تاریخچه تولید پلی اتیلن (پلیمرها)

نگاه کلی به صنعت پلی اتیلن 

Polyethylene

پلی اتیلن  از ساده‌ترین و ارزانترین در پلیمرها موجود است. پلی اتیلن یک نوع جامدی مومی و غیر فعال است. این ماده در طی واکنشها از پلیمریزاسیون اتیلن بدست می‌آید و بطور خلاصه بصورت PE نشان داده می‌شود. مولکول اتیلن ( C2,,H4) دارای یک بند دو گانه  C=C .است. در فرایند پلیمریزاسیون بند دو گانه هر یک از مونومرها شکسته شده و بجای آن پیوند ساده‌ای بین اتم‌های کربن مونومرها ایجاد می‌شود و محصول ایجاد شده یک درشت‌ مولکول است.

تاریخچه ای از  تولید پلی اتیلن در صنعت  

Polyethylene

پلی اتیلن برای اولین بار بطور اتفاقی توسط یک شیمیدان آلمانی “Hans Von Pechmanv” سنتز شد. او در سال ۱۸۹۸ هنگام حرارت دادن دی آزومتان ، ترکیب مومی شکل سفیدی را سنتز کرد که بعدها پلی اتیلن نام گرفت. اولین روش سنتز صنعتی پلی اتیلن بطور تصادفی توسط “ازیک ناوست” و “رینولرگیسون” ( از شیمیدان‌های ICI ) در ۱۹۳۳ کشف شده. این دو دانشمند با حرارت دادن مخلوط اتیلن و بنزالدئید در فشار بالا ، ماده‌ای موم‌مانند بدست آوردند.

علت این واکنش وجود ناخالصی‌های اکسیژن‌دار در دستگاه‌های مورد استفاده بود که بعنوان ماده آغازگر پلیمریزاسیون عمل کرده بود. در سال ۱۹۳۵ “مایکل پرین” یکی دیگر از دانشمندهای ICI این روش را توسعه داد و تحت فشار بالا پلی‌اتیلن را سنتز کرد که این روش اساسی برای تولید صنعتی LDPE در سال ۱۹۳۹ شد.

 

 انواع کاتالیزورها در سنتز پلی‌اتیلن  Poly ethylene

کاتالیزور پلیمریزاسیون اتیلن را در دما و فشار ملایم‌تری نسبت به روش‌های دیگر امکان‌پذیر می‌کرد. اولین کاتالیزور کشف شده در این زمینه تری اکسید کروم بود که در ۱۹۵۱ ، “روبرت بانکس” و “جان هوسن” در شرکت فیلیپس تپرولیوم آنرا کشف کردند. در ۱۹۵۳ ، “کارل زیگلر” شیمیدان آلمانی سیستم‌های کاتالیزور شامل هالیدهای تیتان و ترکیبات آلی آلومینیوم‌دار را توسعه داد.

این نوع کاتالیزورها در شرایط ملایم‌تری نسبت به کاتالیزورهای فیلیپس قابل استفاده بودند و همچنین پلی اتیلن یک آرایش (با ساختار منظم) تولید می‌کردند. سومین نوع سیستم کاتالیزوری استفاده از ترکیبات متالوسن بود که در سال ۱۹۷۶ در آلمان توسط “والتر کامینیکی” و “هانس ژوژسین” تولید شد. کاتالیزورهای زیگلر و متالوسن از لحاظ کارکرد بسیار انعطاف‌پذیر هستند و در فرایند کوپلیمریزاسیون اتیلن با سایر اولفین‌ها که اساس تولید پلیمرهای مهمی مثل VLDPE و LLDPE و MDPE هستند، مورد استفاده قرار می‌گیرند.

اخیرا کاتالیزوری از خانواده متالوین‌ها با قابلیت استفاده بالا برای پلیمریزاسیون پلی اتیلن به نام زیرکونوسن دی کلرید ساخته شده است که امکان تولید پلیمر با ساختار بلوری (تک آرایش) بالا را می‌دهد. همچنین نوع دیگری از کاتالیزورها به نام کمپلکس ایمینوفتالات با فلزات گروه ششم مورد توجه قرار گرفته است که کارکرد بالاتری نسبت به متالوسن‌ها نشان می‌دهند.

 پلی اتیلن ها Poly ethylene

نوع طبقه‌بندی پلی اتیلن‌ها بر اساس دانسیته آنها صورت می‌گیرد که در مقدار دانسیته اندازه زنجیر پلیمری و نوع و تعداد شاخه‌های موجود در زنجیر دخالت دارد.

