مقدمه ای در مورد پلی اتیلن

پلی اتیلن خانواده‌ای از رزینها می باشند که از طریق پلیمریزاسیون گاز اتیلن ( C2H4 ) بدست می آیند . از طریق کاتالیست و روش پلیمریزاسیون این ماده می توان خواص مختلفی همچون چگالی، شاخص جریان مذاب (MFI) ، بلورینگی، درجهء شاخه ای و شبکه ای شدن، وزن مولکولی و توزیع وزن مولکولی را در آنها کنترل کرد. پلیمرهای با وزن مولکولی پائین را به عنوان روان کننده(Lubricant) به کار می برند. پلیمرهای با وزن مولکولی متوسط واکس هایی امتزاج پذیر (مخلوط پذیر) با پارافین می باشند و نهایتا پلیمرهایی با وزن مولکولی بالاتر6000 در صنعت پلاستیک بیشترین حجم مصرف را به خود اختصاص می دهند. پلی اتیلن شامل ساختار بسیار ساده ای است ، به طوری که ساده تر از تمام پلیمرهای تجاری می باشد . یک مولکول پلی اتیلن زنجیر بلندی از اتم های کربن است که به هر اتم کربن دو اتم هیدروژن چسبیده است که شکل آن را می توانید در زیر مشاهده کنید:گاهی اوقات به جای اتم های هیدروژن در مولکول (پلی اتیلن)، یک زنجیر بلند از اتیلن به اتم های کربن متصل می شود که به آنها پلی اتیلن شاخه ای یا پلی اتیلن سبک (LDPE) می گویند؛ چون چگالی آن به علت اشغال حجم بیشتر، کاهش یافته است. در این نوع پلی اتیلن مولکولهای اتیلن به شکل تصادفی به یکدیگر متصل می شوند و ریخت و شکل بسیار نامنظمی را ایجاد می کنند. چگالی آن بین 910/0 تا 925/. است و تحت فشار و دمای بالا و اغلب با استفاده از پلیمریزاسیون رادیکال آزاد وینیلی (Free radical polymerization) تولید می شود. البته برای تهیهء آن می توان از پلیمریزاسیون زیگلر ناتا (Ziegler-Natta polymerization)نیز استفاده کرد شکل آن به صورت زیر است :وقتی هیچ شاخه ای در مولکول وجود نداشته باشد آن را پلی اتیلن خطی (HDPE) می نامند. پلی اتیلن خطی سخت تر از پلی اتیلن شاخه ای است اما پلی اتیلن شاخه ای آسانتر و ارزانتر ساخته می شود. ریخت و شکل این پلیمر بسیار کریستالی شکل است. پلی اتیلن خطی محصول نرمالی با وزن مولکولی 200000-500000 است که آن را تحت فشار و دماهای نسبتا پائین پلیمریزه می کنند. چگالی آن بین 941/0 تا 965/0 است و آن را بیشتر به وسیلهء فرآیند مشکلی که پلیمریزاسیون زیگلر ناتا نامیده می شود، تهیه می کنند. شکل این پلی اتیلن را در تصویر بالا میتوانید مشاهده کنید. پلی اتیلنی نیز وجود دارد که چگالی آن مابین چگالی این دو پلیمر است یعنی در محدودهء 926/0 تا 940/0 ؛ و آن را پلی اتیلن نیمه سنگین یا متوسط می نامند. پلی اتیلن با وزن مولکولی بین 3 تا 6 میلیون را پلی اتیلن با وزن مولکولی بسیار بالا یا UHMWPE می نامند و با پلیمریزاسیون کاتالیست متالوسن تولید می کنند. مادهء مذبور فرآیند پذیری دشوارتری برخوردار بوده ولی خواص آن عالی است. هنگامی که از طریق تشعشع یا استفاده از مواد افزودنی شیمیایی ، این پلیمر تماما شبکه ای 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 ضربهء خوب در دامنهء وسیعی از دماها خواهد بود. از آن برای ساخت فیبرهای بسیار قوی استفاده می کنند تا جایگزین کولار (نوعی پلی آمید)در جلیقه های ضد گلوله کنند ؛ و همچنین صفحات بزرگ آن را می توان به جای زمین های اسکیت یخی استفاده کرد. به وسیلهء کوپلیمریزاسیون مونومراتیلن با یک مونومر آلکیل شاخه دار، کوپلیمری با شاخه های هیدروکربن کوتاه بدست می آید که آن را پلی اتیلن خطی با چگالی کم یا LLDPE می نامند و از آن اغلب برای ساخت اشیاءای شبیه فیلم های پلاستیکی ( کسیه فریزر ) استفاده می کنند.

