پلی اتیلن چیست؟

شاید برای همه ی ما جذاب باشد که راجع خواص علمی ماده پرکاربردی مثل پلی اتیلن بیشتری بدانیم. احتمالاً شمایی که در این جا متن ما را می خوانید، دارای پیشینه ای در زمینه لوله های پلی اتیلن باشید، اما این ماده شیمیایی در خیلی از صنایع دیگر، به طور وسیع مورد استفاده قرار می گیرد. به عنوان مثال ساخت کیسه های پلاستیکی، روکش های پلاستیکی و حتی موادی با روش تولید دشوار که در ساخت جلیقه ضدگلوله و قطعات فضاپیما هم به مصرف می رسد. بله، دنیای پلیمرهای بر پایه کربن به همین بزرگی و هیجان انگیزیست. اما خوب، تمرکز ما روی پلی اتیلن است که البته امروزه در حجم بالا تولید و مصرف دارد.

اتیلن، پلی اتیلن، تولید محصول

کلمه پلی در علم، و کلاً در زبان انگلیسی برای رساندن مفهوم چندین یا بسیاری استفاده می شود. پلیمر ها مولکول هایی هستند که از چندین ریز واحد دیگر ساخته شده اند. به این واحد های کوچکتر اصطلاحاً مونومر می گویند(در نتیجه چندین مونور می شود، پلیمر). مونومرها تا حدودی مثل قطعات خانه های اسباب بازی کار می کنند. این قطعات را کودکان به تعداد زیاد دارند و با وصل کردن آن ها به هم، قسمت های بزرگتر یک خانه اسباب بازی را ایجاد می کنند. برای ساختن پلیمرها نیز، تعداد زیادی مونومر، یک ساختار بزرگتر با ویژگی های جذابتر به دست می دهند.

برای مورد خاص ما، پلی اتیلن، مونومرها اتن است که با نام اتیلن نیز شناخته می شود. این ماده یکی از ساده ترین هیدروکربن های اشباع نشده است، دارای دو اتم کربن و چهار اتم هیدروژن. مطابق شکل زیر:

معلوم است که دو اتم کربن به یکدیگر اتصال کووالانسی دارند و به هر کدام هم دو اتم هیدروژن به صورت جداگانه متصل است. هر خط در این نمودار یک اتصال را نمایندگی می کند. احتمالاً خیلی سریع این سوال را بپرسید که چرا بین اتم های کربن یک جفت خط وجود دارد؟ این همان ویژگی مهم اتیلن است که ما را قادر می سازد نهایتاً صاحب مولکول پلی اتیلن شویم.

خواص شیمیایی اتیلن و پلیمر آن

نکته این جاست که هر اتم کربن برای اینکه اصطلاحاً اشباع شود و از نظر شیمیایی به تعادل برسد(یعنی دیگر علاقه ای به ایجاد پیوند با مواد دیگر نداشته باشد. این یعنی پایداری ماده) باید در مجموع چهار پیوند کووالانسی با هر اتمِ ممکن دیگری برقرار کند. در مولکولی مثل اتان(برادر اشباع شده ی اتیلن) هر اتم کربن توانسته به سه اتم هیدروژن و یک کربن دیگر با یک پیوند متصل شود.

در مورد اتیلن اما وضع متفاوت است. آن جا تعداد هیدروژن ها کافی نیست و اتم های کربن نیاز دارند برای رسیدن به تعادل(ایجاد چهار پیوند) یک باندینگ کووالانسی ثانویه با هم داشته باشند. البته نکته خیلی مهم این جاست که چنین اتصالاتی به اندازه ی کافی محکم نیستند و با ایجاد تحریک می شود آن ها را قطع کرد.

