تولید جهانی کامپاند پلی اتیلن در سال 2020 به 104.4 میلیون تن رسیده است و انتظار می‌رود تا سال 2026 به 121.4 میلیون تن برسد. پلی اتیلن از مواد پلیمری ای است که به‌خاطر مقاومت شیمیایی بالا و هزینه پایینی که دارد، توانسته است، پرمصرف‌ترین پلاستیک در جهان شود. در این مقاله با انواع گریدهای ترکیب پلی اتیلن، روش ساخت، مزایا، تولید و کاربردهای آن آشنا خواهید شد.
کامپاند پلی اتیلن چیست؟
پلی اتیلن یک پلیمر ترموپلاستیک محسوب می‌شود که از به‌هم چسبیدن یک واحد تکرار شونده و زنجیر‌شکلی به‌نام اتیلن، به‌وجود می‌آید. این ترکیب قابل بازیافت و فرایند‌پذیر است. در واقع به‌آسانی می‌توان روی آن فرایند انجام داد و اگر به محصول موردنظرتان نرسیدید، دوباره بدون داشتن مسئله خاصی عملیات دوباره از اول شروع کنید. علاوهبر این، ویژگی‌های خوبی مانند خواص الکتریکی پایین، مقاومت خوب در برابر مواد شیمیایی و نور خورشید، عدم جذب رطوبت را در خود دارد و به‌دلیل هزینه پایین توانسته است جزء پراستفاده‌ترین پلاستیک‌های جهان قرار بگیرد. برای شناختن پلی‌اتیلن ابتدا باید به فرمول آن دقت کنیم.
در فرمول ساختاری اتیلن CH2=CH2 دقت کنید، خطی وجود دارد که باند یا پیوند نام دارد. اگر دو خط در پیوند بین کربن-کربن وجود داشته باشند، یعنی ترکیب ما یک پیوند دوگانه دارد. در پلیمریزاسیون باندهای دوگانه شکسته می‌شوند و با اتیلن‌های دیگر آن‌قدر پیوند تشکیل می‌دهند تا زنجیری پلیمری به‌نام پلی‌اتیلن به‌وجود آید.
معرفی گریدهای کامپاند پلی اتیلن
کامپاند پلی اتیلن همچون گرید های پلی پروپیلن، گریدهای مختلفی دارد که هر کدام ویژگی‌های فیزیکی و مکانیکی مختلفی را از خود در موقعیت‌های مختلف بروز می‌دهند. این گریدها عبارت‌اند از: پلی اتیلن‌های سبک یا دانسیته پایین، پلی اتیلن‌های سبک خطی و پلی اتیلن‌های سنگین.
پلی اتیلن سنگین
پلی اتیلن سنگین با نام دیگر کامپاند پلی اتیلن با دانسیته بالا یا به اختصار (HDPE) شناخته می‌شود. نقطه تمایز همه گریدهای پلیمر در آرایش ساختاری آن‌ها است. در این گرید پلی اتیلن زنجیرهای پلیمر شاخه‌های فرعی کمتر و فشردگی بیشتری دارد که این فشردگی (HDPE) را به پلیمری سنگین و غیرقابل انعطاف تبدیل می‌کند.
(HDPE) به‌علت مقاومت حرارتی بالایی که دارد، در جهان شناخته می‌شود. چون در دماهای بسیار بالایی که پلیمر به بیشترین مقدار صلبیت و سفتی می‌رسد، از بین نمی‌رود و کارایی خوبی را از خود نشان می‌دهد. به‌همین علت (HDPE) نقطه ذوب بالاتری نسبت به سایر پلیمرهای هم‌وزن خود دارد.
استقامت بالا و دانسیته پایین (HDPE) باعث می‌شود، این پلیمر حملونقل و جابه‌جایی آسانی را داشته باشد. از کاربردهای (HDPE) می‌توان در ساخت بطری‌های شیر، بطری‌های سفید‌کننده و سایر ظروف نگهدارنده مایعات اشاره کرد.
