موضوع مقاله: پلی‌اتیلن | مخاطب: عمومی | لحن: دانشنامه‌ای | ساختار: عنوان، مقدمه، 3 بخش، جمع‌بندی | مقاله: | # پلی‌اتیلن | مقدمه: پلی‌اتن‌ یا پلی‌ اتیلن‌ رایج‌ترین پلاستیکی است که امروزه مورد استفاده قرار می‌گیرد و معمولاً به اختصار PE نوشته می‌شود. | ## بخش 1: پلی‌اتیلن | پلی‌اتیلن نوعی پلیمر است که در درجه اول در صنعت بسته‌بندی جهت تولید اقلامی از قبیل کیسه‌های پلاستیکی، فیلم‌های پلاستیکی، ژئوممبران و ظروف از جمله بطری‌ها و غیره استفاده می‌شود. در سال ۲۰۱۷، در جهان سالانه بیش از ۱۰۰ میلیون تن رزین پلی‌اتیلن تولید می‌شود که ۳۴٪ از کل بازار پلاستیک‌ها را تشکیل می‌دهد. پلی اتیلن (PE) از واکنش چندین مولکول اتیلن در حضور کاتالیزور برای شکستن پیوند دوگانه و اتصال اتم‌های کربن به یک زنجیره ساخته می‌شود. بسیاری از انواع پلی‌اتیلن شناخته شده است که اکثر آنها دارای فرمول شیمیایی (C2H4)n هستند. پلی‌اتیلن معمولاً گرمانرم است، اما می‌توان آن را طوری تغییر داد که گرماسخت باشد، به عنوان مثال، پلی‌اتیلن پیوند متقابل نوعی پلی‌اتیلن گرماسخت است. فون پشمان همچنین اولین نمونه از پلی‌اتیلن جامد را در سال ۱۸۹۸ از طریق تجزیه دی‌آزومتان به‌طور تصادفی تولید کرد. پلی‌اتیلن اولین بار توسط شیمیدان آلمانی هانس فون‌پشمان ساخته شد که در سال ۱۸۹۸ در حین بررسی دی‌آزومتان آن را به‌طور تصادفی تهیه کرد. هنگامی که همکارانش یوگن بامبرگر و فردریش تشرنر ماده سفید و مومی شکلی را که او ایجاد کرده بود توصیف کردند، متوجه شدند که حاوی زنجیره‌های بلند -CH2- است و آن را polymethylene (پلی متیلن) نامیدند. اولین سنتز صنعتی کاربردی پلی‌اتیلن بار دیگر به‌طور تصادفی در سال ۱۹۳۳ توسط اریک فاوست و رجینالد گیبسون در کارگاه صنایع شیمیایی امپراتوری (ICI) در نورثویچ انگلستان کشف شد. پس از اعمال فشار بسیار بالا (چند صد اتمسفر) به مخلوطی از اتیلن و بنزآلدئید، آنها دوباره یک ماده مومی سفید تولید کردند. از آنجایی که واکنش اولیه در حضور میزان کمی اکسیژن در دستگاه آنها آغاز شده بود و آنها نسبت به آن اطلاع نداشتند، تکرار مجدد آزمایش در ابتدا دشوار بود. در سال ۱۹۳۵ بود که شیمیدان دیگر ICI، مایکل پرین، این حادثه را به یک سنتز فشار بالای تکرارپذیر برای پلی‌اتیلن توسعه داد که پایه‌ای برای تولید پلی‌اتیلن کم چگالی (LDPE) صنعتی شد که از سال ۱۹۳۹ شروع شد. از آنجایی که مشخص شد پلی‌اتیلن دارای خاصیت نفوذناپذیری زیادی در برابر امواج رادیویی با فرکانس بسیار بالا است، توزیع تجاری آن در بریتانیا با شروع جنگ جهانی دوم به حالت تعلیق درآمد، و تولید آن مخفیانه شد و این فرایند جدید برای تولید عایق برای کابل‌های کواکسیال UHF و SHF مجموعه‌های رادار مورد استفاده قرار گرفت. در طول جنگ جهانی دوم، تحقیقات بیشتری در مورد فرایند ICI انجام شد و در سال ۱۹۴۴، شرکت صنایع شیمیایی دوپون در رودخانه سابین، تگزاس، و شرکت Bakelite در چارلستون، ویرجینیای