پلی اتیلن (PE)، رزین مصنوعی سبک و همه کاره ساخته شده از پلیمریزاسیون اتیلن. پلی اتیلن عضوی از خانواده مهم رزین های پلی الفین است. این پلاستیک پرکاربردترین پلاستیک در جهان است که به محصولاتی از بسته بندی 犀利士
مواد غذایی شفاف و کیسه های خرید تا بطری های مواد شوینده و مخازن سوخت خودرو تبدیل می شود. همچنین می توان آن را برش داد یا به صورت الیاف مصنوعی  چرخاند یا آن را اصلاح کرد تا خاصیت کشسانی لاستیک را به خود بگیرد.شرکت شیلنز برترین تولید کننده نوار فرم پلی اتیلن در ایران می باشد.پلی اتیلن هم چنین یکی از مواد اصلی تشکیل دهنده نوار فرم یا نوار ماکارونی می باشد.

ترکیب شیمیایی و ساختار مولکولی:

اتیلن (C2H4) یک هیدروکربن گازی است که معمولاً از ترک خوردن اتان تولید می‌شود، که به نوبه خود یکی از اجزای اصلی گاز طبیعی است یا می‌تواند از نفت تقطیر شود. مولکول‌های اتیلن اساساً از دو واحد متیلن (CH2) تشکیل شده‌اند که توسط یک پیوند دوگانه بین اتم‌های کربن به هم مرتبط شده‌اند – ساختاری که با فرمول CH2=CH2 نشان داده می‌شود. تحت تأثیر کاتالیزورهای پلیمریزاسیون، پیوند دوگانه می تواند شکسته شود و پیوند منفرد اضافی حاصل برای پیوند به اتم کربن در مولکول اتیلن دیگر استفاده شود. بنابراین، اتیلن که به واحد تکرار شونده یک مولکول بزرگ و پلیمری (چند واحدی) تبدیل شده است، ساختار شیمیایی زیر را دارد:

ساختار مولکولی پلی اتیلن :

این ساختار ساده که هزاران بار در یک مولکول تکرار شده است، کلید خواص پلی اتیلن است. مولکول های بلند و زنجیره مانند که در آن اتم های هیدروژن به ستون فقرات کربن متصل می شوند، می توانند به صورت خطی یا شاخه ای تولید شوند. نسخه های شاخه دار به عنوان پلی اتیلن با چگالی کم (LDPE) یا پلی اتیلن با چگالی کم خطی (LLDPE) شناخته می شوند. نسخه های خطی به عنوان پلی اتیلن با چگالی بالا (HDPE) و پلی اتیلن با وزن مولکولی فوق العاده بالا (UHMWPE) شناخته می شوند.ترکیب پایه پلی اتیلن را می توان با گنجاندن سایر عناصر یا گروه های شیمیایی، مانند پلی اتیلن کلردار و کلروسولفونه، اصلاح کرد. علاوه بر این، اتیلن را می توان با مونومرهای دیگر مانند وینیل استات یا پروپیلن برای تولید تعدادی کوپلیمر اتیلن کوپلیمریزه کرد. همه این انواع در زیر توضیح داده شده است.

تاریخچه:

پلی اتیلن کم چگالی اولین بار در سال 1933 در انگلستان توسط Imperial Chemical Industries Ltd. (ICI) در طی مطالعاتی که در مورد تأثیر فشارهای بسیار بالا بر پلیمریزاسیون پلی اتیلن انجام شد، تولید شد. ICI در سال 1937 یک حق اختراع در مورد فرآیند خود دریافت کرد و در سال 1939 تولید تجاری خود را آغاز کرد. اولین بار در طول جنگ جهانی دوم به عنوان عایق برای کابل های رادار استفاده شد.

در سال 1930 کارل شیپ مارول، شیمیدان آمریکایی که در E.I. du Pont de Nemours & Company (در حال حاضر شرکت DuPont)، یک ماده با چگالی بالا کشف کرد، اما شرکت نتوانست پتانسیل محصول را تشخیص دهد. این به کارل زیگلر از موسسه تحقیقات زغال سنگ ماکس پلانک در Mülheim an der Ruhr، W.Ger واگذار شد. (در حال حاضر آلمان)، برای به دست آوردن اعتبار برای اختراع HDPE خطی – که زیگلر در واقع با ارهارد هولزکمپ در سال 1953 تولید کرد و واکنش را در فشار کم با یک ترکیب آلی فلزی کاتالیز کرد. این فرآیند بعدها توسط شیمیدان ایتالیایی جولیو ناتا بهبود یافت و این ترکیبات اکنون به عنوان کاتالیزورهای زیگلر-ناتا شناخته می شوند. تا حدی به دلیل این نوآوری، زیگلر در سال 1963 جایزه نوبل شیمی را دریافت کرد. از آن زمان، دانشمندان با استفاده از کاتالیزورهای مختلف و روش های پلیمریزاسیون، پلی اتیلن با خواص و ساختارهای مختلف تولید کردند. برای مثال LLDPE توسط شرکت نفت فیلیپس در سال 1968 معرفی شد.

انواع پلی اتیلن:

در ادامه با انواع پلی اتیلن و ترکیبات آن آشنا میشویم .

پلی اتیلن کم چگالی:

LDPE از اتیلن گازی تحت فشارهای بسیار بالا (تا حدود 350 مگا پاسکال یا 50000 پوند بر اینچ مربع) و دماهای بالا (تا حدود 350 درجه سانتیگراد [660 درجه فارنهایت]) در حضور آغازگرهای اکسید تهیه می شود. این فرآیندها یک ساختار پلیمری با شاخه های بلند و کوتاه ایجاد می کنند. از آنجایی که شاخه ها مانع از بسته شدن مولکول های پلی اتیلن در آرایش های سخت، سفت و کریستالی می شوند، LDPE یک ماده بسیار انعطاف پذیر است. نقطه ذوب آن تقریباً 110 درجه سانتیگراد (230 درجه فارنهایت) است. مصارف اصلی آن در فیلم های بسته بندی، کیسه های زباله و مواد غذایی، مالچ کشاورزی، عایق سیم و کابل، بطری های فشاری، اسباب بازی ها و لوازم خانگی است. کد بازیافت پلاستیک LDPE #4 است.

پلی اتیلن با چگالی کم خطی:

LLDPE از نظر ساختاری مشابه LDPE است. از کوپلیمریزاسیون اتیلن با 1-بوتن و مقادیر کمتر 1-هگزن و 1-اکتن با استفاده از کاتالیزورهای Ziegler-Natta یا متالوسن ساخته می شود. ساختار حاصل دارای یک ستون فقرات خطی است، اما دارای شاخه های کوتاه و یکنواختی است که مانند شاخه های بلندتر LDPE، از بسته شدن زنجیره های پلیمری به یکدیگر جلوگیری می کند. به طور کلی، LLDPE دارای خواص مشابه با LDPE است و برای بازارهای مشابه رقابت می کند. مزایای اصلی LLDPE این است که شرایط پلیمریزاسیون انرژی کمتری دارد و ممکن است خواص پلیمر با تغییر نوع و مقدار مواد شیمیایی آن تغییر کند. کد بازیافت پلاستیک LLDPE #4 است.

پلی اتیلن با چگالی بالا:

HDPE در دماها و فشارهای پایین با استفاده از کاتالیزورهای Ziegler-Natta و متالوسن یا اکسید کروم فعال (معروف به کاتالیزور فیلیپس) تولید می شود. فقدان شاخه ها در ساختار آن به زنجیره های پلیمری اجازه می دهد تا نزدیک به هم بسته شوند و در نتیجه یک ماده متراکم و بسیار کریستالی با استحکام بالا و سفتی متوسط ​​ایجاد شود. با نقطه ذوب بیش از 20 درجه سانتیگراد (36 درجه فارنهایت) بالاتر از LDPE، می تواند در معرض قرار گرفتن مکرر تا 120 درجه سانتیگراد (250 درجه فارنهایت) مقاومت کند تا بتوان آن را استریل کرد. محصولات شامل بطری های دمشی برای شیر و پاک کننده های خانگی است. کیسه های مواد غذایی با ضربه اکسترود شده، فیلم ساختمانی و مالچ کشاورزی. و سطل ها، کلاهک ها، محفظه های لوازم خانگی و اسباب بازی های قالب گیری تزریقی. شماره کد بازیافت پلاستیک HDPE #2 است.

پلی اتیلن با وزن مولکولی فوق العاده بالا:

پلی اتیلن خطی را می توان در نسخه های با وزن مولکولی فوق العاده بالا، با وزن مولکولی 3000000 تا 6000000 واحد اتمی در مقابل 500000 واحد اتمی برای HDPE تولید کرد. این پلیمرها را می توان به صورت الیاف چرخانده و سپس کشیده یا کشیده و به حالت بسیار کریستالی تبدیل کرد و در نتیجه سفتی بالا و استحکام کششی چندین برابر فولاد را به همراه داشت. نخ های ساخته شده از این الیاف به صورت جلیقه های ضد گلوله بافته می شوند.

