نوع سایت فعال

k

خواص پلیمر

poly

مقدار مرجع

ref

خواص آب

w

فصل اول
مقدمه

۱- معرفی پلی اتیلن

پلی اتیلن یا پلی اتن یکی از ساده ترین و ارزان ترین پلیمرها است. این ماده از پلیمریزاسیون اتیلن بدست می آید و بطور خلاصه بصورت PE نشان داده می شود. مولکول اتیلن C2H4 (دارای یک بند دو گانه C=C ) است. در فرایند پلیمریزاسیون بند دوگانه هر یک از مونومرها شکسته شده و بجای آن پیوند ساده ای بین اتم های کربن مونومرها ایجاد می شود و محصول ایجاد شد ه یک درشت مولکول است. پلی اتیلن ماده ای جامد، بدون بو، مومی، نیمه شفاف و غیرفعال است که معمولاً به صورت گرانول تولید می گردد. بنابراین پلی اتیلن می تواند به طیف گسترده ای از مشتقات اتیلن تبدیل گردد . پلی اتیلن یکی از پایدارترین و خنثی ترین پلیمرها است و دارای مقاومت بالائی در برابر مواد شیمیایی می باشد. دارابودن خواص متعدد باعث گردیده ، پلی اتیلن در طیف وسیعی از محصولات استفاده شود . رایج ترین مورد استفاده آن در تولید فیلم های بسته بندی می باشد]۱[.

برای دانلود متن کامل پایان نامه به سایت fotka.ir مراجعه نمایید.

تاریخچه تولید پلی اتیلن

پلی اتیلن اولین بار به طور اتفاقی توسط شیمیدان آلمانی هنس وان پکما سنتز شد. او در سال ۱۸۹۸، هنگام حرارت دادن دی آزومتان، ترکیب مومی شکل و سفیدی را سنتز کرد که بعدها پلی اتیلن نام گرفت ]۲[.
اولین روش سنتز صنعتی، توسط اریک فاوست و رینولدگیبسون انجام شد. این دو دانشمند با حرارت دادن مخلوط اتیلن و بنزالدهید در فشار بالا، ماده ای موم مانند به دست آوردند. علت این واکنش، وجود ناخالصی های اکسیژن دار در دستگاه های مورد استفاده بود که به عنوان ماده آغازگر پلیمریزاسیون عمل کرده بود. در سال ۱۹۳۵، مایکل پرین این روش را توسعه داد و تحت فشار بالا، پلی اتیلن را سنتز کرد که برای تولید صنعتی پلی اتیلن، به عنوان روش اساسی در سال ۱۹۳۹ اتخاذ شد. از آن زمان به بعد با از میان برداشتن موانع، پیشرفت های زیادی در زمینه سیستم های پلیمری و ساخت پلیمر صورت گرفت و همه این ها منجر به این شد که تولید پلیمرها، امروزه به صورت صنعت عظیمی درآمده است ]۳[.

شکل ۱-۱٫ ساختمان مولکولی اتیلن و پلی اتیلن

انواع پلی اتیلن

پلی اتیلن ها خانواد ه ای از رزین ها می باشند که از طریق پلیمریزاسیون گاز اتیلن ( C2H4 ) بدست می آیند. پلی اتیلن شامل ساختار بسیار ساده ای است، به طوری که ساده تر از تما م 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 . 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 وزن مخصوص آن به علت اشغال حجم بیشتر، کاهش یافته است. در این نوع پلی اتیلن مولکول های اتیلن به شکل تصادفی به یکدیگر متصل می شوند و ساختار ملکولی بسیار نامنظمی را ایجاد می کنند. وزن مخصوص آن بین۹۱۰/۰ تا ۹۲۵/۰ است و تحت فشار و دمای بالا و اغلب با بهره گرفتن از پلیمریزاسیون رادیکال آزاد وینیلی تولید می شود . البته برای تهیه آن می توان از پلیمریزاسیون زیگلر- ناتا نیز استفاده کرد ]۴[.
وقتی هیچ شاخه ای در مولکول وجود نداشته باشد آن را پلی اتیلن خط ی ( 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. ساختار ملکولی این پلیمر بسیار کریستالی است . پلی اتیلن خطی محصو لی با وزن مولکولی ۲۰۰۰۰۰ – ۵۰۰۰۰۰ است که آن را تحت فشار و دماهای نسبتاً پایین پلیمریزه می کنند. وزن مخصوص آن بین ۹۴۱/۰ تا ۹۶۵/۰ است و آن را بیشتر به وسیله ی فرایند مشکلی که پلیمریزاسیون زیگلر – ناتا نامیده می شود، تهیه می کنند. نوعی از پلی اتیلن نیز وجود دارد که وزن مخصوص آن بین وزن مخصوص این دو پلیمر است یعنی در محدوده ی ۹۲۶/۰ تا ۹۴۰/ ۰ و آن را پلی اتیلن نیمه سنگین یا متوسط می نامند ]۴[.
پلی اتیلن با وزن مولکولی بین ۳ تا ۶ میلیون را پلی اتیلن با وزن مولکولی بسیار بالا یا UHMWPE می نامند و با پلیمریزاسیون کاتالیست متالوسن تولید می کنند. ماده ی مذکور از فرایندپذیری دشوارتری برخوردار بوده ولی خواص آن عالی است . هنگامی که از طریق تشعشع یا استفاده از مواد افزودنی شیمیایی، این پلیمر تماماً شبکه ای شود، پلی اتیلن یاد شده دیگر گرما نرم نخواهد بود . این ماده با پخت حین قالبگیر ی یا بعد از آن یک گرما سخت واقعی با استحکام کششی، خواص الکتریکی و استحکام ضربه ای خوب در دامنه ی وسیعی از دما خواهد بود . از این ماد ه برای ساخت الیاف بسیار قوی استفاد ه می کنند تا جایگزین کولار (نوعی پلی آمید) در جلیقه های ضد گلوله گردد، و همچنین صفحات بزرگ آن را می توان به جای زمین های اسکیت یخی استفاده کرد ]۴[.
به وسیله‌ی کوپلیمریزاسیون مونومر اتیلن با یک مونومر آلکیل شاخه دار، کوپلیمری با شاخه های هیدروکربن کوتاه بدست می آید که آن را پلی اتیلن خطی با وزن مخصوص کم یا LLDPE می نامند و از آن اغلب برای ساخت محصولاتی همچون فیلم های پلاستیک استفاده می کنند. طبقه بندی پلی اتیلن ها بر اساس دانسیته آنها صورت می گیرد که در مقدار دانسیته اندازه زنجیر پلیمری و نوع و تعداد شاخه های موجود در زنجیر دخالت دارد.
پلی اتیلن با دانسیته بالا (HDPE) :
این نوع پلی اتیلن دارای زنجیر پلیمری بدون شاخه است، بنابراین نیروی بین مولکولی در زنجیرها بالا و استحکام کششی آن بیشتر از بقیه پلی اتیلن ها است. شرایط واکنش و نوع کاتالیزور مورد استفاده در تولید پلی اتیلن HDPE موثر است. برای تولید پلی اتیلن بدون شاخه معمولاً از روش پلیمریزاسیون با کاتالیزور زیگلر-ناتا استفاده می شود.

