آیا همه چیز را در مورد پلی اتیلن ها می دانید؟ (بخش اول)

بسپار/ ایران پلیمر شما فکر می‌کنید تمام چیزها را در مورد ماده‌ای که 80 سال پیش تجاری­ سازی شده، یعنی پلی اتیلن می دانید؟ این بخش از این مقاله به اصول اولیه این بسپار می­ پردازد.

پلی‌اتیلن به مدت 80 سال به ­طور تجاری موجود است. با داشتن این مدت طولانی برای کسب تجربه، ممکن است انتظار داشته باشید که همه ‌چیزهایی را که می‌خواهید در مورد خانواده این بسپار بدانید یاد گرفته ­اید. با این حال، با خواندن این مجموعه مقالات در مورد انتخاب صحیح PE برای یک کاربرد خاص، در می­­ یابید که این صنعت چیزهای زیادی برای آموختن دارد.

پلی‌اتیلن تنها بسپار موجود در طیف گسترده‌ای از چگالی است. چگالی معمولا یک ویژگی ذاتی است. چگالی تمام پلی­ کربنات‌ها 1/20 –1/19 گرم بر سانتی‌متر مکعب، چگالی تمام پلی‌پروپیلن‌ها 0/905 – 0/898 گرم بر سانتی‌متر مکعب و چگالی پلی‌استرPBT 1/31 گرم بر سانتی‌متر مکعب است. تغییر چگالی هر ماده ممکن است، اما این تنظیمات شامل تغییر در اجزای سازنده می ­شود. افزودن نرم­ کننده­ها باعث کاهش چگالی PVC می‌شود، اکثر اصلاح‌کننده‌های ضربه باعث کاهش چگالی بسپار پایه‌ که به آن اضافه‌شده‌اند می‌شوند و پرکننده‌ها و تقویت‌کننده‌ها معمولا چگالی ماده را افزایش می‌دهند. اما PE را می‌توان در طیف وسیع چگالی‌ از 0/86 تا  0/97 گرم بر سانتی‌متر مکعب، بدون تغییر در اجزای مولکولی سازنده، یافت و در این طیف وسیع، بسپار می‌تواند طیف گسترده‌ای از خواص را نشان دهد.

پلی‌اتیلن، مانند بسیاری از بسپارهایی که امروزه به آن‌ها اعتماد تجاری داریم، به‌طور تصادفی ایجاد شده است. محققانی که با گازهای تحت فشار زیاد آزمایش می‌کردند، دریافتند وقتی که آزمایش‌هایی با گاز اتیلن انجام می‌دادند، یک ترکیب جامد به دست می­آید که حاصل بسپارش مولکول اتیلن است. تجاری‌سازی این ماده حدود شش سال طول کشید و طبق استانداردهای امروزی فرایند بسپارش خام بود و محصولات بسیار محدودی را تولید می‌کرد.

امروزه این مواد، پلی‌اتیلن کم­چگالی (LDPE) نامیده می­شود. اما این نام‌گذاری در آن زمان وجود نداشت، زیرا هیچ‌ ماده­ای به‌عنوان پلی‌اتیلن پرچگالی وجود نداشت و هیچ درکی از وجود چنین ماده‌ای حتی ممکن نبود. پس از مدتی درک شد که LDPE  از زنجیرهایی تشکیل شده است که به­طور قابل توجهی شاخه ­دار هستند. شاخه‌های بلند مانع از فشردگی زنجیر اصلی به هم می‌شود. این امر، توانایی مواد در بلورینگی را محدود می­سازد و از جاذبه‌های بین‌مولکولی که مسئول ایجاد خواص تحمل بارگذاری مانند استحکام و سفتی را بر عهده‌ دارند، می‌کاهد.

استفاده اولیه از PE به‌عنوان عایق سیم و کابل بود، بنابراین انعطاف‌پذیری LDPE یک ویژگی مثبت محسوب می­شد. با این حال، اگر محصولی مانند سطل 5 گالنی ساخته شده از LDPE با 20 تا 25 کیلو محتویات پر می­شد و سپس ظروف سه یا چهار ردیف روی هم چیده می­شدند، به‌سرعت می­شکستند. بنابراین قابل ‌درک است که کاربردهای PE تا دهه 1940 و اواسط دهه 1950 تا حدودی محدود بودند.

Karl Ziegler و Guilio Natta در سال 1954، با کار مستقل و تا حدودی رقابتی، یاریگری (کاتالیزوری) را کشف کردند که اجازه­ی بسپارش اتیلن بدون دماهای زیاد و فشارهای شدید که قبلا نیاز بود را می­داد. مهم‌تر از همه، مولکول حاصل تا حد زیادی عاری از شاخه‌هایی بود که نتایج فرایندهای پرفشار را مشخص می‌کرد. این مولکول‌های خطی می‌توانند به یکدیگر نزدیک‌تر و فشرده ­تر باشند و مجموعه‌ی متفاوتی از خواص را ایجاد کنند. پلی‌اتیلن پرچگالی (HDPE) مستحکم­تر، سفت‌تر و سخت‌تر هستند که ناشی از داشتن درجه زیاد بلورینگی آن است. هم­چنین از مقاومت ضربه کمتری، به‌خصوص در دماهای کم، برخوردار بود. اما استحکام و صلبیت بیشتر مواد محصولاتی مانند این سطل­های 5 گالنی را امکان‌پذیر می­کرد.

برگردان: دکتر فاطمه خودکار

[email protected]

(ادامه دارد…)

متن کامل این مقاله را در شماره 206 ماهنامه بسپار که در نیمه آذرماه منتشر شده است، بخوانید. 

در صورت تمایل به دریافت نسخه نمونه رایگان و یا دریافت اشتراک با شماره های 02177523553 و 02177533158 داخلی 3 سرکار خانم ارشاد تماس بگیرید. نسخه الکترونیک این شماره از طریق فیدیبو قابل دسترسی است.