تاریخچه تولید پلی اتیلن
با تاریخچه تولید پلی اتیلن از بخش دانستنی های سایت تفریحی جیران همراه ما باشید.
پلی‌اتیلن اولین بار به‌طور اتفاقی توسط شیمیدان آلمانی هانس فون‌پشمان (Hans Von Pechmanv) سنتز شد. او در سال ۱۸۹۸ هنگام حرارت دادن دی‌آزومتان، ترکیب مومی‌شکل سفیدی را سنتز کرد که بعدها پلی‌اتیلن نام گرفت. اولین روش سنتز صنعتی پلی‌اتیلن به‌طور تصادفی توسط ازیک ناوست و رینولرگیسون (از شیمیدان‌های ICI) در سال ۱۹۳۳ کشف شد. این دو دانشمند با حرارت دادن مخلوط اتیلن و بنزالدئید در فشار بالا، ماده‌ای موم‌مانند به‌دست آوردند. علت این واکنش وجود ناخالصی‌های اکسیژن‌دار در دستگاه‌های مورد استفاده بود که به‌عنوان ماده‌ی آغازگر پلیمریزاسیون عمل کرده بود.
موارد پیشنهادی
در سال ۱۹۳۵ مایکل پرینريال، یکی دیگر از دانشمندهای ICI این روش را توسعه داد و تحت فشار بالا پلی‌اتیلن را سنتز کرد که این روش اساسی برای تولید صنعتی LDPE در سال ۱۹۳۹ شد.
انواع کاتالیزورها در سنتز پلی‌اتیلن
اتفاق مهم در سنتز پلی‌اتیلن، کشف چندین کاتالیزور جدید بود که پلیمریزاسیون اتیلن را در دما و فشار ملایم‌تری نسبت به روش‌های دیگر امکان‌پذیر می‌کرد. اولین کاتالیزور کشف شده در این زمینه تری‌اکسید کروم بود که در سال ۱۹۵۱، روبرت بانکس و جان هوسن در شرکت فیلیپس تپرولیوم آن‌را کشف کردند. در سال ۱۹۵۳ کارل زیگلر، شیمیدان آلمانی سیستم‌های کاتالیزور را که شامل هالیدهای تیتان و ترکیبات آلی آلومینیوم‌دار بود، توسعه داد. این کاتالیزورها در شرایط ملایم‌تری نسبت به کاتالیزورهای فیلیپس قابل استفاده بودند.
سومین نوع سیستم کاتالیزوری استفاده از ترکیبات متالوسن بود که در سال ۱۹۷۶ در آلمان توسط والتر کامینیکی و هانس ژوژسین، تولید شد. کاتالیزورهای زیگلر و متالوسن از لحاظ کارکرد بسیار انعطاف‌پذیر هستند و در فرایند کوپلیمریزاسیون اتیلن با سایر اولفین‌ها که اساس تولید پلیمرهای مهمی مثل VLDPE ،LLDPE و MDPE هستند، مورد استفاده قرار می‌گیرند. اخیرا کاتالیزوری از خانواده متالوین‌ها با قابلیت استفاده بالا برای پلیمریزاسیون پلی‌اتیلن به نام زیرکونوسن دی‌کلرید ساخته شده است که امکان تولید پلیمر با ساختار بلوری (تک آرایش) بالا را می‌دهد.
همچنین نوع دیگری از کاتالیزورها به نام کمپلکس ایمینوفتالات با فلزات گروه ششم مورد توجه قرار گرفته است که کارکرد بالاتری نسبت به متالوسن‌ها نشان می‌دهند. پلی‌اتیلن یکی از ساده‌ترین و ارزانترین پلیمرها است. مولکول اتیلن دارای یک پیوند دوگانه C=C است. در فرایند پلیمریزاسیون پیوند دوگانه‌ی هر یک از مونومرها شکسته و به‌جای آن پیوند ساده‌ای بین اتم‌های کربن مونومرها ایجاد می‌شود و محصول ایجاد شده یک درشت‌مولکول است. طبقه‌بندی پلی‌اتیلن‌ها بر اساس دانسیتهی آنها انجام می‌شود که در مقدار دانسیته اندازه‌ی زنجیر پلیمری، نوع و تعداد شاخه‌های موجود در زنجیر دخالت دارد.