کوپلیمرهای اتیلن:

اتیلن را می توان با تعدادی از ترکیبات دیگر کوپلیمر کرد. به عنوان مثال، کوپلیمر اتیلن-وینیل استات (EVA)، با کوپلیمریزاسیون اتیلن و وینیل استات تحت فشار، با استفاده از کاتالیزورهای رادیکال آزاد تولید می‌شود. گریدهای مختلفی تولید می شود که محتوای وینیل استات آن از 5 تا 50 درصد وزنی متغیر است. کوپلیمرهای EVA نسبت به پلی اتیلن در برابر گازها و رطوبت نفوذپذیری بیشتری دارند، اما کریستالی کمتری دارند و شفافیت بیشتری دارند و مقاومت بهتری در برابر روغن و گریس از خود نشان می دهند. موارد استفاده اصلی در فیلم بسته بندی، چسب، اسباب بازی، لوله، واشر، پوشش سیم، آستر درام و پشتی فرش است.

کوپلیمرهای اتیلن-اکریلیک اسید و اتیلن- متاکریلیک اسید با پلیمریزاسیون سوسپانسیون یا امولسیون با استفاده از کاتالیزورهای رادیکال آزاد تهیه می شوند. واحدهای تکرار کننده اسید اکریلیک و متاکریلیک اسید که 5 تا 20 درصد کوپلیمرها را تشکیل می دهند دارای ساختارهای زیر هستند:

پلی اتیلن، پلیمر، ترکیب شیمیایی

گروه‌های کربوکسیل اسیدی (CO2H) در این واحدها با بازها خنثی می‌شوند تا گروه‌های یونی بسیار قطبی در امتداد زنجیره‌های پلی‌اتیلن توزیع شده‌اند. این گروه‌ها که توسط بار الکتریکی‌شان به هم کشیده شده‌اند، در «ریز دامنه‌ها» با هم جمع می‌شوند و پلاستیک را سفت و محکم می‌کنند بدون اینکه توانایی آن برای قالب‌گیری به شکل‌های دائمی را از بین ببرند. (پلیمرهای یونی از این نوع را آینومر می نامند.) آینومرهای اتیلن اکریلیک اسید و اتیلن متاکریلیک اسید شفاف، نیمه بلوری و غیر قابل نفوذ در برابر رطوبت هستند. آنها در قطعات خودرو، فیلم بسته بندی، کفش، پوشش های سطحی و پشتی فرش استفاده می شوند. یکی از برجسته‌ترین کوپلیمرهای اتیلن متاکریلیک اسید، Surlyn است که از پوشش‌های سخت، سخت و مقاوم در برابر سایش برای توپ گلف ساخته می‌شود. دیگر کوپلیمرهای مهم اتیلن کوپلیمرهای اتیلن- پروپیلن هستند.

نوار فرم های پلی اتیلن شیلنز در اندازه های 30 و 50 متر به صورت انحصاری تولید شرکت شیلنز می باشد.

دلیل استفاده از نوار فرم پلی اتیلن شیلنز:

• استفاده از نوار فرم یا ماکارونی بسیار سریع و آسان میباشد و نیازی به حضور افراد تکنسین نمیباشد.

مزایا و معایب پلی اتیلن

1- مزایای پلی اتیلن

• پلی اتیلن دارای چندین مزیت است، بنابراین برای تولید اقلام پلاستیکی مختلف استفاده می شود.
• پلی اتیلن بادوام و مقاوم در برابر آب است و باعث می شود در مقایسه با سایر پلیمرها در معرض عناصر بیشتر دوام بیاورد.
• اگرچه استحکام و سختی آن کم است، اما بسیار چکش‌خوار است و مقاومت ضربه‌ای بالایی دارد و باعث می‌شود به جای شکستن، کشش پیدا کند.
• بسته به نوع آن، می تواند تقریبا شفاف تا مات باشد.
• در حالی که پلی اتیلن یک عایق الکتریکی عالی است، ممکن است به صورت الکترواستاتیک شارژ شود.
• چگالی کم آن را برای بسته بندی مناسب می کند.
• پلی اتیلن را می توان به محصولات دیگر بازیافت کرد.
• خواص مقاوم در برابر حرارت آن را قادر می سازد در دماهای بالا و پایین استفاده شود.

2- معایب پلی اتیلن

• علیرغم استفاده گسترده، پلی اتیلن دارای چند اشکال است که ممکن است تولیدکنندگان و مصرف کنندگان را از کاربرد آن منصرف کند.
•  زمان زیادی طول می کشد تا تجزیه شود و ممکن است برای چندین دهه در محل های دفن زباله باقی بماند.
•  پلی اتیلن عمدتاً از نفت یا گاز طبیعی با منابع محدود به دست می آید.
• تولید پلی اتیلن مقدار قابل توجهی انرژی مصرف می کند و منجر به انتشار قابل توجه دی اکسید کربن می شود، گاز گلخانه ای که منجر به گرم شدن کره زمین و تغییرات آب و هوایی می شود.
• فرآیند بازیافت آن پیچیده است و ممکن است زمان زیادی طول بکشد.