انواع مواد پلی اتیلن و تفاوت آن ها

پلی اتیلن (PE)، رزین مصنوعی سبک و  با کاربری گسترده ساخته شده از پلیمریزاسیون اتیلن. پلی اتیلن عضوی از خانواده مهم رزین های پلی الفین است. این پلاستیک پرکاربردترین پلاستیک در جهان است که به محصولاتی از بسته بندی مواد غذایی شفاف و کیسه های خرید تا بطری های مواد شوینده و مخازن سوخت خودرو تبدیل می شود. همچنین می توان آن را برش داد یا به صورت الیاف مصنوعی چرخاند یا آن را اصلاح کرد تا خاصیت کشسانی لاستیک را به خود بگیرد.

 

ترکیب شیمیایی و ساختار مولکولی

اتیلن (C2H4) یک هیدروکربن گازی است که معمولاً از شکست اتان تولید می‌شود، که به نوبه خود یکی از اجزای اصلی گاز طبیعی است یا می‌تواند از نفت تقطیر شود. مولکول‌های اتیلن اساساً از دو واحد متیلن (CH2) تشکیل شده‌اند که توسط یک پیوند دوگانه بین اتم‌های کربن به هم مرتبط شده‌اند – ساختاری که با فرمول CH2=CH2 نشان داده می‌شود.
تحت تأثیر کاتالیزورهای پلیمریزاسیون، پیوند دوگانه می تواند شکسته شود و پیوند یگانه اضافی حاصل برای پیوند به اتم کربن در مولکول اتیلن دیگر استفاده شود. بنابراین، اتیلن که به واحد تکرار شونده یک مولکول بزرگ و پلیمری (چند واحدی) تبدیل شده است،

ساختار شیمیایی زیر را دارد:

 

این ساختار ساده که هزاران بار در یک مولکول تکرار شده است، کلید خواص پلی اتیلن است. مولکول های بلند و زنجیره مانند که در آن اتم های هیدروژن به ستون فقرات کربن متصل می شوند، می توانند به صورت خطی یا شاخه ای تولید شوند.
نسخه های شاخه دار به عنوان پلی اتیلن با چگالی کم (LDPE) یا پلی اتیلن با چگالی کم خطی (LLDPE) شناخته می شوند. نسخه های خطی به عنوان پلی اتیلن با چگالی بالا (HDPE) و پلی اتیلن با وزن مولکولی فوق العاده بالا (UHMWPE) شناخته می شوند.

 

انواع پلی اتیلن

• پلی اتیلن با چگالی بالا (HDPE)

         High-density polyethylene

HDPE یک ترموپلاستیک مقرون به صرفه و سخت است. در دمای نسبتاً پایین تر و فشار کمتری تولید می شود. HDPE به دلیل چگالی بالا – 0.941 گرم در سانتی متر مکعب – به این نام نامیده می شود. شاخه کمتری دارد که به این دلیل مولکول ها بسته تر می شوند و پیوند بین مولکولی زیرین قوی تر هستند.

HDPE دارای کیفیت های مطلوبی مانند استحکام کششی بالا، مقاومت در برابر آب و هوا/آب، شفافیت، چقرمگی بالا در دماهای پایین و مقاومت شیمیایی نسبتاً خوب است. مقاومت عالی در برابر حلال ها، مقاومت بسیار خوب در برابر اسیدهای رقیق، قلیایی ها و الکل ها و مقاومت مناسب در برابر روغن ها و گریس ها دارد. در نهایت، خواص عایق الکتریکی نیز بسیار مطلوب است.

با توجه به ساختار و خواص مکانیکی HDPE، معایبی نیز دارد. اولاً، تحت استرس تمایل به ترک خوردن دارد. ثانیاً تحت تأثیر اشعه UV در نور خورشید قرار می گیرد. همچنین جمع شدگی پس از قالب گیری بالایی دارد.

HDPE در طیف گسترده ای از محصولات استفاده می شود. برخی از کاربردهای بسته بندی عبارتند از جعبه ها، سینی ها، جعبه های یخ، درب بطری ها، درام ها و ظروف فله. یک سوم کل اسباب بازی های دنیا با استفاده از HDPE ساخته می شوند. به دلیل استحکام و مقاومت شیمیایی HDPE، برای ساخت لوله نیز استفاده می شود.