غربی، تولید تجاری در مقیاس بزرگ را تحت مجوز ICI آغاز کردند. پیشرفت مهم اساسی در تولید تجاری پلی‌اتیلن با توسعه کاتالیزورهایی آغاز شد که پلیمریزاسیون را در دماها و فشارهای ملایم ترویج می‌کردند. اولین مورد کاتالیزوری بر پایه تری‌اکسید کروم بود که در سال ۱۹۵۱ توسط رابرت بَنکس و جی پل هوگان در فیلیپس پترولیوم کشف شد. در سال ۱۹۵۳، کارل زیگلر، شیمیدان آلمانی، یک سیستم کاتالیزوری مبتنی بر هالیدهای تیتانیوم و ترکیبات آلومینیمی ایجاد کرد که حتی در شرایط ملایم‌تری از کاتالیزور فیلیپس کار می‌کرد. با این حال، کاتالیزور فیلیپس هزینه کمتری دارد و کار با آن آسان‌تر است، و هر دو روش به شدت به صورت صنعتی مورد استفاده قرار می‌گیرند. در پایان دهه ۱۹۵۰ هر دو کاتالیزور فیلیپس و زیگلر برای تولید پلی‌اتیلن با چگالی بالا (HDPE) استفاده می‌شدند. سیستم‌های کاتالیزوری مبتنی بر کاتالیزورهای محلول، متالوسن‌ها، در سال ۱۹۷۶ توسط والتر کامینسکی و هانسیورگ سین گزارش شدند. خانواده کاتالیزورهای مبتنی بر زیگلر و متالوسن ثابت کرده‌اند که در کوپلیمریزاسیون اتیلن با سایر الفین‌ها بسیار انعطاف‌پذیر هستند و به پایه و اساس طیف گسترده‌ای از رزین‌های پلی‌اتیلن موجود امروزی، از جمله پلی‌اتیلن با چگالی بسیار کم و پلی‌اتیلن کم چگالی خطی تبدیل شده‌اند. چنین رزین‌هایی به شکل الیاف UHMWPE (از سال ۲۰۰۵) شروع به جایگزینی آرامیدها در بسیاری از کاربردهای با مقاومت بالا کرده‌اند. خواص مکانیکی پلی‌اتیلن دارای استحکام، سختی و سفتی کم است، اما دارای شکل‌پذیری و چقرمگی بالا و همچنین اصطکاک کم است. | ## بخش 2: پلی‌اتیلن | پلی‌اتیلن تحت نیروی مداوم از خود خزش زیادی نشان می‌دهد که می‌تواند با افزودن الیاف کوتاه آن را کاهش داد. خواص حرارتی کاربرد تجاری پلی‌اتیلن به دلیل نقطه ذوب نسبتاً پایین آن در مقایسه با سایر ترموپلاستیک‌ها محدود شده است. برای گریدهای تجاری رایج پلی‌اتیلن با چگالی متوسط و بالا، نقطه ذوب معمولاً در محدوده ۱۲۰ تا ۱۳۰ درجه سلسیوس است. این دماها به شدت با نوع پلی‌اتیلن متغیر است، اما حد بالای نظری ذوب پلی‌اتیلن ۱۴۴ تا ۱۴۶ درجه سلسیوس گزارش شده است. خواص شیمیایی پلی‌اتیلن از هیدروکربن‌های غیرقطبی، اشباع و با وزن مولکولی بالا تشکیل شده است؛ بنابراین رفتار شیمیایی آن مشابه پارافین است. اکثر گریدهای LDPE و MDPE و HDPE دارای مقاومت شیمیایی عالی هستند، به این معنی که توسط اسیدهای قوی یا بازهای قوی مورد حمله قرار نمی‌گیرند و در برابر اکسیدان‌های ملایم و عوامل کاهنده مقاوم هستند. پلی‌اتیلن (غیر از پلی‌اتیلن پیوند عرضی) معمولاً می‌تواند در دماهای بالا در هیدروکربن‌های معطر مانند تولوئن یا زایلین یا در حلال‌های کلردار مانند تری کلرواتان یا تری کلروبنزین حل شود.Whiteley, Kenneth S. پلی‌اتیلن تقریباً هیچ آبی جذب نمی‌کند به همین دلیل بهترین ماده اولیه برای ساخت سپتیک می‌باشد. نفوذپذیری گاز و بخار آب (فقط گازهای