تفاوت انواع گریدهای پلی‌اتیلن LLD ،HD و LD (بخش اول)

 

    پلی‌اتیلن‌ها گروهی از خانواد بزرگ‌تر پلی‌الفین‌ها هستند که به‌لحاظ تولید و مصرف در میان پلیمرها در بالاترین رتبه بوده و از پلیمریزاسیون مونومرهای خطی حاوی گروه‌هاي وینیلی تولید می‌شوند. سه نوع اصلی آنها عبارتند از:

1- پلی‌اتیلن سنگین (HDPE)

2- پلی‌اتیلن سبک خطی (LLDPE)

3- پلی‌اتیلن سبک (LDPE)

تاریخچه

    اولین محصول تجاری پلی‌اتیلن، در سال ۱۹۴۰ از نفت خام یا گاز طبیعی تهیه شده است. این ماده ترموپلاستیک است که بسته به ساختار مولکولی از نوعی به نوع دیگر متفاوت است. در حقیقت با تغییر وزن مولکولی (طول زنجیر)، تبلور (وضعیت زنجیر) و خواص شاخه آن (پیوند شیمیایی بین زنجیرهای مجاور) می­‌توان محصولات متنوعی تولید کرد. دمای انتقال شیشه‌ای در حدود 80- درجه سانتی‌گراد است و با توجه به درصد تبلور پلیمر تغییر می‌کند. ساختار این پلیمر در شکل 1 مشاهده می­‌شود.

شکل 1. ساختار مولکولی پلی­‌اتیلن

خواص فیزیکی، مکانیکی و شیمیایی انواع پلی­‌اتیلن‌ها

    خواص پلی­‌اتیلن­‌ها تا حد زیادی به یک‌دیگر وابسته­‌اند و در جدول 1 نشان داده شده‌اند.

جدول 1. خواص فیزیکی انواع پلی­‌اتیلن‌­ها

خواص فیزیکی HDPE LLDPE LDPE
شاخص/سرعت جریان مذاب MFI/MFR [gr/10Min] 0.25 تا 20 0.9 تا 50 0.2 تا 30
چگالی [gr/cm³] 0.945 تا 0.960 0.918 تا 0.936 0.917 تا 0.922
درصد کریستالیتی [%] 70 تا 80 35 تا 60 35 تا 55
جرم مولکولی × 103 96 تا 500 96 تا 500 28 تا 87
نفوذپذیری اکسیژن × 1016 [cm³.cm/cm2.s.Pa] 625 1920 2082
نفوذپذیری رطوبت × 1011 [cm³.cm/cm2.s.Pa] 1.37 4.06 4.37
دمای نرم‌شدگی [°C] 120.6 تا 130 86.1 تا 120.6 80.6 تا 102.2
دمای ذوب [°C] 134 116 113
مقاومت شیمیایی خوب خوب خوب

    در شکل 2 تفاوت شکل ظاهری انواع گریدهای پلی­‌اتیلن مشاهده می‌شود.

پلي اتيلن با دانسيته بالا (HDPE)

پلي اتيلن  سبك خطي (LLDPE)


پلي اتيلن با دانسيته پايين (LDPE)

شکل 2. تفاوت شکل ظاهری گریدهای مختلف پلی‌­اتیلن

    همان­‌طور که در جدول 2 مشاهده می­‌شود، خواص مکانیکی پلی­‌اتیلن­‌ها با بالا رفتن میزان شاخه­‌ای شدن، کاهش می‌یابد.

جدول 2. خواص مکانیکی انواع پلی­‌اتیلن­‌ها

خواص مکانیکی HDPE LLDPE LDPE
استحکام کششی نقطه تسلیم [Kg/cm²] 172.3 تا 323.4 75.9 تا 218 64.3 تا 142
ازدیاد طول در نقطه شکست [%] 4 تا 1000 350 تا 910 87 تا 710
پایداری محیطی
48 بیش از 1000 4.5
سختی 59 تا 71 49 تا 62 40 تا 56
استحکام ضربه به‌روش Izod [kg.cm/cm] 0.1 تا 51.7 24.5 تا 54.4 35.9 تا 44.6

    در نهایت، مهم‌ترین خواص شیمیایی این پلیمرها عبارتند از:

– هیدروکربن غیر قطبی و اشباع با جرم مولکولی بالا دارای خواص شیمیایی مشابه پارافین

– شکل بلورین به‌دلیل تقارن ساختاری؛ افزایش چگالی و پایداری مکانیکی و شیمیایی با افزایش بلورینگی