 

• پلی اتیلن کم چگالی (LDPE)

         density polyethylene

LDPE یک پلیمر نیمه شفاف با چگالی نسبتا کمتر است. ساختاری نیمه سخت دارد. تحت فشار بسیار بالاتری نسبت به HDPE تولید می شود. LDPE دارای درجه بالاتری از شاخه کوتاه و بلند است که منجر به نیروهای بین مولکولی می شود که به اندازه HDPE قوی نیستند.
از این رو، ساختار کریستالی آنقدر محکم بسته بندی نشده است. این دلیل اصلی است که چرا LDPE شکل پذیری بالاتر و استحکام کششی کمتری دارد.

LDPE مقاومت خوبی در برابر اسیدهای رقیق، قلیایی ها و الکل ها دارد. با این حال، این ماده مقاومت متوسطی در برابر هیدروکربن های آلیفاتیک و آروماتیک، روغن های معدنی، عوامل اکسید کننده و هیدروکربن های هالوژن از خود نشان می دهد. LDPE مقاومت ضربه ای بالایی را در دماهای پایین نشان می دهد. مانند HDPE، خواص عایق الکتریکی نیز مطلوب است.

 

با وجود تمام نقاط قوت، LDPE دارای چند نقطه ضعف نیز هست. اول اینکه بسیار قابل اشتعال است. همچنین مقاومت کمی در برابر اشعه UV دارد و تحت تأثیر قرار گرفتن در معرض نور خورشید حاوی اشعه ماوراء بنفش قرار می گیرد. مانند HDPE، LDPE نیز مستعد شکست ناشی از تنش است.

LDPE برای ساختن پوشش کابل و عایق های رسانا فرعی استفاده می شود. همچنین برای ساخت شیلنگ و لوله آب استفاده می شود. با این حال، محبوب ترین استفاده از LDPE کیسه های پلاستیکی است. از آن برای ساخت انواع کیسه ها مانند کیسه های مواد غذایی، کیسه های زباله و انواع دیگر کیسه های حمل استفاده می شود. همچنین برای ساخت فیلم های شفاف و مواد بسته بندی مواد غذایی استفاده می شود.

 

• پلی اتیلن خطی با چگالی کم (LLDPE)

         low-density polyethylene

LLDPE از نظر ساختاری کاملاً شبیه LDPE است. مانند LDPE دارای شاخه است، اما شاخه ها بسیار کوتاهتر هستند. LLDPE زمانی تولید می شود که اتیلن با 1-بوتن، مقداری 1-هگزن و 1-اکتن پلیمریزه شود. LLDPE دارای محدوده چگالی 0.915 – 0.925 g/cm3 است. LLDPE استحکام کششی بالاتری نسبت به LDPE دارد. به دلیل مقاومت در برابر ضربه و سوراخ شدن، که هر دو بالاتر از LDPE هستند، در چند کاربرد در جایگزینی LDPE موفق بوده است.

LLDPE دارای رنگ شیری نیمه شفاف و طبیعی است. برخلاف HDPE و LDPE، LLDPE مقاومت خوبی در برابر ترک استرس دارد. از منظر زیست محیطی، LLDPE مطلوب است زیرا بدون هیچ گونه باقی مانده می سوزد. به سادگی به دی اکسید کربن و آب تبدیل می شود. هیچ بخار سمی در این فرآیند منتشر نمی شود.

LLDPE عمدتاً در ساخت فیلم استفاده می شود. LLDPE می تواند فیلم هایی با ضخامت کمتر از آنچه LDPE می تواند تولید کند تولید کند. LLDPE برای ساخت فیلم‌های کشاورزی، فیلم‌های عمومی، فیلم‌های کششی، فیلم‌های بسته‌بندی پوشاک و فیلم‌های ورق‌ها و کیسه‌ها استفاده می‌شود. روکش ساران، نایلون حباب دار و سایر فیلم های چند لایه اقلامی هستند که معمولاً با LLDPE ساخته می شوند.