قطبی) در آن کمتر از اکثر پلاستیک‌ها است اما از طرف دیگر، اکسیژن، دی‌اکسید کربن و طعم دهنده‌ها می‌توانند به راحتی از آن عبور کنند. پلی‌اتیلن به آرامی با شعله آبی رنگ که نوک آن زرد است می‌سوزد و بوی پارافین می‌دهد (شبیه شعله شمع). با این حال، به راحتی با بار الکتریکی باردار می‌شود (که می‌تواند با افزودن گرافیت، کربن سیاه یا عوامل آنتی استاتیک آن را کاهش داد). خواص نوری بسته به تاریخچه حرارتی و ضخامت فیلم، پلی‌اتیلن می‌تواند بین تقریباً شفاف، شیری مات (نیمه شفاف) و مات متفاوت باشد. خواص مکانیکی آن به‌طور قابل توجهی به متغیرهایی مانند میزان و نوع شاخه‌ها، ساختار کریستالی و وزن مولکولی بستگی دارد. هرچه زنجیره‌های پلیمری کمتر شاخه داشته باشند و وزن مولکولی کمتر باشد، بلورینگی پلی‌اتیلن بیشتر می‌شود. چگالی پلی‌اتیلن در نواحی کریستالی ۱٫۰ گرم بر سانتی‌متر مکعب و در نواحی آمورف ۰٫۸۶ گرم بر سانتی‌متر مکعب است. پلی‌اتیلن چگالی بالا یا HDPE با چگالی بیشتر یا مساوی ۰٫۹۴۱ گرم بر سانتی‌متر مکعب تعریف می‌شود. مولکول‌های عمدتاً خطی به خوبی در کنار هم قرار می‌گیرند، بنابراین نیروهای بین مولکولی قوی‌تر از پلیمرهای بسیار منشعب هستند. HDPE می‌تواند توسط کاتالیزورهای کروم/سیلیکا، کاتالیزورهای زیگلر-ناتا یا کاتالیزورهای متالوسن تولید شود. با انتخاب کاتالیزورها و شرایط واکنش، می‌توان انشعاب‌های کمی را که رخ می‌دهد کنترل کرد. این کاتالیزورها تشکیل رادیکال‌های آزاد در انتهای مولکول‌های پلی‌اتیلن در حال رشد را ترجیح می‌دهند. آنها باعث می‌شوند مونومرهای جدید اتیلن به انتهای مولکول‌ها اضافه شوند، نه در امتداد وسط، و باعث رشد یک زنجیره خطی می‌شوند. در محصولات و بسته‌بندی‌هایی مانند پارچ، بطری‌های مواد شوینده، ظرف کره، سطل‌های زباله و لوله‌های آب استفاده می‌شود. در واقع هدف از گفتن پلی اتیلن چگالی بالا پایین و غیره، این است که متوجه شویم زنجیره‌های این پلی اتین چگونه به یکدیگر متصل شده‌اند. | ## بخش 3: پلی‌اتیلن | همچین تعداد اتصالات موجود در میان اتم و مولکول‌های این ماده برای نام گذاری آن اثر دارند. پلی‌اتیلن کم‌چگالی (LDPE) پلی‌اتیلن کم‌چگالی یا LDPE با محدوده چگالی ۰٫۹۱۰ تا ۰٫۹۴۰ گرم بر سانتی‌مترمکعب شناخته می‌شود. LDPE دارای درجه بالایی از انشعاب زنجیره کوتاه و بلند است، به این معنی که زنجیره‌ها در ساختار کریستالی نیز جمع نمی‌شوند؛ بنابراین نیروهای بین مولکولی قوی کمتری دارد زیرا جاذبه دوقطبی-القایی دوقطبی-آنی آن کمتر است. میزان بالای انشعاب‌های آن با زنجیره‌های بلند به پلی‌اتیلن کم‌چگالیِ مذاب خواص جاری شدن منحصربه‌فرد و مطلوبی می‌دهد. LDPE هم برای ظروف سفت و هم برای کاربردهای فیلم پلاستیکی مانند کیسه‌های پلاستیکی و روکش‌های فیلمی استفاده می‌شود. فرایند پلیمریزاسیون رادیکالی که برای ساخت LDPE استفاده می‌شود، شامل کاتالیزوری نمی‌شود که بر مکان‌های رادیکال روی زنجیره‌های PE در حال