HDPE پلی‌اتیلن با دانسیته بالا

این پلی‌اتیلن دارای زنجیر پلیمری بدون شاخه است بنابراین نیروی بین مولکولی در زنجیرها بالا و استحکام کششی آن بیشتر از بقیه پلی اتیلن‌ها است. شرایط واکنش و نوع کاتالیزور مورد استفاده در تولید پلی اتیلن HDPE موثر است. برای تولید پلی‌اتیلن بدون شاخه معمولا از روش پلیمریزاسیون با کاتالیزور زیگلر- ناتا استفاده می‌شود.

(LDPE ) پلی‌اتیلن با دانسیته پایین

این پلی‌ اتیلن دارای زنجیری شاخه‌دار است بنابراین زنجیرهای LDPE نمی‌توانند بخوبی با یکدیگر پیوند برقرار کنند و دارای نیروی بین مولکولی ضعیف و استحکام کششی کمتری است. این نوع پلی ‌اتیلن معمولا با روش پلیمریزاسیون رادیکالی تولید می‌شود. از خصوصیات این پلیمر ، انعطاف‌پذیری و امکان تجزیه بوسیله میکروارگانیسمها است.

(LLDPE )پلی اتیلن خطی با دانسیته پایین

این پلی ‌اتیلن یک پلیمر خطی با تعدادی شاخه‌های کوتاه است و معمولا از کوپلیمریزاسیون اتیلن با آلکن‌های بلند زنجیر ایجاد می‌شود.

MPE  پلی اتیلنی می باشد دارای دانسیته متوسط

کاربرد

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 معمولا از MDPE استفاده می‌کنند.

LLDPE بدلیل بالا بودن میزان انعطاف‌پذیری در تهیه انواع وسایل پلاستیکی انعطاف‌پذیر مانند لوله‌هایی با قابلیت خم شدن کاربرد دارد. اخیرا 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.

 

لوله های پلی اتیلنی دوجداره اسپیرال دارای کاربردهای گوناگون و متنوعی است که از آنها می توان به استفاده در خطوط انتقال فاضالب، آبگیرها و آبریزهای درون دریا، ترمیم خطوط انتقال فاضلاب قدیمی relining ،)ساخت منهول، ساخت آبرو )پل(، ساخت مخازن نگهداری مواد شیمیایی و تانکهای سپتیک، ایجاد معابر غیر هم سطح زمین و کاربردهای خاص دیگرپرداخت که در ادامه به توضیح در مورد برخی از موارد فوق می پردازیم

آدمرو  منهول:

آدمرو منهول گودالی است که تأسیسات زیر زمینی )مثل شبکه های فاضالب، کابلهای مخابراتی و …( را به سطح زمین متصل می کند و توسط آن امکان دسترسی به این تأسیسات جهت هرگونه عملیات میسر می شود. این گودال باید به اندازه کافی بزرگ باشد تا امکان حرکت یک انسان درون آن فراهم شود. مهمترین کاربرد آدمروها را میتوان ایجاد ایستگاههای دسترسی به نقاط مختلف شبکه های جمعآوری و انتقال فاضلاب دانست که امکان بازرسی خطوط، تهویه طبیعی و نیز تعمیر و نگهداری خطوط فاضالب را فراهم میآورد. پراستفاده ترین نوع منهول، منهولهای پلی اتیلنی هستند که در کاربردهایی نظیر موارد زیر استفاده می شوند:

 انتقال فاضلاب

ـ جمع آوری و انتقال آبهای سطحی از مناطق آلوده

ـ استفاده در واحدهای شیمیایی

ـ تعمیر و بازسازی منهولهای فرسوده

ـ محافظت کننده شیرآالت

مقایسه منهولهای مختلف

به طور کلی بر اساس جنس، سه نوع منهول وجود دارد: آجری، بتنی و پلی اتیلنی. امروزه به دلیل داشتن خواص منحصر به فرد، در اکثر موارد از منهولهای پلی اتیلنی استفاده می شود.

 

آشنایی با مواد اولیه لوله پلی اتیلن

با پیشرفت روز افزون تکنولوژی بهره گیری از مواد پلی اتیلن در صنعت هم رو به افزایش است و امروزه در سیستم های آبیاری تحت فشار و لوله های انتقال گاز و مواردی از این دست، شاهد بکارگیری این مواد هستیم. مواد پلی اتیلنی که قابل استفاده در لوله پلی اتیلن و اتصالات پلی اتیلن هستند با استاندارهای گوناگون و تنوع زیاد در بازار عرضه می گردند و در عین حال از ساده ترین و ارزان ترین پلیمر ها به شمار می آیند. این ماده به دلیل برخورداری از خواص ویژه ای همچون وزن کم، انعطاف پذیری بالا، مقاومت در مقابل خوردگی در حال حاضر به عنوان راه حلی مطمئن و مقرون به صرفه برای کاربرد در لوله پلی اتیلن به شمارمی آید.
اگر با علم شیمی آشنایی داشته باشید در تحقیقات و مطالعات در این حوزه با کلمه اتیلن زیاد مواجه شده اید که در بسیاری از ترکیبات پتروشیمی کاربرد فراوان دارد. یکی از دسته های رزین ها، پلی اتیلن ها هستند که با پلیمریزاسیون کردن گاز اتیلن می توان خواص مختلف مثل چگالی، شبکه ای شدن و وزن مولکولی را کنترل کرد. اتیلن با فرمول H۲C=CH۲ شناخته می شود که گازی بیرنگ و قابل اشتعال با بویی تقریبا شیرین است. پلی اتیلن ها که از اتیلن ساخته میشود با دامنه وسیعی از ویژگی های فیزیکی سبب تولید زیادی از محصولات متنوع میشوند. طبق آمار منتشر شده مصرف این ماده در دنیا بالغ بر ۶۹ میلیون تن برآورد شده است. این ماده از چهار گروه اصلی که پلی اتلین سنگین،سبک ،خطی و ترفتالات نام دارد تشکیل می شود. انواع مواد پلی اتیلن طبقه‌بندی بر اساس دانسیته آنها صورت می‌گیرد که در مقدار دانسیته اندازه زنجیر پلیمری و نوع و تعداد شاخه‌های موجود در زنجیره دخالت دارد.
با توسن صنعت همراه باشید تا با این دسته بندی ها بیشتر آشنا شوید.

پلی اتیلن سنگین

پلی اتیلن سنگین (HDPE) از معروف ترین و پر کاربرد ترین نوع پلیمر به شمار می آیند. فشرده بودن زنجیره مولکولی این ماده سبب افزایش دانسیته آن میشود که انعطاف پذیری پایین آن را به دنبال خواهد داشت. نوع سنگین نسبت به نوع سبک آن از مقاومت کمتری برخوردار است ولی با مقاومتی که در برابر مواد شیمیایی از خود نشان می دهد ثابت کرده است در برابر تنش های شکننده به خوبی عمل می کند. پلی اتیلن سنگین به صورت اولیه یکدست، خالص و غیرشفاف است، رنگی نبوده و در صورت لزوم به آنها رنگدانه اضافه می شود. این مواد در رنگ های سفید، قرمز، آبی، زرد، سبز، مشکی و حتی گاهی به رنگ مواد خام خود استفاده می شوند. همچنین عایق الکتریسیته بوده و در برابر حرارت مستقیم از بین خواهد رفت.
از این نوع پلیمر درمحصولات تجارتی همانند لوله پلی اتیلن انتقال آب و فاضلاب، اسباب بازی ها، صندلی های محیط های باز و … استفاده میشود.

پلی اتیلن سبک

پلی اتیلن سبک (LDPE) که در ورق مورد نیاز جهت ساخت کاور ها و چمدان ها، آسترهای بسته بندی و روکش های طلقی کاربرد دارد به دلیل ساختار مولکولی ضعیف، از استحکام کششی کمتری برخوردار است. فشردگی کم و دانسیته پایین و در نتیجه انعطاف بالا از خواص این نوع از پلیمر به حساب می آید. مصرف دیگر آن عایق کاری سیم و کابل و روکش کاغذ ،ساخت ظروف خانگی ، اسباب بازی ، روکش سیم های برق و مخابرات ، فیلم ، قطعات مختلف اتومبیل ، لوازم ورزشی و آزمایشگاهی و قطعات صنعتی می باشد.

پلی اتیلن سبک خطی(LLDPE)

این نوع از دانسیته پایین حتی کمتر از نوع سبک آن برخوردار است اما در عوض در برابر سوراخ و پاره شدن استحکام کششی خوبی دارد. پلی اتیلن سبک خطی به دلیل ویزگی های فوق العاده اش امروزه مورد توجه صنعت های مختلف از جمله در ساخت لوله پلی اتیلن بخش کشاورزی و لوله های آبیاری ، تولید فیلم های عکاسی، الیاف و تولید انواع لوازم پلاستیکی مورد استفاده در آشپزخانه و صنایع غذایی قرار گرفته است.

پلی اتیلن ترفتالات

در ایران از این نوع پلیمر بیشتر برای ساخت انواع بطری های آشامیدنی استفاده می شود.
ترفتالات دارای مقاومت بالای در برابر شکستگی ، دما و نفوذ گازها می باشد و به دلیل داشتن وزن کم و ارزان بودن قیمت آن نسبت به سایر مواد بسته بندی همچون شیشه و فلز ، تولید بطری های پلاستیکی از این رزین با کاربرد گسترده ای روبه رو شده است. البته به علت بالا بودن حجم بطری های ساخته شده از این نوع پلی اتیلن که فضای زیادی اشغال میکند و زمان تجزیه آن در طبیعت بسیار طولانی و در حدود ۳۰۰ سال می باشد مسئله بازیافت این محصول از معایب مهم محسوب می شود.