پلی اتیلن خطی با چگالی کم (LLDPE)

LLDPE از نظر ساختاری کاملاً شبیه LDPE است. مانند LDPE دارای شاخه است، اما شاخه ها بسیار کوتاهتر هستند. LLDPE زمانی تولید می شود که اتیلن با 1-بوتن، مقداری 1-هگزن و 1-اکتن پلیمریزه شود. LLDPE دارای محدوده چگالی 0.915 – 0.925 g/cm3 است. LLDPE استحکام کششی بالاتری نسبت به LDPE دارد. به دلیل مقاومت در برابر ضربه و سوراخ شدن، که هر دو بالاتر از LDPE هستند، در چند کاربرد در جایگزینی LDPE موفق بوده است.

 

LLDPE دارای رنگ شیری نیمه شفاف و طبیعی است. برخلاف HDPE و LDPE، LLDPE مقاومت خوبی در برابر ترک استرس دارد. از منظر زیست محیطی، LLDPE مطلوب است زیرا بدون هیچ گونه باقی مانده می سوزد. به سادگی به دی اکسید کربن و آب تبدیل می شود. هیچ بخار سمی در این فرآیند منتشر نمی شود.

LLDPE عمدتاً در ساخت فیلم استفاده می شود. LLDPE می تواند فیلم هایی با ضخامت کمتر از آنچه LDPE می تواند تولید کند تولید کند. LLDPE برای ساخت فیلم‌های کشاورزی، فیلم‌های عمومی، فیلم‌های کششی، فیلم‌های بسته‌بندی پوشاک و فیلم‌های ورق‌ها و کیسه‌ها استفاده می‌شود. روکش ساران، نایلون حباب دار و سایر فیلم های چند لایه اقلامی هستند که معمولاً با LLDPE ساخته می شوند.

 

 

• پلی اتیلن با وزن مولکولی فوق العاده بالا (UHMWPE)

         Ultrahigh-molecular-weight polyethylene

UHMWPE به دلیل وزن مولکولی بالا به این نام نامگذاری شده است. محدوده ای که ما در مورد آن صحبت می کنیم 3.5 میلیون تا 7.5 میلیون amu است. این تقریباً 10 برابر بیشتر از وزن مولکولی HDPE است. به دلیل وزن مولکولی بالا، زنجیره‌های UHMWPE به اندازه سایر مواد پلی اتیلن بسته‌بندی نمی‌شوند.

به طور کلی، UHMWPE یک ماده بسیار سخت است. با استفاده از کاتالیزورها و واحدهای اتیلن ساخته می شود. کاتالیزورهای Ziegler رایج ترین کاتالیزورهای مورد استفاده برای ساخت UHMWPE هستند. ماده UHMWPE تقریباً 100000 تا 250000 واحد مونومر در هر مولکول دارد.

UHMWPE مقاومت بسیار خوبی در برابر سایش و برش دارد. به راحتی دچار سایش نمی شود و مقاومت ضربه ای بالایی دارد. ضریب اصطکاک آن نیز کم است. این باعث می شود که این ماده برای کاربردهایی مانند قطعات متحرک، بلبرینگ ها، مفاصل و حتی تعویض مفصل ران انتخاب شود.
UHMWPE تقریبا بی اثر است. از این رو مقاومت در برابر خوردگی بالایی دارد. می توان از آن در محیط های سخت و تهاجمی استفاده کرد. به صورت الیافی برای ساخت جلیقه های ضد گلوله مناسب است. بنابراین، UHMWPE چیزی است که می توانید آن را یک ماده پلی اتیلن با کارایی بالا بنامید.

 

 

• پلی اتیلن متقاطع (PEX یا XLPE)

       Cross-linked polyethylene

PEX یک پلی اتیلن با چگالی بالا است که دارای پیوندهای متقاطع در ساختار پلیمری خود است. این در واقع یک ماده ترموست است، به این معنی که پس از دور ریختن نمی توان آن را دوباره گرم کرد و ذوب کرد. اگر ذوب شود دچار تخریب قابل توجهی می شود.

PEX با ایجاد رادیکال‌های آزاد از فرآیندی شامل پراکسیدهای آلی در محیطی با فشار بالا تولید می‌شود. رادیکال ها اتصال عرضی پلیمر را ایجاد می کنند که یکی از ویژگی های ماده PEX است. این ماده دارای مقاومت شیمیایی خوب و همچنین خواص دمای بالا است.

PEX برای ساخت شبکه های لوله های شیمیایی و در سیستم های گرمایش / سرمایش استفاده می شود. دارای خواص الکتریکی و عایق خوبی است و از این رو برای عایق سازی کابل های فشار قوی استفاده می شود.