شکل ۱-۲- ساختار مولکولی انواع پلی اتیلن ]۴[
پلی اتیلن با دانسیته پایین (LDPE) :
این نوع پلی اتیلن دارای زنجیری شاخه دار است. بنابراین زنجیرهای LDPE نمی توانند بخوبی با یکدیگر پیوند برقرارکنند و دارای نیروی بین مولکولی ضعیف و استحکام کششی کمتری است . این نوع پلی اتیلن معمولا با روش پلیمریزاسیون رادیکالی تولید می شود. از خصوصیات این پلیمر، انعطاف پذیری و امکان تجزیه بوسیله میکروارگانیسم ها است.
پلی اتیلن خطی با دانسیته پایین (LLDPE) :
این نوع پلی اتیلن یک پلیمر خطی با تعدادی شاخه های کوتاه است و معمولاً از کوپلیمریزاسیون اتیلن با آلکن های بلندزنجیر ایجاد می شود ]۵[.

روش های تولید انواع پلی اتیلن

فرایند فشار بالا: در این فرایند اتیلن در فشار بین ۱۰۰۰-۳۰۰۰ بار به وسیله آغاز گره هایی مثل پراکسیدها , ترکیبات آزو و مقدار ناچیز اکسیژن در یک مکانیزم رادیکالی پلی اتیلن تولید می شود. در این فرایند به دلیل انجام واکنش به شکل رادیکالی زنجیره های پلیمری تولید شده شاخه دار می باشند و از این رو دانسیته پلیمر تولید شده با این روش پایین و حدود ۹۴۵/۰ – ۹۱۵/۰ می باشد این نوع پلی اتیلن با نام پلی اتیلن سبک (LDPE) شناخته می شود و عمده مصرف آن در تولید فیلم می باشد ]۶[.
فرایند زیگلر ناتا:
در سال ۱۹۵۳ زیگلر در آلمان و ناتا در ایتالیا موفق به ساخت کاتالیستسی شدند که توسط آن می توان پلی اتیلن را در فشارهای پایین تولید نمود. این کاتالیست ترکیب فلز واسطه تیتانیوم و کلر می باشد که روی منیزیوم کلراید ساپورت شده و توسط تری اتیل آلمینیوم به عنوان کوکاتالیست فعال می شود.
امروزه تولید پلی اتیلن به وسیله این فرایند گسترش زیادی یافته و عموما با دو روش دوغابی و فاز گاز انجام می شود. در روش دوغابی واکنش در فاز هگزان انجام می شود و به دلیل خاصیت انتخاب پذیری این کاتالیست زنجیره پلیمری خطی تولید می کند وبه سبب شکل خطی زنجیر پلیمر تولید شده دارای دانسیته بالا می باشد که این نوع پلیمر پلی اتیلن سنگین(HDPE) نام گرفته است و دانسیته آن بین ۹۶۰/۰ – ۹۴۰/۰ می باشد.عمده مصرف این نوع پلیمر تولید لوله , مواد تزریقی وظروف پلاستیکی می باشد.
جهت کاهش دانسیته از مونومر ۱-بوتن در این فرایند استفاده می شود اما به دلیل افزایش انحلال پلیمر در هگزان با پایین آمدن دانسیته در این روش نمیتوان به پلیمرهای با دانسیته پایین دست یافت از این رو جهت تولید پلی اتیلن با دانسیته پایین از روش فاز گاز استفاده می شود.