امروزه کارخانجات تولیدی در تلاش هستند تا برای تولید محصولات خود از موادی استفاده کنند که در عین مقاومت بالا از وزن کمتری برخوردار بوده و نیز قیمت مناسبی داشته باشند. مواد پلی اتیلن از این دسته مواد اولیه هستند که این روزها کاربرد فراوانی در صنایع دارند. بعد از کشف کاتالیزورهای مناسب به منظور تسریع فرآیند پلیمریزاسیون در سال ۱۹۵۰ مواد پلی اتیلن در مقیاس صنعتی تولید انبوه شد. از آن به بعد استفاده از مواد پلی اتیلن در صنایع پلاستیک سازی رواج پیدا کرد زیرا این مواد وزن کمی دارند اما از مقاومت بالایی برخوردار هستند و قیمت مقرون به صرفه‌ای دارند.
پلی اتیلن‌ها از طریق پلیمریزاسیون گاز اتیلن یا C۲H۴ تولید می‌شوند. یکی از مزایای تولید پلی اتیلن این است که با توجه به کاتالیست و روش پلیمریزاسیون می‌توان خواصی مانند چگالی، بلورینگی، درجه شاخه‌ای و شبکه‌ای شدن، وزن مولولی و توزیع وزن مولکولی در آن‌ها را به راحتی کنترل کرد و در نتیج انواع مختلفی از پلی اتیلن را تولید کرد. پلی اتیلن دارای ساختار بسیار ساده‌ای می‌باشد و از تمام پلیمرهای تجاری ساده‌تر است. به همین دلیل در صنایع پلاستیک سازی کاربرد فراوانی دارد.
از مزایای پلی اتیلن نسبت به سایر پلیمرها که باعث کاربرد فراوان این ماده در صنایع پلاستیک سازی شده است وزن کم این ماده است که باعث کاهش هزینه‌های حمل و نقل می‌شود و همچنین مقاومت آن که در برابر رطوبت و پدیده‌های جوی و دمایی بسیار بالاست. بزرگ‌ترین عیب مواد پلی اتیلن آسیب‌پذیری آن در برابر ضربه است که باعث شکستگی آن می‌شود.
انواع پلی اتیلن چیست؟
با استفاده از روش پلیمریزاسیون می‌توان دانسیته (چگالی) و وزن مولکولی مواد پلی اتیلن را کنترل کرد. این مواد از این نظر در چند نوع تقسیم‌بندی می‌شوند:
- پلی اتیلن سنگین (HDPE)
- پلی اتیلن سبک (LDPE)
- پلی اتیلن متوسط (MDPE)
- پلی اتیلن سبک خطی (LLDPE)
- و…
تفاوت این محصولات تنها در چگالی و وزن مولکولی آن‌هاست که باعث شده است برای کاربرد در صنایع مختلف مناسب باشند.
این تفاوت در چگالی و وزن مولکولی در ساختار مواد پلی اتیلن باعث می‌شود که استحکام آن‌ها با یکدیگر متفاوت باشد و هر نوع از این مواد در صنایع مختلفی استفاده شوند. به عنوان مثال هرچقدر چگالی پلی اتیلن، وزن مولکولی و توزیع وزن مولکولی آن بیشتر باشد از استحکام بیشتری نسبت به سایر انواع این مواد برخوردار است.
ویژگی‌های پلی اتیلن سنگین
پلی اتیلن سنگین یا HDPE یکی از انواع مواد پلی اتیلن است که که نسبت به سایر ترکیبات، از چگالی و وزن مولکولی بالاتری برخوردار است و به همین دلیل به نام پلی اتیلن سنگین شناخته می‌شود. این نوع پلی اتیلن دارای دانسیته یا چگالی ۰.۹۴۱ تا ۰.۹۶۵ است و به همین دلیل در دسته مواد ترموپلاستیک طبقه بندی می‌شود.
برای تولید پلی اتیلن سنگین در ابتدا باید گاز متان طی فرآیندی به اتیلن تبدیل شود. پس از تبدیل متان به اتیلن با اعمال دما و فشار اتیلن تبدیل به پلی اتیلن می‌شود. پس از بدست آمدن پلی اتیلن حال نوبت به تبدیل آن به یکی از انواع پلی اتیلن است. به این کار پلیمره کردن (پلیمریزاسیون) گفته می‌شود. پلیمریزاسیون به دو روش انجام می‌شود و حاصل هر روش محصول خاصی از پلی اتیلن است.