پلی اتیلن سبک
پلی اتیلن سبک یا پلی اتیلن با دانسیته پایین، از دیگر گریدهای محبوب کامپاند پلی اتیلن به‌شمار می‌آید که به‌صورت اختصار به آن (LDPE) می‌گویند. (LDPE) در بسته‌بندی‌ها به‌صورت مثلثی که عدد 4 و حروف انگلیسی (LDPE) در آن نشان می‌دهند. در مقایسه با (HDPE) زنجیرهای پلیمری آن شاخه‌ها و انشعاب‌های فرعی بیشتری دارد. به‌همین دلیل (LDPE) نسبت به (HDPE)منعطف‌تر است؛ زیرا شاخه‌های فرعی در پلیمر باعث آسان‌تر شدن حرکت زنجیرهای پلیمر و منعطف‌کردن آن‌ها می‌شود.
از دیگر ویژگی‌های بارز (LDPE) می‌توان به چقرمگی و مقاومت بالای آن در برابر خوردگی اشاره کرد. به‌همین منظور (LDPE) به‌طور گسترده در محصولاتی مانند کیسه‌های مواد‌غذایی، زباله، قوطی‌های آبمیوه و همین‌طور ظروف بسته‌بندی استفاده می‌شود.
پلی اتیلن با دانسیته متوسط (MDPE)
(MDPE) برخی از ویژگی‌ها و خواص (HDPE) و (LDPE) را با خود دارد؛ برای مثال بطری‌های (MDPE) به‌اندازه (LDPE) شفاف نیستند، ولی نسبت به (HDPE) منعطف‌تر هستند.
این پلیمر خواص مکانیکی خوبی مانند شکل‌پذیری و مقاومت در برابر ضربه‌های قوی و اصطکاک کم را دارد. ولی با این وجود در فشارهای بالا ممکن است، خزش داشته باشد. اما با اضافه‌کردن الیاف کوتاه می‌توان مقدار خزش آن را کم کرد. علاوهبر این در برابر حملات اسیدی، بازی، آنتی‌آکسیدان‌ها و عوامل کاهنده مقاومت خوبی از خود نشان می‌دهد و قابلیت جذب آن پایین است.
به‌همین دلیل (MDPE) در ساخت لوله‌های گاز، آب، فاضلاب، زهکشی، سیم‌ها، کابل‌های برقی، پوشش لوله‌های استیل و ورقه‌های شرینک بهکار می‌رود.
پلی اتیلن سبک خطی
پلی اتیلن سبک خطی یا به‌اختصار (LLDPE)، همان‌طور که از نامش پیداست، با (LDPE) شباهت‌هایی دارد، با این تفاوت که زنجیرهای پلیمری (LLDPE) انشعاب‌های کمتری نسبت به (LDPE) دارند و منظم‌تر هستند. این نوع کامپاند پلی اتیلن از کوپلیمریزاسیون پلی اتیلن با آلفا-الفین‌هایی مانند بوتن و هگزن به‌وجود می‌آید. در برابر اشعه فرابنفش، تنش‌های محیطی و سوراخ‌شدن مقاوم است و خواص محافظتی دارد.
برای سفارش انواع دستگاه اکسترودر از ماشین سازی متین و دریافت مشاوره با ما تماس بگیرید.
مزایای کامپاند پلی اتیلن
مزیت های کامپاند پلی اتیلن به شرح زیر است:
- محافظت پیشرفته؛ پلی اتیلن در برابر عبور نفوذ بخار هوا و رطوبت مقاوم است.
- سازگاری بالا؛ فرایند‌پذیری پلی اتیلن آسان است؛ به این معنا که در ضخامت‌ها، طرح‌ها و اندازه‌های مختلف مطابق با نیاز مشتری می‌توان محصول‌های متنوعی را ساخت.
- حملونقل آسان؛ پلی اتیلن از آن‌جایی که نسبت به وزن خود فضای ذخیره‌سازی کمتری نیاز دارد، بنابراین، جابه‌جایی آن نیز آسان‌تر است.
- با‌دوام؛ در بسته‌بندی‌های مختلف، پلاستیک پلی اتیلن محصول را در برابر عوامل محیطی حفظ می‌کند
- مقرون‌به‌صرفه؛ روند تهیه و تولید پلی اتیلن آسان است.
- انعطاف‌پذیری بالا.
