پلی اتیلن سبک و سبک خطی پلیمرهایی با دانسیته پایین هستند و به دلیل خواص منحصر به فردی که دارند در تولید بسیاری از مواد پلیمری همانند کیسه ها ، ظروف ، لوله ها و … مورد استفاده قرار می گیرند.
مقدمه
پایه و اساس همه انواع پلیمرهای پلی اتیلن مونومور اتیلن است ، اما با ایجاد تغییر در شرایط دما ، فشار ، پیش برنده ها و …. می توان پلیمرهایی با خواص متنوع ساخت . این ماده خصوصیات جریانی بسیار خوبی دارد ، پایداری دمایی بالایی دارد و در مقابل رطوبت مقاوم است . همین خصوصیات باعث می شود که از این ترکیب در موارد بسیاری همانند ساخت بطری ، ظروف نگهداری ، اسباب بازی و … استفاده شود .
تفکیک پلیمرهای پلی اتیلن بر اساس دانسیته صورت می گیرد و به سنگین ، سبک ، متوسط ، سبک خطی ، فوق سنگین و … تقسیم می شوند. در ادامه به شرح دو نوع بسیار مهم این ماده یعنی LPDE و LLPED خواهیم پرداخت .
پلی اتیلن سبک (Low Density Polyethylene)
این ترکیب با تعداد زیاد شاخه های کوتاهش شناخته می شود . مادامی که شاخه ها کوتاه تر باشند ، تعداد بیشتری از آن ها وجود داشته و می توانند در برابر هم حرکت کنند بدون آنکه به یکدیگر بپیچند. به همین دلیل LLDPE در مقایسه LDPE مقاومت بالاتری در مقابل ضربه و سوراخ شدن از خود نشان می دهد.
این محصول دارای نقطه ذوب 105-115 درجه سانتیگراد بوده و دانسیته آن برابر با 0.910 تا 0.940 g/cm3 است. در ادامه با برخی از مزایا و خواص این ماده بیشتر آشنا می شویم :
- مقاومت خوبی در برابر الکل ها و اسید و باز های رقیق دارد.
- مقاومت محدودی در برابر هیدروکربن های آروماتیک ، روزغن های معدنی ، عوامل اکسید کننده و هیدروکربن های هالوژنه دارد.
- قیمت پایین با پردازش پذیری خوب
- استحکام بالا در دمای پایین و ماندگاری بالا در هوا
- جذب آب بسیار پایین
- عایق الکتریکی عالی
- در فیلم های نازک شفاف است
از معایب پلی اتیلن سبک نیز می توان به استحکام و سختی پایین در دماهای بالا ، نفوذ پذیری بالا خصوصا در حضور دی اکسید کربن ، مقاومت پایین در برابر اشعه ماورا بنفش و قابلیت اشتعال بالا اشاره کرد.
کاربردها
عمده کاربرد پلی اتیلن سبک در تولید ظروف ، بطری ها ، لوله ها و کیسه های پلاستیکی است . محبوب تریم کاربرد این ماده تولید کیسه های پلاستیکی است .
فرآیند تولید
برای تولید پلیمرهای پلی اتیلن عموما دو روش فشار بالا و فشار پایین مورد استفاده قرار می گیرد. برای تولید LLDPE از روش فشار پایین استفاده می شود. این روش برای اولین بار در اواخر دهه 1950 میلادی برای تولید این پلیمر به کار گرفته شد. همانگونه که پیشتر اشاره شد این محصول کوپلیمر اتیلن همراه با مقدار کمی از مونومرهای دیگر مانند بوتن ، هگزن و اکتن است. در شکل زیر کوپلیمر با بوتن نمایش داده شده است.
عموما پلی اتیلن ها با توجه به دانسیته و شاخص جریان مذاب (MFI) مورد ارزیابی قرار می گیرند. دانسیته LDPE ها بین 0.91 تا 0.93 kg/m3 قرار دارد. جامدی سفید و منعطف است.