۱. پلیمریزاسیون فشار بالا
۲. پلیمریزاسیون فشار پایین
حاصل روش پلیمریزاسیون فشار بالا تولید پلی اتیلن سبک یا LDPE است. اما در پلیمریزاسیون فشار پایین دو نوع محصول بدست می‌آید؛ پلی اتیلن سنگین (HDPE) و پلی اتیلین خطی سبک (LLDPE). فشار عملیاتی وارده بر پلی اتیلن در این روش بین ۱۰ تا ۸۰ بار است. دمای عملیاتی نیز بین ۷۰ تا ۳۰۰ درجه سانتیگراد متغیر است.
در این روش و به منظور تولید پلی اتیلن سنگین از سه نوع کاتالیست زیگلر/ناتا ، اکسید کروم/مولیبدن و متالوسن استفاده می‌شود. سه نوع فرآیند دوغابی، محلولی و گازی برای پلیمریزاسیون فشار پایین بکار می‌روند که هرکدام شرایط و نحوه عملکرد مخصوصی دارند.
مزایا و معایب پلی اتیلن سنگین
پلی اتیلن سنگین با توجه به چگالی، وزن مولکولی و روشی که برای تولید آن به کار می‌رود دارای یک سری مزایایی است که استفاده از آن را نسبت به مواد مشابه توجیه‌پذیر می‌کند. مزایایی از قبیل:
- مقاومت بالا در برابر ضربه
- قیمت مقرون به صرفه
- مقاومت در برابر رطوبت
- مقاومت در برابر مواد شیمیایی
- پردازش سریع با تمام روش‌های ترموپلاستیک
اما هر محصولی در کنار مزایای خود از یک سری ویژگی‌ها برخوردار است. این ویژگی‌ها جزو نقاط ضعف و معایب آن محسوب می‌شوند.
- مقاومت پایین در برابر فرسایش هوا
- ظرفیت دمایی پایین
- قابلیت اشتعال
- انبساط حرارتی بالا
کاربردهای پلی اتیلن سنگین
به علت خواص پلی اتیلن سنگین، این ماده کابردهای متعددی دارد که شامل موارد زیر است
ساخت بطری‌های پلاستیکی:
قابلیت بازیافت مواد گلی اتیلن سنگین باعث شده است که برای ساخت ظروف پلاستیکی مناسب باشند. همجنین به علت نفوذناپذیری این مواد برای ساختن بطری‌ها و ظروف نگهدارنده مواد غذایی و نوشیدنی بسیار مناسب هستند.
محفظه مواد شیمیایی:
یکی از مزایای این مواد مقاومت بالای آن در برابر ترکیبات شیمیایی است. از این رو براس ساخت ظروف نگهدارنده شامپو، نرم‌کننده‌ها، محصولات شوینده خانگی، روغن موتور و … بسیار مناسب هستند.
ساخت لوله:
استحکام مواد پلی اتیلن سنگین به خصوص در برابر رطوبت و تغییرات جوی و همچنین مقاومت بسیار خوب در برابر اشعه فرابنفش بالاست. این امر باعث شده است که این مواد برای ساخت لوله‌ها و به خصوص استفاده در فضاهای بیرونی بسیار مناسب باشند.
ساخت اسباب بازی:
به علت مقاومت این مواد در برابر اشعه UV استفاده از آن در ساخت اسباب بازی باعث محافظت آن در برابر اشعه و تغییر رنگ می‌شود.
گروه تولیدی اصفهان پلاست که از سال ۱۳۷۶ فعالیت تولیدی خود را با هدف استفاده بهینه از آب در کشاورزی و توسعه روش‌های نوین آبیاری آغاز کرده است، از سال ۱۳۸۲ از مواد پلی اتیلن در ساخت محصولات خود بهره می‌برد. این شرکت با توجه به ویژگی‌های پلی اتیلن سنگین و استحکام بالا در برابر رطوبت از این ماده در تولید لوله‌های آبیاری کشاورزی استفاده می‌کند.
محصولات این شرکت به لطف استفاده از پلی اتیلن سنگین از کیفیت بسیار خوب و دوام و استحکام بالایی برخوردار هستند. پلی اتیلن سنگین به دلیل مزایا و ویژگی‌های خود به ماده‌ای پر کاربرد در صنایع پلاستیک سازی و لوله سازی تبدیل شده است که منجر به تولید محصولات سبک‌تر اما با دوام بالا شده است. از طرف دیگر با توجه به قیمت مقرون به صرفه این مواد، قیمت تمام شده تولید محصولات پلاستیکی کمتر شده و در نتیجه قیمت نهایی محصول برای عرضه در بازار بسیار مقرون به صرفه خواهد بود.