- مقاوم در برابر سوراخ‌شدن
- شفاف‌بودن
روش تولید کامپاند پلی اتیلن با استفاده از دوده
پلی اتیلن روش‌های ساخت متفاوتی را با استفاده از فشارهای بالا، متوسط و پایین دارد. روشی که این‌جا می خواهیم آن را بررسی کنیم، روشی است که برای مشکی‌کردن پلاستیک‌های پلی‌اتیلن با استفاده از دوده انجام می‌شود. این روش علاوهبر رنگ‌دهی، باعث جلوگیری از آسیب کامپاند توسط اشعه فرابنفش می‌شود.
در این روش مستربچ‌های غلیظ به دوده را به پلی‌اتیلن طبیعی اضافه می‌کنیم؛ مستربچ‌ها نوعی از افزودنی‌های پلاستیکی جامد هستند که برای رنگ کردن پلیمر و افزودن خاصیت‌های بیشتری به پلیمر اضافه می‌شوند، در‌واقع مستربچ‌ها ترکیبی از چند رنگدانه و رزین با فرمول و اندازه مشخصی هستند. اگر تمایل دارید
این فرایند دو مرحله دارد که به‌ترتیب آن را شرح می‌دهیم.
- ابتدا دوده با درصد وزنی 20% تا 50% را با پلی اتیلن دانسیته کم یا دانسیته زیاد با سرعت زیادی مخلوط می‌کنیم.
- این هم‌زدن باید در نهایت منجر به خمیری‌شدن پلیمر شود و تا زمانی ادامه می‌یابد که دوده خوب در پلیمر توزیع شود.
این فرایند المان هایی دارد که باید از قبل تولید پلی اتیلن توسط دستگاه تولید کامپاند پلیمر آن‌ها را بررسی کنیم؛ برای مثال باید بدانیم با کدام گرید می‌خواهیم کامپاند پلی اتیلن سیاه تولید کنیم؛ برای تولید باید به غلظت، دانسیته، چگالی و شاخص جریان مذاب هر کدام از گریدهای پلی اتیلن توجه کنیم.
برای (LDPE) وزن مخصوص بهتر است بین 0.910 تا 0.924 و شاخص جریان مذاب بین 0.1 تا 20 دسی‌گرم بر دقیقه باشد.
برای (HDPE) وزن مخصوص به‌طور معمول بین 0.940 تا 0.965، شاخص جریان مذاب بین 0.1 تا 10 دسی‌گرم بر دقیقه است.
علاوهبر این به اندازه ذرات دوده هم باید دقت کنیم که معمولا بین 5 تا 100 نانو‌متر است.
اگر از دوده استفاده نکنیم؛ پسرفت خواص پلی اتیلن
به‌طور کلی پلی اتیلن بدون رنگدانه و پایدار‌کننده در دراز‌مدت در معرض نور خورشید تجزیه می‌شود و بر‌روی خواص مکانیکی کامپاند پلی اتیلن هم اثر می‌گذارد؛ به‌طوری که در مرور زمان استحکام کششی و ازدیاد طول آن کمتر و شکنندگی آن بیشتر می‌شود. علاوهبر این رنگ‌رفتگی آن افزایش می‌یابد و خاصیت عایق الکتریکی بودن خود را از دست می‌دهد.
به‌همین دلیل در تولید پوشش‌های سیم و کابل لوله در معرض نور خورشید، از مستربچ‌هایی مانند دوده استفاده می‌کنند. در صورت تمایل پبشنهاد می کنیم که مقاله تفاوت گرانول مستربچ و کامپاند را بخوانید تا بیشتر در این زمینه بدانید.
کاربرد کامپاند پلی اتیلن در صنایع مختلف
یکی از عواملی که باعث شده است پلی اتیلن جزء مورد‌استفاده‌ترین پلاستیک‌ها در جهان گیرد، به‌خاطر خواص و حسن‌های زیادی است که هر کدام از گریدهای پلیمر در خودشان ندارند. به‌همین دلیل در این مبحث کاربردهای پلی اتیلن را براساس گریدهای آن شرح داده‌ایم.