برخی ویژگیهای پلی اتیلن

مهمترین ویژگی های ذاتی پلی اتیلن های تجاری برای کاربردهای اصلی عبارتند از:

• چگالی
• نمایهء مذاب
• توزیع وزن مولکولی

چگالی

همان طور که قبلا اشاره شد چگالی انواع پلی اتیلن ها در محدودهء 910/0 تا 965/0 دارد و علت اینکه آن را تا سه رقم اعشار ذکر می کنند این است که 003/0 تغییر در چگالی باعث تغییر قابل توجه ای در ویژگی ها می شود. به طور کلی با افزایش چگالی، خطی بودن، سفتی، استحکام کششی، استحکام پارگی، دمای نرم شدن، شکنندگی، عمر خمشی، تمایل به ترک برداشتن افزایش می یابد.

نمایه مذاب یا شاخص جریان مذاب Melt Flow Index- MFI

کاربردی ترین نشانهء ارتباط دهندهء ویژگی های پلی اتیلن به متوسط وزن مولکولی است. نمایهء مذاب وزن (گرم) پلی اتیلنی است که در عرض ده دقیقه از میان یک روزنهء ثابت در دمای 190 درجه سانتیگراد بیرون می آید، و این در حالی است که وزنهء استانداردی بر روی پیستون محفظهء رانش که حاوی سه گرم پلی اتیلن است، قرار دارد. نمایهء مذاب تا حدودی (اما نه دقیق ) نسبت معکوس با گرانروی مذاب دارد. بنابر این با افزایش وزن مولکولی متوسط ، کاهش می یابد. نمایهء مذاب بیشتر، نشان دهندهء روانی بیشتر در دماهای فرآورش است. این نماد در اصل برای نشان دادن ویژگی های سیلانی (روانی) به عنوان معیاری از قابلیت اکسترود شدن است. به طور کلی با افزایش نمایهء مذاب ،استحکام کششی ، مقاومت پارگی، دمای نرم شدن و چقرمگی پلی اتیلن کاهش می یابد.

توزیع وزن مولکولی پلی اتیلن

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 می یابد و شکنندگی و تمایل به ترک برداشتن افزایش می یابد.

کاربردهای پلی اتیلن

از فیلم های پلی اتیلنی برای بسته بندی مواد غذایی، البسه، کیسه های پلاستیکی، فیلم های محافظ درکاربردهای ساختمانی، عایق های رطوبت، گلخانه ها، پوششهای صندلی اتومبیلهای نو، تارپولین ها و غیره استفاده کرد. از کاربردهای دیگر پلی اتیلن آن می توان به استفاده از آن در عایق های الکتریکی کابلها وسیمها، ظروف خانگی، قطعات مختلف مصرفی در صنایع خودروسازی، قطعات تزریقی، انواع لوله ها، مخزنهای نگهداری مواد شیمیایی و تجهیزات آزمایشگاهی و از پودر آن برای بهبود خواص مختلف رزین های گرمانرم و گرماسخت و غیره اشاره کرد. در شکل زیر کاربرد گونه های مختلف پلی اتیلن ارائه شده است. مقاله پلی اتیلن در یک نگاه را از اینجا دانلود کنید