انواع پلی‌اتیلن
پلی‌اتیلن با وزن مولکولی بین سه تا ۶ میلیون را پلی‌اتیلن با وزن مولکولی بسیار بالا می‌نامند و با پلیمریزاسیون کاتالیست متالوسن تولید می‌کنند. این ماده از فرایند‌پذیری دشوارتری برخوردار بوده ولی خواص آن عالی است. این پلیمر هنگامی که از طریق تشعشع یا استفاده از مواد افزودنی شیمیایی، به‌کلی شبکه‌ای شود، دیگر گرمانرم نخواهد بود. این ماده با پخت حین قالب‌گیری یا بعد از آن یک گرماسخت واقعی با استحکام کششی، خواص الکتریکی و استحکام ضربه‌ی خوب در دامنه‌ی وسیعی از دماها خواهد بود.
از این پلی‌اتیلن برای ساخت فیبرهای بسیار قوی استفاده می‌کنند تا جایگزین کولار (نوعی پلی‌آمید) در جلیقه‌های ضد‌گلوله کنند. همچنین صفحات بزرگ آن را می‌توان به جای زمین‌های اسکیت‌یخی استفاده کرد. پلی‌اتیلن کاربرد فراوانی در تولید انواع لوازم پلاستیکی مورد استفاده در آشپزخانه و صنایع غذایی دارد. از LDPE در تولید ظروف پلاستیکی سبک و همچنین کیسه‌های پلاستیکی استفاده می‌شود. HDPE، در تولید ظروف شیر و مایعات و انواع وسایل پلاستیکی آشپزخانه کاربرد دارد.
از پلی‌اتیلن UHMWPE، برای ساخت فیبرهای بسیار قوی استفاده می‌کنند
در تولید لوله‌های پلاستیکی و اتصالات لوله‌کشی معمولا از MDPE استفاده می‌کنند. LLDPE به‌دلیل بالا بودن میزان انعطاف‌پذیری در تهیه‌ی انواع وسایل پلاستیکی انعطاف‌پذیر مانند لوله‌هایی با قابلیت خم شدن کاربرد دارد. اخیرا پژوهش‌های فراوانی در تولید پلی‌اتیلن‌هایی با زنجیر بلند و دارای شاخه‌های کوتاه انجام شده است. این پلی‌اتیلن‌ها در اصل HDPE با تعدادی شاخه‌های جانبی هستند و ترکیبی از استحکام HDPE و انعطاف‌پذیری LDPE را دارند.
HDPE
این پلی‌اتیلن دارای زنجیر پلیمری بدون شاخه است بنابراین نیروی بین مولکولی در زنجیرها بالا و استحکام کششی آن بیشتر از بقیه‌ی پلی‌اتیلن‌ها است. شرایط واکنش و نوع کاتالیزور مورد استفاده در تولید پلی‌اتیلن HDPE، موثر است. برای تولید پلی‌اتیلن بدون شاخه معمولا از روش پلیمریزاسیون با کاتالیزور زیگلر-ناتا استفاده می‌شود.
LDPE
این پلی اتیلن دارای زنجیری شاخه‌دار است بنابراین زنجیرهای LDPE نمی‌توانند بخوبی با یکدیگر پیوند برقرار کنند و دارای نیروی بین مولکولی ضعیف و استحکام کششی کمتری است. این نوع پلی اتیلن معمولا با روش پلیمریزاسیون رادیکالی تولید می‌شود. از خصوصیات این پلیمر ، انعطاف‌پذیری و امکان تجزیه بوسیله میکروارگانیسم‌ها است.
