن بامبرگر و فردریش تشرنر به این موضوع پی برده شد که زنجیرههای بلندی از -CH2- که پلیمتیلن نام دارند در این ماده مومی سفید وجود دارد. اولین سنتز صنعتی و کاربردی پلی اتیلن در سال 1933 که البته به صورت تصادفی رخ داد، توسط اریک فاوست و رجینالد گیبسون کشف شد.
این دو محقق به ترکیب دو ماده اتیلن و بنزآلدئید، فشار بسیار بالا اعمال کردند که خروجی آنها یک ماده مومی با رنگ سفید بود. از نقاط عطفی که در سنتز پلیاتیلن رخ داد توسعه و کشف تعدادی کاتالیزور بود. بعنوان مثال اولین کاتالیزوری که کشف شد عملکردی مبتنی بر تریاکسید کروم داشت که در سال 1951 توسط رابرت بنکس و جی پل هوگان رخ داد.
سال 1953 زیگلر، شیمیدان آلمانی، یک سیستم کاتالیزوری که مبنای آن هالیدهای تیتانیوم و ترکیبات آلی آلومینیومی بود ایجاد کرد. سه کاتالیزور اصلی که امروزه به صورت تجاری مورد استفاده قرار میگیرند:
- زیگلر- ناتا
- فیلیپس
- کاتالیزور مبتنی بر متالوسن
هستند. متالوسنها در سال 1976 در آلمان توسط والتر کامینسکی و هانسیورگ سین کشف شد. متالوسنها بعنوان فعالترین کاتالیزورها برای پلیمریزاسیون اتیلن شناخته شده بودند. تحقیقات به روی کاتالیزورها، توسعه و شناخت فلزات سازگار با آنها هنوز هم ادامه دارد.
بسپار استور، بزرگترین فروشگاه انواع بسته بندی های پلاستیکی، برای مشاهده و دریافت اطلاعات بیشتر روی لینک کلیک کنید.
ساختار شیمیایی
فرمول شیمیایی اتیلن C2H4 است. هر مولکول اتیلن از دو گروه متلین یا CH2 تشکیل شده که توسط پیوند 2 گانه به یکدیگر متصل شدهاند. در شکل زیر ساختار مولکولی و شیمیایی آنرا مشاهده میکنید. رفتار شیمیایی این پلیمر شبیه به پارافین است چون در ساختار خود هیدروکربنهای غیر قطبی با وزن بالا که به صورت اشباع هستند وجود دارد.
تولید پلی اتلین به روشهای مختلفی صورت میگیرد از جمله آنها میتوان به پلیمریزاسیون رادیکال، پلیمریزاسیون افزودنی آنیونی و کاتیونی و پلیمریزاسیون هماهنگی یونی اشاره کرد. هریک از این روشها باعث تولید نوع متفاوتی از پلی اتیلن میشوند. پلیاتیلنها بر اساس نحوه واکنش پلاستیک به گرما بعنوان یک ترموپلاستیک در نظر گرفته میشوند.
مواد ترموپلاستیک در نقطه ذوب خود که 110 تا 130 درجه سانتیگراد است به مایع تبدیل میشوند. یکی از ویژگیهای بارز و مفیدی که در ترموپلاستیکها وجود دارد این است که میتوانند در نقطه ذوب خود گرم و سرد شوند و مجدد بدون هیچگونه تخریب آسیبدیدگی گرم گردد.
گریدهای مختلف پلی اتیلن
گریدهای مختلفی از پلیاتیلن وجود دارد که بر اساس ویژگیهایی همچون وزن مولکولی، چگالی و انشعاب به 3 دسته کلی: پلی اتیلن شاخهای، پلیاتیلن خطی، پلیاتیلن متقاطع تقسیم میشوند.