رشد نظارت کند. (در سنتز HDPE، محل‌های رادیکال در انتهای زنجیره‌های پلی‌اتیلن قرار دارند، زیرا کاتالیزور تشکیل آنها را در انتها تثبیت می‌کند) رادیکال‌های ثانویه (در وسط یک زنجیره) پایدارتر از رادیکال‌های اولیه هستند (در انتهای زنجیره)، و رادیکال‌های سوم (در یک نقطه شاخه) هنوز پایدارتر هستند. هر بار که یک مونومر اتیلن اضافه می‌شود، یک رادیکال اولیه ایجاد می‌کند، اما اغلب این رادیکال‌ها برای تشکیل رادیکال‌های ثانویه یا ثالثی پایدارتر می‌شوند. پلی‌اتیلن کم چگالیِ خطی (LLDPE) پلی‌اتیلن کم چگالیِ خطی یا LLDPE با محدوده چگالی ۰٫۹۱۵ تا ۰٫۹۲۵ گرم بر سانتی‌مترمکعب تعریف می‌شود. LLDPE یک پلیمر اساساً خطی با تعداد قابل توجهی شاخه‌های کوتاه است که معمولاً با کوپلیمریزاسیون اتیلن با آلفا-الفین‌های زنجیره کوتاه (مثلاً ۱-بوتن، ۱-هگزن و ۱-اکتن) ساخته می‌شود. فیلم‌های با ضخامت کمتر (گیج) را می‌توان در مقایسه با LDPE با مقاومت بهتر در برابر ترک خوردگی در تنش‌های محیطی دمید، اما پردازش آن‌ها آسان نیست. برای پوشش کابل برق (کابل با روکش پلی اتیلن)، اسباب بازی، درب، سطل، ظروف و لوله استفاده می‌شود. در حالی که کاربردهای دیگری در دسترس هستند، LLDPE به دلیل چقرمگی، انعطاف‌پذیری و شفافیت نسبی، عمدتاً در تولید مشما استفاده می‌شود. پلی‌اتیلن پیوند عرضی (PEX یا XLPE) پلی‌اتیلن پیوند عرضی یا PEX پلی‌اتیلنی با چگالی متوسط تا بالا است که حاوی پیوندهای عرضی یا متقابل است که به ساختار پلیمر وارد شده و ترموپلاستیک را به یک ترموست تبدیل می‌کند. با اتصال عرضی خواص دما-بالای پلیمر بهبود می‌یابد، سیالیت آن کاهش می‌یابد و مقاومت شیمیایی آن افزایش می‌یابد. HDPE، در تولید ظروف شیر و مایعات، انواع وسایل پلاستیکی آشپزخانه و مخازن آب پلی‌اتیلن کاربرد دارد. در تولید لوله‌های پلاستیکی , لوله پلی اتیلن و اتصالات لوله‌کشی معمولاً از MDPE استفاده می‌کنند. گفتنی است مهم‌ترین کاربرد پلی اتیلن در ساخت لوله‌های کاروگیت پلی اتیلن و آبیاری قطره ای است که توانسته کمک شایانی به صرفه جوی آب کند. LLDPE به دلیل بالا بودن میزان انعطاف‌پذیری در تهیه انواع وسایل پلاستیکی انعطاف‌پذیر مانند لوله‌هایی با قابلیت خم شدن کاربرد دارد. اخیراً پژوهش‌های فراوانی در تولید پلی‌اتیلن‌هایی با زنجیر بلند و دارای شاخه‌های کوتاه انجام شده است. به طور کلی از پلی‌اتیلن با چگالی بالا (HDPE) در تولید انواع لوله‌های تک‌جداره و دو‌جداره استفاده می‌شود. لوله‌های تک‌جداره بیشتر برای سامانه‌های آبرسانی و انتقال سیالات تحت فشار به‌کار می‌روند، در حالی که لوله‌های دوجداره (کاروگیت) با ساختار موج‌دار خارجی، برای شبکه‌های فاضلاب و دفن در عمق زیاد. سلامتی طبق تحقیقات جدیدمیزان پلاستیک انباشته در بدن انسان‌ها به‌خصوص در مغز و کبد در حال افزایشه. | ## جمع‌بندی | میزان انباشت در مغز (دارای همبستگی با زوال عقل) ترسناکه، بین ۳۰–۷ تا برابر انباشت در کبد!