LLDPE
این پلی اتیلن یک پلیمر خطی با تعدادی شاخه‌های کوتاه است و معمولا از کوپلیمریزاسیون اتیلن با آلکن‌های بلند زنجیر ایجاد می‌شود.
MDPE
پلی‌اتیلن با دانسیتهی متوسط را MDPE می‌گویند.
مشهور‌ترین پلاستیک‌های تجزیه‌پذیر
ترموپلاستیک نشاسته (TPS)
رایج‌ترین بیوپلاستیک در تولیدات است که عمدتا در تولید کیسه‌های ذخیره‌سازی مواد غذایی و ظروف غذا کاربرد دارد. ترموپلاستیک نشاسته از نشاسته‌ی پیوند داده نشده‌ی TPS و نشاسته پیوند داده شده‌ی TPGS که از ترکیب این دو با گرانول‌هایشان و آب، گلیسرول یا سوربیتول در مخلوط کن به‌دست می‌آید. TPS و TPGS به مانند مواد پلاستیکی رفتار می‌کنند و خواص مکانیکی آنها بستگی به نوع استفاده از پلاستیک دارد.
پلی هیدروکسی بوتیرات (PHB)
این ماده، پلی استری است که با برخی از باکتری‌های پردازش گلوکز، نشاسته‌ی ذرت یا فاضلاب تولید شده است. خصوصیات آن شبیه به برخی از ویژگی‌های پروپلاستیک پلی‌پروپیلن است. PHB در درجه‌ی اول به خاطر خصوصیات فیزیکی آن شناخته می‌شود. این پلاستیک را می‌توان در دمای ذوب بالاتر از ۱۳۰ درجه سانتیگراد به یک ورقه‌ی شفاف تبدیل کرد و تجزیه‌پذیری آن بدون پسماند است.
تاریخچه‌ی تولید پلاستیک
اولین قدم در مورد صنعت پلاستیک، توسط فردی به نام وایسا هیکات انجام گرفت که تلاش می‌کرد ماده‌ای به‌جای عاج فیل تهیه کند. چون عاج فیل به‌عنوان ماده‌ای سخت، گران‌قیمت و همینطور کمیاب کاربردهای فراوانی داشت. او توانست نیترات سلولز را (که به‌اشتباه نیتروسلولز گفته می‌شود) از سلولز تهیه کند. پس نیترات سلولز اولین پلاستیک با منشا طبیعی است.
یک ویژگی مهم مواد پلاستیکی در صنعت، فرآیند‌پذیر بودن (Processible) بودن آن است. اگر ماده‌ای قابل‌ذوب یا قابل‌حل باشد، در صنعت قابل استفاده است و گرنه نمی‌توان از آن استفاده صنعتی کرد، چون نمی‌توانیم آن را برای تهیه مواد به‌کار ببریم.
نیترات سلولز
سلولز نه قابل حل و نه قابل ذوب است و قبل از ذوب تجزیه می‌شود، پس فرآیند‌پذیر نیست. اما نیترات سلولز هم قابل حل و هم قابل ذوب است. یعنی وایسا هیکات، سلولز فرآیند‌ناپذیر را به نیترات سلولز فرآیند‌پذیر تبدیل کرد.
استات سلولز
نیترات سلولز ایراداتی دارد. از این رو تلاش برای جایگزین کردن یک پلاستیک دیگر به جای آن آغاز شد. در سال ۱۹۰۸ مایلز، استات را تهیه کرد که هم مزیت نیتروسلولز را دارد و هم کارکردن با آن آسان‌تر است و خطرات کمتری دارد.
پلاستیک سنتزی
اولین پلاستیک سنتزی، رزین فنل-فرمالدئید بود که در تلاش برای ساخت مواد پلیمری کاملا سنتزی، در سال ۱۹۰۷ لئو بلکند، موفق شد از متراکم کردن فنل با فرمالدئید، رزین فنل فرمالدئید را که بعدها تحت عنوان بالکیت (به‌عنوان محصول نهایی) نامیده شد، تولید کند. این رزین هم در محیط‌های اسیدی و هم قلیایی قابل تهیه است.