- (HDPE): عمده مصرف آن در بسته‌بندی، کالاهای مصرفی، الیاف، منسوجات و کشاورزی است. (HDPE) در بسته‌بندی‌های جعبه‌ها، سینی‌ها، بطری‌های شیر، آبمیوه، مواد‌غذایی و نگهداری کالاهای فله به کار می‌رود؛ به‌خاطر این که (HDPE) در محصول نهایی، استقامت ضربه قابل‌توجهی را ایجاد می‌کند.
در صنعت نساجی به‌دلیل استحکام کشش خوبی که از خود نشان می‌دهد، کاربرد دارد. در کشاورزی برای ساختن طناب، تورها بهکار می‌رود. - (LDPE): در داروسازی برای ساخت بطری‌ها، محفظه‌های دارویی، فشاری، آسترها، کیسه‌های زباله، برای بسته‌بندی مواد‌غذایی، لمینت‌ها بهکار می‌رود. در تاسیسات برای ساختن لوله‌ها و شلنگ‌های آب استفاده می‌شود.
- (LLDPE): در ساخت فیلم‌های چند منظوره بهکار می‌رود. به‌همین دلیل در کشاورزی، نساجی و بسته‌بندی استفاده‌های زیادی دارد.
- (UHMWPE) یا پلی اتیلن با وزن مولکولی فوق‌العاده بالا: گرید فوق‌سنگینی از کامپاند پلی اتیلن محسوب می‌شود که وزن مولکولی آن حداقل یک میلیون گرم بر مول است. به‌همین دلیل استقامت و عمر بالایی را دارد، در صنعت ماشین‌سازی در ساخت قطعات و اجزای ماشین‌ها و دستگاه‌های سنگینی مانند بیلبرینگ‌ها، غلتک‌ها، چرخ‌دنده‌ها و گاردریل‌ها بهکار می‌رود.
- (XPE) یا (PEX): گرید دیگری از کامپاند پلی اتیلن محسوب می‌شود، که در زنجیرهای پلیمری آن اتصالات عرضی ایجاد شده است؛ به‌طور کلی در صنایع پلیمر حرف ایکس، مفهوم اتصالات عرضی را می‌رساند. (XPE) در ساخت کابل، لوله‌ها و مواد نگهدارنده شیمیایی بهکار می‌رود.
جمع‌بندی
کامپاند پلی اتیلن نوعی پلیمر ترموپلاستیک است که مقاومت شیمیایی و استحکام کششی خوبی را از خود نشان می‌دهد. گریدهای مختلفی را از جمله پلی اتیلن با دانسیته پایین، دانسیته خطی پایین، دانسیته متوسط و دانسیته بالا دارد. به‌همین خاطر پلی اتیلن جزء پرمصرف‌ترین پلاستیک‌ها به‌شمار می‌آید. پلی اتیلن کاربردهای زیادی در بست‌بندی، تاسیسات، کشاورزی، کالاهای مصرفی، پزشکی دارد و بازیافت پلاستیک پلی اتیلن می تواند در صنعت مزیت های زیادی برای ما داشته باشد.
منابع: omnexus specialchem، ncbi
ماشین سازی متین
سوالات متداول
- مزیت پلی اتیلن چیست؟
مزیت پلی اتیلن مقاومت شیمیایی و عمر بالای آن است؛ زیرا پلی اتیلن در برابر مواد شیمیایی مانند اسیدها و محلول‌های سوز‌آور مقاومت خوبی را از خود نشان می‌دهد. همچنین عایق الکتریکی است. - آیا پلی اتیلن قابل بازیافت است؟
پلی اتیلن پلاستیک قابل بازیافتی است، به‌شرط آن که خالص باشد؛ یعنی در ساخت پلاستیک از سایر پلیمرها و مواد دیگری استفاده نشود. علاوهبر این پس از بازیافت خواص کامپاند پلی اتیلن کمتر دستخوش تغییر می‌شود. - پلی اتیلن چگونه ساخته می‌شود؟
اتیلن که واحد اصلی پلی اتیلن محسوب می‌شود، در معرض فشار و حضور کاتالیزگر باندهای دوگانه‌اش شکسته می‌شود و با کربن‌های مجاور خود اتصالات کربن-کربن متعددی را ایجاد می‌کند تا تبدیل به یک زنجیر پلی اتیلن شود.