تحریک اتیلن و شروع روند پلیمریزایسیون

فرآیند شیمیایی که با اسم پلیمریزاسیون یا همان پلیمرسازی شناخته می شود، البته پیچیده است و از سطح این مقاله فراتر می رود. با این حال ایده کلی ترکیب مونومرها(برای ما اتیلن) با یک سری کاتالیزور است. سپس ایجاد دما و شرایط مناسب برای شکست پیوند دو گانه ی کربن-کربن، و در نهایت ایجاد پلیمر دلخواه(برای ما پلی اتیلن). این فرآیند در حد ایده آسان است، با این حال برای رسیدن به ساختار مورد علاقه ی خودمان از مولکول پیچیده ی پلیمری، بعضی اوقات به روش های فنی و بسیار پیچیده ای نیاز داریم.

شکل ها و ساختارهای مختلف پلی اتیلن

نکته بسیار مهم در این جاست که وقتی مونومرهای زیادی به هم وصل می شوند، محصول نهایی همیشه یک شکل خاص ندارد. این ابرمولکول که می تواند حاولی هزاران اتم کربن و هیدروژن باشد، احتمالاً به فرم های متفاوتی ایجاد می شود. این فرم های مختلف از نظر فیزیکی و شیمیایی تفاوت هایی به هم دارند. چگالی، انعطاف پذیری، نقطه ذوب، واکنش پذیری، خواص الکتریکی و بسیاری دیگر، تحت تاثیر تعداد مونومر و شکل پلیمر هستند.

از جمله انواع پلی اتیلن موجود می توان به پلی اتیلن با وزن مولکولی کم، زیاد، متوسط، پلی اتیلن خطی، پلی اتیلن شاخه دار و پلی اتیلن با وزن مولکولی بسیار زیاد اشاره کرد. این ها کاربردهای مخصوص خود را در صنعت دارند. به عنوان مثال، پلی اتیلن مورد استفاده در حوزه لوله فشار قوی سازی یا همان PE100 یکی از انواع پلی اتیلن با چگالی زیاد است. از طرف دیگر پلی اتیلن با وزن مولکولی خیلی زیاد دارای کاربردهای پیشرفته حتی در سطح نظامی است. کاربرد در تولید جلیقه ضد گلوله، لوله های فضاپیما، وسایل ورزشی که نیاز به مواد اولیه خیلی محکم دارند از جمله ی محصولات بر پایه پلی اتیلن می باشند.

 تولید کنندگان پلی اتیلن در ایران

پتروشیمی های متعددی در کشورمان اقدام به تولید این ماده اولیه ارزشمند می کنند. اساساً همان طور که توضیح دادیم، وزن مولکولی و خلوص پلی اتیلن در تعیین کیفیت آن و کیفیت محصول نهایی بسیار اثرگذار خواهد بود.

در ایران پتروشیمی های زیادی در حال تولید محصولات پلیمری به خصوص پلی اتیلن هستند. شرکت پتروشیمی جم، امیرکبیر، پتروشیمی بندر امام، شازند، تبریز، کرمانشاه و غیره، پلی اتیلن با گریدهای تجاری مختلف تولید می کنند.

سوالات متداول راجع پلی اتیلن

از چه نوع پلی اتیلن برای ساخت لوله آب و گاز استفاده می شود؟
قالباً از پلیمر با چگالی بالای اتیلن یا گرید PE100 از نوع High Density Polyethylene استفاده می شود.

مونومر پلی اتیلن چه نوع ماده ایست؟
همان طور که از اسم آن مشخص است، مولکول اتیلن بلوک سازنده ی این پلیمر است. اتیلن یکی از ساده ترین کربوهیدرات های اشباع نشده است به یک پیوند کووالانسی دوگانه بین دو کربن آن. بعد از طی روند پلیمریزاسیون، اتیلن به پلی اتیلن تبدیل می شود.

پلی اتیلن شاخه دار چیست؟
در طی روند پلیمریزاسیون روی اتیلن، شکل ها و فرم های مختلفی امکان ایجاد دارند. اگر مولکول نهایی دارای انشعاب هایی باشد، اصطلاحاً آن را پلی اتیلن شاخه دار می نامیم. این شکل های مختلف و انحراف از فرم خطی، در خواص فیزیکی و شیمیایی ماده نهایی تاثیر می گذارد.