فنوپلاست‌ها
از متراکم شدن فنل با فرمالدئید در محیط اسیدی یا بازی فنوپلاست یا رزین فنل-فرمالدئید حاصل می‌شود. ماکزیمم PH که در صنعت با آن کار می‌شود ۸/۵ است و برای ایجاد این PH در محیط بازی به محیط، NH3 یا NaOH اضافه می‌شود. برای این که چسب نجاری حاصل شود، در انتهای مولکول، باید گروه OH باشد. هر چه گروه‌های OH بیشتر باشد چسبندگی بیشتر خواهد بود. پس برای تولید چسب بهتر، باید فرمالدئید اضافی برداریم. بهترین چسب آن است که گروه فرمالدئید آزاد داشته باشد.
آمینوپلاست‌ها
آمینوپلاست‌ها از متراکم شدن اوره یا ملامین با فرمالدئید در محیط اسیدی یا بازی به‌دست می‌آیند. دمای این واکنش باید بین ۶۰ تا ۸۰ درجه سانتیگراد باشد. چسب فنل فرمالدئید به‌علت بدبویی در بازار نیست. ولی این چسب، در بازار موجود است. ملامین یا ۸، ۴، ۶ _ تری آمینو _ ۱، ۳، ۵ _ تری آزید با فرمالدئید می‌تواند در محیط اسیدی یا بازی، واکنش چند تراکمی انجام دهد و برحسب شرایط تنظیم واکنش، پلیمر یک‌بعدی ایجاد کند.
وقتی که شرایط را با تنظیم PH در محیط اسیدی و دمای زیاد تغییر دهیم، پلیمر یک‌بعدی به سه‌بعدی تبدیل می‌شود و همراه با ۲۰ درصد کائولن تبدیل به فرمیکا می‌شود که ماده‌ی استخوانی روی میزهای کابینت‌ها است که در خلا تحت فشار بالا پرس می‌شود. حال اگر ۴۰ الی ۳۰ درصد کربنات کلسیم اضافه کنیم، تبدیل به زیرسیگاری و مواد دیر اشتعال‌پذیر می‌شود که قیمت آن، فوق‌العاده افت می‌کند، اما قدرت مکانیکی آن بالا می‌رود؛ کلید و پریز برق بدون استثنا از این ماده تولید می‌شوند.
آمینولاست‌ها پلیمرهایی هستند که در اثر فشار، تغییر شکل می‌دهند و بعد از حذف نیروی خارجی، این تغییر شکل همچنان ادامه می‌یابد و باقی می‌ماند. به عبارت دیگر، خاصیت پلاستیسیتی دارند. این پلیمرها در اثر گرما به‌تدریج نرم و با افزایش دما به حالت فیزیکی جامد خود تبدیل می‌شوند. این خصلت، کاربرد این پلیمرها را تضمین می‌کند یا به‌وجود می‌آورد. اگر ترموپلاستیکی را به‌صورت پودر یا حلقه‌های کوچک حرارت دهیم، ابتدا نرم و سپس مذاب و وسیکوز می‌شود و اگر آنها را قالب بگیریم، شکل قالب را به‌خود می‌گیرد.
در آخر باید گفت با اینکه برخی از کشورها مثل چین، مصرف پلاستیک یک‌بارمصرف را ممنوع می‌کند، اما تا زمانی که جایگزین مناسب، ارزان، بی‌خطر برای محیط زیست و سلامت انسان وجود نداشته باشد، همچنان پلاستیک‌ها به‌عنوان عناصر جداناپذیر زندگی ما باقی خواهند ماند.
بیشتر بخوانید: بهترین و ارزان ترین ابزارهای امنیتی خانگی
نظرات کاربران