- پلیاتیلن با وزن مولکولی بسیار بالا UHMWPE
- پلیاتیلن با وزن مولکولی بسیار کم ULMWPE-PE-WAX
- پلیاتیلن با وزن مولکولی بالا HMWPE
- پلیاتلین با چگالی بالا HDPE
- پلیاتیلن شبکهای با چگالی بالا HDXLPE
- پلیاتیلن متقاطع PEX
- پلیاتیلن با چگالی متوسط MDPE
- پلیاتیلن با چگالی کم LDPE
- پلیاتیلن با خطی با چگالی کم LLDPE
- پلیاتیلن با چگالی بسیار کم VLDPE
خاصیت مولکول پلی اتیلن چیست؟
خاصیت مکانیکی پلیاتیلن به صورت قابل توجهی به متغیرهایی مثل میزان و نوع انشعاب، ساختار کریستالی و همچنین وزن مولکولی وابسته است. گریدهای رایج تجاری پلی اتیلن که چگالی متوسط و بالا دارند، نقطه ذوب حدودا 120 الی 130 درجه سانتیگراد است.
پلی اتیلن متوسط تجاری با چگالی کم نقطه ذوبی معمولا بین 105 الی 115 درجه سانتیگراد را دارد. بیشتر گریدهای LDPE، MDPE و HDPE مقاومت شیمیایی بالایی دارند. همچنین بخاطر حالت کریستالی که دارند در دمای اتاق خاصیت انحلالپذیری ندارند. تقریبا همه پلیاتیلنها به غیر از پلیاتیلن شبکهایی اگر در دمای بالا باشند میتوانند با هیدروکربنهای آروماتیک مثل تولوئن، زایلن و حلالهای کلردار ترکیب شوند.
پلی اتیلن UHMWPE
پلی اتیلن UHMWPE وزن مولکولی بالایی دارد برآوردی که برای آن تخمین زده شده چیزی حدود میلونها دالتون (3.1 تا 5.67 میلیون دالتون) است. وزن مولکولی بالا منجر به بستهبندی کمتر زنجیرهها در ساختار کریستالی میشود. UHMWPE را میتوان بوسیله هر فناوری کاتالیزوری ساخت البته کاتالیزور Ziegler رایجتر است.
پلی اتیلن UHMWPE خاصیت برش، سایش و مقاومت شیمیایی بالایی دارد. از جمله کاربریهای این محصول در تولید و ساخت قطعات ماشین آلات، اتصالات مصنوعی، جلیقههای ضد گلوله، تخته گوشت و … است.
HDPE
چگالی این پلیاتلین مساوی و یا بیشتر از 0.941 گرم بر سانتیمتر مکعب است. HDPE درجه انشعاب پایینی دارد و در نتیجه نیروهای بین مولکولی قویتر و استحکام کششی بیشتری دارد. HDPE میتواند توسط کاتالیزورهای کروم- سیلیکا، Ziegler-Natta و متالوسن تولید گردد.
در محصولاتی همچون بطری شیر، لوله آب، ظرف زباله و … کاربرد دارد. استحکام این محصول بقدری بالا است که میتوان آنرا در برخی از تجهیزات نظامی مثل پوسته داخلی لوله خمپاره استفاده کرد. از دیگر ویژگیهای HDPE میتوان به خاصیت بازیافتی آن و عدم نمایش بوسیله اشعه ايكس را ذکر کرد.
PEX
PEX پلی اتیلن شبکهایی (متقاطع) با چگالی متوسط تا بالا حاوی پیوندهای متقاطع است که به ساختار پلیمر وارد شده. PEX قابلیت تغییر ساختار مولکولی پلیاتیلن را دارد. بعنوان مثال توانایی ایجاد اتصال عرضی بین پلیمرهای ترموپلاست (گرما نرم) و الاستومر (پلیمری با خاصیت الاستیسته) را دارد.
در برخی از سیستمهای لولهکشی آب، آبپاشهای آتش نشانی و … به کار میرود. یکی از معایب این پلیاتلین عدم کارایی در دمای بالاتر از 60 درجه سانتیگراد است. انعطافپذیری بالا، مقاومت در برابر فرسودگی مخصوصا در برابر تماس با کلر و نصب سریع و آسان از ویژگیهای بارز این محصول است.