– پایداری شیمیایی بالا

– حلالیت در هیدروکربن­‌های آروماتیک مانند تولوئن و زایلن یا حلال­‌های کلرینه مانند تری­ کلرواتان یا تری­ کلروبنزن در دمای بالاتر از دمای محیط

– عدم جذب آب

– نفوذپذیری کم گازهای قطبی و بخار آب و عبورپذیری بالای اکسیژن و دی­ اکسید کربن

– شکننده شدن در صورت قرار گرفتن در معرض تابش نور خورشید؛ استفاده از کربن بلک به‌عنوان پایدارکننده اشعه ماوراء بنفش

– سوختن آرام با شعله آبی و بوی پارافین

– چاپ‌پذیری تنها در صورت اصلاح

 

فرآیند تولید و فرآوری

    از طریق استفاده از کاتالیست و تغییر روش پلیمریزاسیون این ماده، می‌توان خواص مختلفی همچون چگالی، شاخص جریان مذاب (MFI)، بلورینگی، درجه شاخه‌ای و شبکه‌ای شدن، وزن مولکولی و توزیع وزن مولکولی در آنها را کنترل کرد. با استفاده از اکسترودر، فرآوری و شکل­‌دهی پلیمرها انجام می­‌شود. قسمت‌­های مختلف اکسترودر در شکل 3 مشخص شده‌اند.

شکل 3. اکسترودر و اجزای مختلف آن

 انواع پلی‌­اتیلن

یکی از مهم‌ترین خواص پلی­‌اتیلن‌‌ها چگالی آن­ها است که با توجه به آن، مطابق شکل 4 طبقه‌بندی می­‌شوند.

 

شکل 4: انواع پلی­‌اتیلن

1- با وزن مولکولی بسیار بالا (UHMWPE): پلی‌اتیلن با وزن مولوکولی بالا زنجیره‌های خطی طولانی، مقاومت ضربه، سایش، سختی و شکست فشاری بالایی دارد و برای کاربردهایی که نیاز به مقاومت در برابر سایش دارند به‌کار می‌رود. فرآیندپذیری این پلیمر گرمانرم دشوار است و از آن برای ساخت فیبرهای بسیار قوی استفاده می‌کنند تا بتواند جایگزین کولار (نوعی پلی ­آمید) در جلیقه‌های ضد گلوله شود. هم‌چنین صفحات بزرگ آن را می‌توان به‌عنوان جایگزین زمین‌های اسکیت یخی استفاده کرد.

2- با دانسيتۀ بالا (HDPE): پلی­ اتیلن خطی سخت‌­تر از پلی‌اتیلن شاخه‌ای است و استحکام کششی بالایی دارد، اما پلی‌اتیلن شاخه‌ای آسان‌تر و ارزان‌تر ساخته می‌شود. پلیمریزاسیون این پلی‌اتیلن خطی در فشار و دماهای نسبتاً پایین انجام می­‌شود و تنها اکسیدکننده‌های قوی، به‌طور محسوس، در محدوده دمایی مشخص، به این پلیمر حمله خواهند کرد. خواص مکانیکی این ماده، استفاده از آنها را در شکل‌های بزرگ‌تر و کاربردهایی نظیر مواد ورقه‌ای در داخل مخازن، به‌عنوان عایق‌کاری در ستون‌ها گسترش داده است. در این ماده از جوش حرارتی می‌توان استفاده کرد.

3- با اتصالات عرضی (PEX یا XLPE): پلی‌اتیلن با اتصالات عرضی است که از طریق ایجاد پیوندهای عرضی در ساختار پلیمر، آن را گرماسخت کرده و چگالی آن را افزایش می­‌دهد. خواص این پلیمر در دمای بالا افزایش یافته، جریان­‌پذیری آن کاهش و مقاومت شیمیایی آن بهبود می‌­یابد. PEX در لوله‌کشی آب آشامیدنی به‌کار می‌­رود؛ به این صورت که با انبساط‌دهی می­‌توان آن را روی اتصالات فلزی کشید. با گذشت زمان و برگشت آن به حالت اولیه، یک اتصال دائمی ایجاد می‌شود. این پلیمر هم‌چنین برای عایق­‌بندی کابل الکتریکی با ولتاژ متوسط یا بالا، لوله‌های آب گرم و قطعات قالب‌گیری‌شده به‌کار می‌رود.

4- متوسط (MDPE): این نوع پلی‌­اتیلن مقاومت به ضربه خوبی دارد و مقاومت تنش-کرنش آن بیش­ از نوع HDPE است. این پلیمر بالاترین مقاومت شیمیایی را دارد و به‌طور معمول در لوله‌های گاز و اتصالات، بسته‌بندی، کیسه‌های حامل و درب‌های بطری استفاده می‌شود.