LDPE را می توان هم در راکتور اوتوکلاو و هم در راکتور لوله ای تولید کرد. در ادامه به فرآیند تولید این ماده در یک راکتور لوله ای خواهیم پرداخت.
شرح فرآیند
خوراک واحد شامل مونومر تازه اتیلن همراه با یک مودیفایر برای کنترل وزن پلیمر است. خوراک همراه با یک جریان برگشتی فشار پایین ترکیب شده و در یک کمپرسور پیش فشرده می شود ، در این مرحله فشار گاز تا 250-300 bar بالا می رود.
جریان خروجی از کمپرسور ابتدایی با یک جریان برگشتی فشار بالا مخلوط شده و سپس به هایپر کمپرسور وارد می شود تا فشار آن به 2000-3000 bar افزایش پیدا کند. هایپر کمپرسور دارای دو مرحله است . در فشار بالای 2000 بار و دمای بالاتر از 160 درجه سانتیگراد ف پلیمر قادر به حل شدن در اتیلن واکنش نداده است .
خروجی هایپر کمپرسور به واحد اصلی یعنی راکتور لوله ای فرستاده می شود. درست در ورودی راکتور لوله ای مخلوطی از سه آغازگر به داخل جریان خوراک تزریق می شود. آغازگرها با توجه به دما به صورت انتخابی تجزیه شده و شروع به تولید زنجیره ها می کنند. واکنش بسیار گرما زا بوده و گرمای تولیدی با استفاده از خنک کننده در یک چرخه از راکتور خارج می شوند.
طول راکتور مورد استفاده برای تولید پلی اتیلن سبک بالاتر از 1000 متر است ، اما علی رغم این طول زیاد درجه تبدیل در هر بار گذر بین 25-35% است . LDPE و خوراک واکنش نداده در پایان واکنش برای جداسازی به دو واحد فلش فرستاده می شوند.
مونومر واکنش نداده و مودیفایر با استفاده از دو جریان برگشتی به ورودی کمپرسورها برگردانده می شوند ، که البته قبل از ورود دمای آنها کاهش داده می شود.
پلی اتیلن سبک خطی (Linear Low Density Polyethylene)
پلی اتیلن سبک خطی یا به اختصار LLDPE دارای دانسیته بین 0.915-0.925 g/cm3 است . یک پلیمر خطی است که دارای شاخه های کوتاه است و عموما از کوپلیمریزاسیون با آلفا اولفین های زنجیر کوتاه همانند 1-بوتن ، 1-هگزن ، و 1-اکتن تولید می شود.
LLDPE در مقایسه با LDPE استحکام کششی بالاتری دارد و همچنین از مقاومت بالاتری در برابر ضربه و سوراخ شدن برخوردار است.
این ماده در تولید مواد بسته بندی خصوصا به صورت فیلمی برای تولید کیسه ها و ورق ها مورد استفاده قرار می گیرد. در حالی که می توان از این پلیمر برای کاربردهایی همچون ساخت کابل های پوششی ، لوله ها ، محفظه ها و … استفاده کرد ، اما کاربرد فیلمی آن به دلیل دارا بودن سفتی ، انعطاف و شفافیت نسبی بیشتر است.
LLDPE از طریق فرآیند فشار پایین توسط کوپلیمریزاسیون اتیلن و آلفا اولفین تولید می شود . گرید های مختلف این ماده بر اساس نوع استفاده و کاربری فیلمی و یا تزریقی وجود دارند و نامگذاری آنها بر اساس مشخصات پلیمر و بسته به تولید کننده مشخص می گردد. به عنوان مثال پلی اتیلن سبک خطی گرید LL0209AA پتروشیمی اراک کوپلیمر LDPE است که حاوی بوتن -1 به عنوان کوپلیمر است. این گرید برای تمامی مصارف فیلمی به صورت خالص و یا در ترکیب با سایر پلیمرهای اتیلن مناسب است.
مزایا
- بسیار منعطف همراه با استحکام بالا
- دارای رنگ طبیعی شیری
- مقاومت بالا در برابر مواد شیمیایی
- مقاومت خوب در برابر بخار آب و الکل