MDPE
چگالی MDPE بین 0.926 الی 0.940 گرم بر سانتیمتر مکعب است. تولید این محصول توسط کاتالیزورهای کروم- سیلیکا، Ziegler-Natta و یا متالوسن انجام میشود. مقاومت MDPE در برابر ضربه و سقوط بالا است. همچنین نسبت به HDPE حساسیت کمتری در برابر ترک خوردگی و تنشهای محیطی دارد. در اتصالات و لولهکشی گاز، تولید گونی و کیسه و … از این نوع پلیاتلین استفاده میگردد.
LLDPE
این ماده بعنوان یک پلیاتیلن خطی است با تعداد قابل توجهی شاخههای کوتاه. ساخت این پلی اتیلن سبک بوسیله کوپلیمریزاسیون اتیلن با آلفا الفینهایی که زنجیره کوتاه دارند، صورت میگیرد. محدوده چگالی این ماده 0.915 تا 0.925 گرم بر سانتیمتر مکعب است.
LLDPE استحکام کششی، مقاومت در برابر ضربه و سوراخ شدن بالاتری نسبت به LDPE دارد. LLDPE بدلیل انعطافپذیری و شفافیت بالا برای ساخت و تولید پوشش کابل، درب پلاستیکی ظرف و سطل و اسباببازی مورد استفاده قرار میگیرد.
LDPE
نام دیگر این ماده پلیاتیلن سبک یا پلی اتیلن با چگالی کم است. محدوده چگالی LDPE بین 0.910 تا 0.940 گرم بر سانتیمتر مکعب است. پلی اتیلن سبک دارای درجه بالایی از انشعاب زنجیره کوتاه و بلند است، یعنی نیروی بین مولکولی قوی کمتری دارند. چون جاذبه دو قطبی القایی بین آنها کم است.
از مهمترین خاصیت LDPEها میتوان به:
- جذب آب بسیار کم
- خاصیت عایق الکتریکی بالا
- مقاومت در برابر دما تا 80 درجه به صورت مداوم
- مطابقت با FDA
- مقاومت در برابر الکلها
اشاره کرد.
VLDPE
این محصول بدلیل چگالی بسیار پایین، انعطافپذیری بالا دارد و احتمال آسیب دیدگی آن طی فرآیند نصب کم میشود. VLDPE با استفاده از کاتالیزورهای متالوسن تولید میگردد. محدوده چگالی این پلیاتیلن 0.880 تا 0.915 گرم تعریف شده. بسته به درجه سختی در تولید محصولاتی مثل کیسههای یخ، بستهبندی مواد غذایی و … مورد استفاده قرار میگیرد.
عوامل موثر بر قیمت
پلی اتیلن بعنوان ماده اولیه برای ساخت بسیاری از وسایل و تجهیزات مورد استفاده قرار میگیرد به همین دلیل تحت تاثیر بازارهای جهانی و نوسانات ارزی نیز هست. از جمله عوامل اثر گذار مستقیم میتوان به قیمت نفت، دلار، رقابت برخی شرکتها در بورس، قیمتگذاری برخی شرکتها را نام برد.
کاربرد
- تولید سطل زباله
- لوله و شیلنگ
- عایق
- بظریهای پلاستیکی
- بستهبندی محافظ
- تشکهای بازی در شهربازی
- خرید بستهبندی مواد غذایی
- پوشش پالت
- گونی
- دستکش جراحی
معایب استفاده از پلی اتیلن چیست؟
در کنار کاربری بالایی که این ماده دارد معایبی نیز برای هر 2 دسته پلیاتیلن سنگین و سبک آن وجود دارد.
- سنگین
در برابر فشار ممکن است دچار ترک خوردگی شود
مقاومت کم در برابر اشعه ماورا بنفش
- سبک
امکان ترک خوردگی در برابر فشار
سختی و مقاومت کم در دمای بالا
در برابر اشعه ماورا بنفش مقاومت ضعیفی دارد
قابلیت بالای اشتعال
امکان نشت و نفوذ گاز مخصوصا دی اکسید کربن
LDPE |
HDPE |
تزریق قالب گیری |
|
|
|
اکستروژن |
|
|
|
شباهت LDPE و HDPE
- هر 2 ترموپلاستیکی با نقطه ذوب نسبتا کم هستند
- امکان قالبگیری سریع و تزریق را فراهم میکند
- وزن نسبتا سبک در مقایسه با دیگر پلیاتلینها دارد
- مقاومت بالا در برابر ضربه، بخار آب و مواد شیمیایی
- قابلیت بازیافت راحت
تفاوت LDPE و HDPE
- چگالی LD کم و HD بالا است
- LD خاصیت نرم و انعطافپذیر دارد
- LD در دمای پایینتذی ذوب میشود
- LD در تنشهاي محيطی احتمال ترک خوردگی وشکسته شدن دارد
- مقاومت HD در برابر فشار و تنش محیطی بالاتر است و انعطاف بالاتری دارد
- فرآیند بازیافت هر دو متفاوت است HD 2 و LD 4
آیا پلی اتیلن قابل بازیافت است؟
بازیافت یکی از روشهای کاهش زباله در محیط زیست است. از آنجا که پلاستیک ساخته دست بشر است، بازیافت آن نیز باید طی پروسه مشخصی صورت گیرد چون این مواد به میکروارگانیزمها مقاوم هستند و در دسته زیست تخریب پذیر قرار میگیرند. فرآیند بازیافت پلیاتیلن روشی است که در آن ضایعات پلی اتیلن جمعآوری میشود و مجدد به محصولات با ارزش تبدیل میشود. سادهترین روشی که برای بازیافت مواد پلاستیکی انجام میشود شامل جمعآوری، مرتبسازی، شستشو، خرد کردن، ذوب و گلولهسازی آن است.
بر اساس نوع محصول بازیافتی جمعآوری مواد زائد با یکدیگر متفاوت هستند. کیسهها، سطل زباله، بطری و موادی که در حاشیه رودخانه و جنگل هستند هریک ساختار متفاوتی دارند که باید بر اساس نوع تفکیک شوند. این مواد پس از جمعآوری در هر گروه پلیاتیلن قرار میگیرد و به صورت ماشینی یا دستی ناخالصیهای آنها حذف میشود.
ناخالصیها مثل چسب، روغن، برچسبها و … که باعث اختلال در روند بازیافت میشود، حذف میگردند. سپس به ذرات ریزتر خرد شده و وارد دستگاههای مختلف میشود. مواد حاصل از بازیافت برای ساخت محصولات پلاستیکی جدید به کار میروند. علاوه بر ظروف پلاستیکی، برای تولید افزودنیهای داخل آسفالت، چسباندن سنگ فرش، بلوکسازی و … استفاده میشود.
به طور کلی فرآیندهای بازیافت پلی اتیلن به صورت مکانیکی، شیمیایی و بازیابی انرژی دستهبندی میگردد. فرآیند بازیافت مکانیکی شامل استفاده از گرانولها یا گلولههای پلاستیکی طبقهبندی میگردد. سطل زباله، اسباببازی، بطری و کیسه از جمله محصولاتی هستند که طی فرآیندهای مکانیکی قابلیت بازیافت دارند. کیفیت هریک از محصولات را میتوان با افزودن تقویتکنندهها و تثبتکنندهها بهبود بخشید.
فیلم پلی اتیلنی چیست ؟
فیلم پلی اتیلنی از همان پلیمرهای اولیه نظیر پلی اتیلن، پلی وینیل کلراید، پلی آمید، پلی الفین و … تولید میشود. فیلم PE از پلاستیکهای انعطافپذیر که ضخامتی بین 5 تا 500 میکرون را دارند تولید میشوند. در زمان تولید از گریدهای مختلف این محصول میتوان استفاده کرد بعنوان مثال میتوان پلی اتیلن سبک، پلی اتیلن خطی، پلی اتیلن سنگین و دیگر موارد را نام برد. هدف از تولید فیلمهای پلی اتیلنی ایجاد محصولات خاصی هستند که اغلب در زمینه تولید، بسته بندی و چاپ مورد استفاده قرار میگیرند. به روی محصول نهایی انواع عملیات برش و دوخت قابل اجرا میباشد تا در نهایت مشتری محصولی مطابق با نیاز خود را دریافت نماید. بسته بندی های مواد غذایی، محصولات دارویی، آرایشی و بهداشتی و … از جمله مثالهایی هستند که میتوان برای فیلمهای PE نام برد.
انواع فیلم های پلی اتیلنی
- فیلم استرچ
- استرچ غذایی
- فیلم شیرینگ پلی اتیلنی
- فیلم پلی اتیلنی نازک
- فیلم پلی اتیلنی نایلونی
- فیلم پلی اتیلنی شفاف
- فیلم پلی اتیلنی رنگی
- فیلم پلی اتیلنی نایلونی
- فیلم پلی اتیلنی نایلکسی
کاربرد فیلم های PE در چه صنایعی است؟
همانطور که در بالا اشاره کردیم فیلمهای پلی اتیلنی دارای گرید بندی مختلف هستند. بر اساس نوع محصول و نیاز مشتری کاربری این فیلم متغییر است. بعنوان مثال در بسته بندی مواد غذایی و دارویی و بهداشتی حتما باید از محصولات فودگرید که دارای تاییدههای بهداشتی هستند استفاده شود چرا که مستقیما با سلامت انسان در تماس است. اما برای بسته بندی محصولات ساختمانی، قطعات صنعتی و ساختمانی لزومی ندارد که حتما از مواد فودگرید استفاده کنیم در اینجا ضخامت برای مشتری بیشتر اهمیت دارد.
- بسته بندی مواد غذایی
- بسته بندی علوفه
- بسته بندی اقلام بهداشتی
- پوشش نمای ساختمان
- پوشش کف
- بسته بندی قطعات صنعتی
- پوشش محافظ خاک
از جمله کاربریهای فیلمهای پلی اتیلنی به حساب میآیند.
ویژگی فیلم پلی اتیلن چیست ؟
- دوخت پذیری بالا
- قابلیت بازیافت
- کشسانی
- نرمی
- چاپ پذیری
- قابلیت لمینت سازی
- ترکیب پذیر با دیگر مواد پلیمری
- قیمت اقتصادی
- مقاوم به آسیبهای فیزیکی
- غیرقابل نفوذ به رطوبت و گرد و خاک
سخن پایانی
تلاش کردیم در این مقاله به صورت جامع در رابطه با موضوع “پلی اتیلن چیست و چه ساختار و کاربردی دارد” بپردازیم تا شما با ساختمان مولکولی آن و انواع مشتقات آن آشنا شوید. مجموعه بسپار نگار بعنوان یکی از تولیدکنندگان محصولات بر پایه پلی اتیلن توانسته بخش بزرگی از نیاز بازار ایران و برخی از کشورهای همسایه را برطرف نمایید. جهت کسب اطلاعات بیشتر با کارشناسان فروش مجموعه در تماس باشید.
2 comments
علیرضا پارسا
سلام. وقتتون بخیر. من از شیراز تماس میگیرم. میخوام خرید کنم فقط میخوام بدونم چند روزه دستم میرسه؟
basparstoreنویسنده
سلام جناب پارسال وقت شما هم بخیر
سفارشاتون رو با پست پیشتاز یا تی پاکس ارسال کنیم اگر تو روزهای کاری باشه حداکثر 3 روز طول میکشه.