5- سبك خطي (LLDPE): این پلیمر از طریق کوپلیمریزاسیون مونومر اتیلن با α-اولفین‌­های کوتاه‌­زنجیر مانند 1-بوتن یا 1-هگزن با 1-اوکتن با شاخه‌های هیدروکربن کوتاه به‌دست می‌آید و از آن اغلب برای ساخت اشیایی شبیه فیلم‌های پلاستیکی (کیسه فریزر) استفاده می‌کنند. مقاومت کششی، ضربه و سوراخ­‌شدگی آن بیشتر از نوع LDPE است و در مقایسه با آن، امکان ساخت فیلم دمشی با ضخامت کم­تر با مقاومت تنش-شکست محیطی بهتر وجود دارد اما فرآوری آن آسان نیست.

6- سبک با دانسيته پايين (LDPE): در این نوع پلی­‌اتیلن، مولکول­‌های اتیلن به‌شکل تصادفی به یک‌دیگر متصل می‌شوند و شکل بسیار نامنظمی را ایجاد می‌کنند. تولید آن تحت فشار و دمای بالا و اغلب با استفاده از پلیمریزاسیون رادیکال‌های آزاد وینیلی و پلیمریزاسیون زیگلر-ناتا است. LDPE دارای سختی، مقاومت فشاری، شفافیت، انعطاف‌پذیری و خاصیت انبساط­‌پذیری است؛ از این رو برای لوله‌کشی و بسته‌بندی‌ها استفاده می‌شود. مقاومت شیمیایی آن به‌اندازه HDPE و پلی‌پروپیلن نیست، اما در مقابل بسیاری از اسیدهای معدنی (HCl و HF) و قلیاها (NH4OH، KOH و NaOH) مقاوم بوده؛ ولی باید از تماس آن با آلکان­‌ها، هیدروکربن­‌های آروماتیک، هیدروکربن­‌های کلرینه و اکسیدکننده‌های قوی (HNO3) اجتناب کرد. اتصال قسمت‌های مختلف از جنس پلی‌­اتیلن با استفاده از جوش ذوبی انجام می­‌شود. به این ترتیب، انجام لوله‌کشی به این شکل ارزان بوده و نسبت به دیگر مواد موجود، برای خطوط آب و فاضلاب و دیگر سرویس‌هایی که در معرض فشارها و یا درجه حرارت‌های بالا قرار نمی‌گیرند، بهترین انتخاب است.

7- خيلي سبك (VLDPE): پلی­‌اتیلن با ساختار خطی دارای سطوح بالای شاخه‌های کوتاه‌زنجیره را پلی‌اتیلن VLDPE می‌گویند. این پلیمر از طریق کوپلیمریزاسیون اتیلن با α-اولفین‌­های کوتاه‌­زنجیره یا بهره­‌گیری از کاتالیست­‌های متالوسنی تولید می‌شود و در تولید شلنگ و لوله، کیسه­‌های یخ و مواد غذایی یخ‌­زده، بسته‌بندی مواد غذایی و هم‌چنین اصلاح‌­کننده‌­های ضربه (از طریق ترکیب با پلیمرهای دیگر) استفاده می­‌شود.

ساختار مولکولی انواع پلی ­اتیلن

    ساختار مولکولی انواع مختلف پلی­‌اتیلن بر رفتار آن­ها مؤثر است و با کاهش شاخه‌­ای شدن زنجیره‌­های پلیمری و جرم مولکولی، بلورینگی آن­ها افزایش می­‌یابد. چگالی و بلورینگی با یک‌دیگر رابطه مستقیم دارند و درجه شاخه‌­ای شدن انواع پلی‌اتیلن، به‌طور مقایسه‌­ای در شکل 5 مشاهده می‌شود.

HDPE:  
LLDPE:  
LDPE:

شکل 5. ساختار انواع پلی‌­اتیلن

شاخه‌های زنجیره

    میزان شاخه­‌های جانبی پلی‌­اتیلن به فرآیند تولید آن بستگی دارد و نوع و تعداد شاخه­‌ها خواص را تحت تأثیر قرار می­‌دهد. پلی­‌اتیلن سبک با دانسيته پايين از طریق فرآیند فشار بالا با پلیمریزاسیون رادیکالی تولید می‌شود که هم‌زمان با آن، تعدادی شاخۀ کوتاه‌زنجیر نیز شکل می‌­گیرد. این شاخه‌ها از طریق واکنش‌های انتقال، به زنجیر درون­ مولکولی بوتیل یا اتیل شکل می­‌گیرند و مکانیسم آن در شکل 6 نشان داده شده است.

شکل 6: مکانیسم واکنش‌­های انتقال به زنجیر درون­ مولکولی بوتیل یا اتیل در حین تولید LDPE

19 Comments

  1. احمد درویشی گفت:

    سلام
    ممنون بابت اطلاعات خوبتون

    • مطهره میرزاده گفت:

      سلام

      خواهش می کنم. ممنون از این که نظرتون رو بیان کردید.
      منتظر نظرات شما در مقاله های بعدی هم هستیم.

      با تشکر

  2. خدا قوت و تشکر فراوان برای تهیه واشتراک گذاری این اطلاعات

  3. سیمگه گفت:

    سلام تو بخش شکل ظاهری لوله های پلی اتیلن خطوط آبی، زرد و گاهی قهوه ای رنگ وجود داره آیا کاربردها رو تغییر می ده؟ مثلا بخش آبرسانی رنگ آبی و….

    • mazroei گفت:

      سلام، وقت شما بخیر، بله رنگ بندی کاربرد رو تغییر میده، البته در رسته کار ما نیت ولی به طور مثال لوله پلی اتیلن نوع گازی (با خطوط زرد HDPE)، لوله پلی اتیلن نوع فاضلابی (با خطوط سیاه)، لوله پلی اتیلن نوع آبرسانی (با خطوط آبی) و …

  4. افراپلاست گفت:

    ممنون از اطلاعاتی که در صفحه به اشتراک گذاشتید

  5. افراپلاست گفت:

    ممنون از اطلاعاتی که در صفحه به اشتراک گذاشتید
    🙏🏼

  6. محمدحسین گفت:

    سلام
    ممنون از اطلاعات مفیدتون
    تفاوت پلی اتیلن فیلم با تزریقی در چیست؟

    • editor گفت:

      با سلام و احترام؛

      تفاوت اصلی گرید پلی اتیلن مناسب فیلم ها نظیر LLDPE و LDPE، در استحکام مذابشان است که در مورد فیلم ها به نسبت گریدهای مناسب تزریقی میزان استحکام مذاب (Melt Strength) بالاتر است. در موردگریدهای تزریقی میزان MFI بالاتر بوده و استحکام مذاب در درجه اول اهمیت نمی باشد. تفاوت اصلی در توزیع اوزان مولکولی زنجیرهاست.

  7. ali گفت:

    سلام
    با تشکر از اطلاعات مفیدتون . من شنیدم پلی اتیلنی سنگین با جرم 40 ملیون گرم بر مول وجود داره اما در جستجوی گوگل محصولی با این عنوان نیافتم . آیا وجود داره و اگه وجود داره اسم تجاری یا اون چچیز که در بازار به کار برده میشه چیه .ممنونم

    • mazroei گفت:

      سلام
      وقتتون بخیر
      این نوع پلیمرها از دسته پلیمرهای UHWPE هستند، ویسکوزیته بسیار بالا ی آن ها باعث شده که عموما برای مصرف نظامی، ساخت جلیقه های ضد گلوله، سپرهای مقاوم و…. کاربرد داشته باشند و در ایران هم به صورت عمده تولید نمی شود چرا که فراورش و استفاده از آن ها نیاز به تجهیزات خاص دارد.

  8. ali گفت:

    اصلاحیه :اسم تجاری یا اون نامی که در بازار این محصول خرید وفروش میشه چیه .

    • mazroei گفت:

      با سلام و احترام، اسم تجاری آریا پلیمر هست و محصولات هم با نام Aria میشه، جزء دوم اسم دسته محصول و جزء سوم کد چهار رقمی اون محصول خاص هست

  9. علی گفت:

    سلام.خسته نباشید
    اینکه شما فرمودید بصورت عمده تولید نمیشه ، کدام پتروشیمی یا تولید کننده قادر به تامین مقدار جزیی در حد چند کیلو برای یک طرح پایلوت هست .اگه ممکنه اسم یا تلفن یا هر مشخصاتی دارین لطف کنید .

  10. امیرحسین گفت:

    سلام. من میخواستم گرید مناسب جهت تولید نی نوشیدنی و صنعتی برام معرفی کنید ممنون

    • mazroei گفت:

      سلام
      وقتتون بخیر
      عمدتا از پایه های PE و PP و بیشتر هم PP به دلیل شفافیت بیشتر استفاده میشه، گریدهایی که MFI پایینی هم دارند.
      در برخی موارد از پایه های PS هم استفاده میکنند.

پاسخ دادن به امیرحسین لغو پاسخ

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *