تعریفی از پرکاربردترین پلی الفین ها

پلی الفین ها که پلی آلکن ها نیز نامیده می شوند یکی از بزرگترین و پرکاربردترین ترموپلاستیک ها در صنعت می باشند. پلی الفین ها پلیمرهای آلکنی ساده مانند اتیلن، پروپیلن، بوتن ها، پنتن ها و کوپلیمرهای آنها هستند که از مهم ترین آن ها دو پلی اولفین پلی اتیلن (PE) و پلی پروپیلن (PP) می باشند. آنها را می توان با روش های رایج شکل دهی مانند قالب گیری تزریقی، قالب گیری دمشی، اکستروژن و شکل دهی گرما، با استفاده از تجهیزات استاندارد ترموپلاستیک تهیه کرد. فرآیند پذیری آسان و قیمت پایین در ترکیب با خواص شیمیایی و فیزیکی خوب آنها، این مواد را به محبوب ترین پلیمرها و غالبا بهترین انتخاب برای بسیاری از کاربردهای پلاستیکی تبدیل می کند.

پلی اتیلن (PE) بیشترین کاربرد را در پلی اولفین ها دارد و درانواع گریدهای مختلف به صورت تجاری در دسترس هستند، پلی اتیلن از نظر وزن مولکولی، بلورینگی (چگالی) و درجه شاخه ای شدن متفاوت  می باشند و برخی از گریدهای ویژه نیز قابلیت شبکه ای شدن (crosslinkable) را دارند. درجه شاخه ای شدن همراه با طول شاخه ها بر دانسیته تاثیر میگذارد که می تواند بین ۰٫۸۷ گرم بر سانتی متر مکعب و ۰٫۹۷ گرم بر سانتی متر مکعب متغیر باشد. به طور معمول، هر چه دانسیته پلیمر بیشتر باشد، درجه بلورینگی بیشتر و پلیمر سفت تر و سخت تر می شود.

درجه شاخه ای شدن و وزن مولکولی پلیمر همراه با توزیع آن، خواص مکانیکی و رفتار جریان مذاب پلی اتیلن را مشخص می کند. پلی اتیلن با وزن مولکولی بالا بدون شاخه نسبتا شکننده است. برای افزایش انعطاف‌پذیری، اتلین معمولاً با آلکن‌هایی با وزن مولکولی پایین مانند بوتن-۱، هگزان-۱ یا اکتان-۱ کوپلیمریزه می‌شود که شاخه های زنجیره ای کوتاه را بر روی زنجیره پلیمری عمدتا خطی نشان می دهد. گریدهای مختلفی به صورت تجاری در دسترس می باشند که در درجه شاخه ای شدن و وزن مولکولی فرق دارند. ده گرید متداول عبارتند از:

• پلی اتیلن با وزن مولکولی بسیار بالا (UHMWPE)
• پلی اتیلن با وزن مولکولی بالا (HMWPE)
• پلی اتیلن با چگالی بالا (HDPE)
• پلی اتیلن شبکه ای (قابل پیوند متقابل) با چگالی بالا (HDXLPE)
• پلی اتیلن با چگالی متوسط (MDPE)
• پلی اتیلن خطی با چگالی متوسط (LMDPE)
• پلی اتیلن شبکه ای (قابل پیوند متقابل) (PEX یا XLPE)
• پلی اتیلن با چگالی کم (LDPE)
• پلی اتیلن خطی با چگالی کم (LLDPE)
• پلی اتیلن با چگالی بسیار کم (VLDPE)
• پلی اتیلن با وزن مولکولی بسیار کم (PE-WAX)

در میان اینها HDPE، LLDPE و LDPE بیشترین حجم تولید و کاربرد را دارند.

LDPE یک پلی اتیلن بسیار منعطف و مقاوم است، در مقایسه با HDPE، دارای درجه بالاتری از شاخه ای شدن زنجیره جانبی کوتاه و بلند می باشد. شاخه ای شدن تمایل مولکول ها را برای قرار گرفتن در کنار هم را کاهش می دهد که منجر به چگالی و بلورینگی کمتر و همچنین انعطاف پذیری و چقرمگی (Toughness) بیشتر می شود. با این حال، LDPE به طور قابل توجهی دارای استحکام کششی، دمای خمش حرارتی و نقطه ذوب کمتری نسبت به HDPE می باشد. در مقایسه با LLDPE، به دلیل شاخه های جانبی طولانی تر و سست تر، کریستال های کوچک تری دارد. درجه بلورینگی معمولاً بسته به تاریخچه شاخه ای شدن و حرارتی در محدوده ۴۰ تا ۵۵ درصد است.

LLDPE دارای استحکام مشابه HDPE می باشد اما بسیار انعطاف پذیرتر است. زنجیره های پلیمری دارای تعداد زیادی شاخه کوتاه می باشند که کوتاه تر و فراوان تر از LDPE هستند. این به زنجیرها اجازه می‌دهد تا به راحتی بدون درهم تنیدگی در مقابل یکدیگر تحت فشار قرار بگیرند. گریدهای LLDPE عموماً دارای توزیع وزن مولکولی باریکتری نسبت به LDPE می باشند. عدم وجود زنجیره های جانبی طولانی و هم پراکندگی باریک تر، درجه بلورینگی را افزایش می دهد که این امر منجر به استحکام کششی و ضربه ای بالاتر و مقاومت در برابر سوراخ شدن بیشتر در مقایسه با LDPE می شود. این نوع پلی اتیلن با چگالی کم را می توان به فیلم های نازک تری همراه با مقاومت در برابر ترک خوردگی ناشی از استرس محیطی بهتر از HDPE و LDPE تبدیل کرد.

MDPE در مقیاس کوچکتری نسبت به HDPE استفاده می شود. همانند LLDPE، با روش های پلیمریزاسیون فشار پایین با استفاده از کاتالیزورهای فلزات واسطه تولید می شود. نسبت به HDPE کمتر مات است ولی به شفافیت LDPE نمی باشد و در مقابل ضربه و ترک خوردگی محیطی مقاومت بهتری نسبت به HDPE دارد اما دارای سفتی و سختی کمتری می باشد. معمولاً از LDPE قوی تر است اما به اندازه کافی کشش ندارد.

HDPE درجه شاخه ای شدن بسیار کمتری نسبت به LDPE دارد که این امر منجر به درجه بلورینگی بسیار بالاتری معمولاً در محدوده ۷۰٪ تا ۸۰٪ بسته به وزن مولکولی و تاریخچه حرارتی می شود. همچنین کریستال ها بزرگتر و یکنواخت تر از کریستال های LDPE می باشند. HDPE نسبت به انواع دیگر پلی اتیلن ها به استثنای HMWPE و UHMWPE بسیار متراکم تر، سفت تر و نفوذپذیرتر است. همچنین بسیار قوی تر و سخت تر از LDPE است، اما دارای سختی و انعطاف پذیری کمتری می باشد و مقاومت در برابر تنش پایین تری دارد. HDPE عمدتاً برای کاربردهایی که به استحکام بالا، سفتی و/یا مقاومت شیمیایی بالایی نیاز است، استفاده می شود.

VLDPE، ULDPE پلی اتیلن هایی با چگالی خیلی کم (gm/cc 0.89 – 0.914) و فوق العاده کم (gm/cc 0.889) می باشند. آنها نسبت به سایر انواع پلی اتیلن ها دارای محتوای آلفا-الفین بالاتری هستند. شاخه های آلکیل انعطاف پذیر آلفا-الفین ها چگالی بسته بندی و بلورینگی را کاهش می دهند که به نوبه خود منجر به بالا رفتن چقرمگی و الاستیسیته وکاهش استحکام کششی می شود.

XLPE یک پلی اتیلن قابل اتصال متقابل است. پلی اتیلنی با چگالی بالا و اصلاح شده شیمیایی است که دارای گروه های جانبی واکنش پذیر است که این اجازه را به این گریدها می دهد تا توسط رطوبت، تشعشع، کاتالیزورها یا با مواد شیمیایی (Polidan® PEX/XLPE) به یکدیگر متصل شوند. اتصالات عرضی، پلی اولفین ها را به پلیمرهای نامحلول و غیرقابل تزریق تبدیل می کند که این امر موجب بهبود یافتن خواص استحکام ضربه ای و مقاومت در برابر خزش، سایش و ترک ناشی از استرس می شود.

پلی پروپیلن (PP) دومین محصول ترموپلاستیک از نظر حجم فروش است. اکثر پلی پروپیلن ها ایزوتاکتیک (i-PP) هستند.

سطح بلورینگی آنها بین LDPE و HDPE قرار دارد. افزایش طول PP در هنگام شکست مشابه LDPE است، در حالی که استحکام ضربه ای و مدول کششی آن به HDPE نزدیک‌تر می باشد. علیرغم ماهیت نیمه کریستالی آن، قالب گیری نسبتاً آسانی دارد.

چگالی پلی پروپیلن نسبت به اکثر پلی اتیلن ها (۰٫۹) پایین تر و دمای ذوب به طور قابل توجهی بیشتر (۱۶۰-۱۸۰ درجه سانتی گراد) است که آن را برای کاربردهایی با دمای بالاتر مثل محصولات پلاستیکی قابل انعطاف مناسب تر می کند. با این حال، i-PP مقاومت ضربه ای کمتری دارد. برای کاهش شکنندگی آن، گاهی اوقات با اتیلن کوپلیمر می شود، که منجر به بهبود چقرمگی و انعطاف پذیری می‌شود.

پلی پروپیلن سیندیوتاکتیک (syndiotactic) در مقیاس بسیار کوچکتری تولید می شود، که اغلب میزان بلورینگی آن کمتر می باشد ولی شفافیت، کشش و چقرمگی ضربه ای بیشتری دارد.

اتن (اتیلن) و پروپن ( پروپیلن) را می توان با الفین های بالاتر، الفین های حلقوی یا مونومرهای قطبی کوپلیمریزه کرد. خواص این کوپلیمرها می تواند به طور قابل توجهی متفاوت باشد، بنابراین زمینه کاربردهای احتمالی را گسترش می دهد.

پلی اولفین های قابل توجه دیگر عبارتند از:  پلی ایزوبوتیلن (PIB) و پلی بوتیلن (پلی بوتن-۱، PB-1). این پلیمرها در مقیاس بسیار کوچکتری تولید می شوند. گریدها با وزن مولکولی پایین، مایعات ویسکوز یا جامدات چسبناک و گریدها با وزن مولکولی بالا، مواد لاستیکی هستند. ایزوبوتیلن اغلب با مقدار کمی ایزوپرن کوپلیمر می شود. این کوپلیمر تصادفی لاستیک بوتیل (IIR) نام دارد که به دلیل نفوذ ناپذیری عالی و انعطاف پذیری خوب آن شناخته شده است. پلی بوتیلن (PB-1) پلیمری از ۱-بوتن است. در برابر ترک خوردگی تنشی و خوردگی پایداری بسیار خوبی دارد و قابل جوش است. این اغلب با پلی اولفین های دیگر ترکیب می شود تا خواص پیوند حرارتی و استحکام لایه برداری آنها را ایجاد کند.

کاربردها:

پلی اتیلن پرمصرف ترین ترموپلاستیک است. بر اساس حجم، HDPE مهمترین گرید است و پس از آن LLDPE و LDPE قرار دارند. کاربردهای آن  شامل استفاده در ساختمان و ساخت ، کالاهای مصرفی، الکترونیک، برق، و صنایع خودرو سازی می شود. پلی اتیلن به طور گسترده برای تولید کالاهای مصرفی مختلف، از جمله ظروف، سطل ها، لوله ها، اسباب بازی ها، پوشش ها، درب ها، کیسه های پلاستیکی، بسته بندی های کششی، بسته های پلاستیکی، ورق ها، فیلم ها، بطری ها و کارتن های کاغذی با روکش اکستروژن استفاده می شود.

دومین پلی اولفین مهم، پلی پروپیلن ایزوتاکتیک (i-PP) است. در صنایع مشابه پلی اتیلن کاربرد دارد. i-PP در بسیاری از زمینه ها با HDPE رقابت می کند. در مقایسه با HDPE، دارای نقطه ذوب و دمای خمش حرارتی بالاتر، مقاومت در برابر ترک بهتر و در بسیاری موارد،استحکام کششی بالاتری می باشد. i-PP دارای مقاومت بالایی در برابر ترک تنشی می باشد. با این حال، پایداری کمتری نسبت به HDPE در برابر تخریب حرارتی، نوری، اشعه ماوراء بنفش و اکسیداتیو دارد. i-PP اغلب برای کاربردهای سخت‌تر انتخاب بهتری است، مگر اینکه مقاومت بالاتری در برابر تخریب حرارتی اکسیداتیو مورد نیاز باشد.

پلی ایزوبوتن (PIB) در مقیاس بسیار کوچکتری تولید می شود. گریدهای مولکولی پایین مایعات روغنی چسبناک، محصولات میان رده چسبنده و گریدهای مولکولی بالا مواد لاستیکی الاستیک هستند. PIB برای چسب‌ها، درزگیرها، آدامس‌ها، غشاهای سقف، روان‌کننده‌ها، پرکننده کابل‌ها و لاستیک مصنوعی (لاستیک بوتیل) استفاده می‌شود.

یکی دیگر از پلی اولفین های کم حجم، پلی بوتن-۱ (PB-1) می باشد. به دلیل ساختار مولکولی مشابه با پلی پروپیلن بسیار سازگار است و می توان از آن برای بهبود خواص مکانیکی در دماهای بالا استفاده کرد. از دیگر کاربردهای عمده آن می توان به تولید لوله های فشار آب سرد و گرم (آشامیدنی) و همچنین بسته بندی مصرف کننده و پزشکی اشاره کرد. از گریدها با وزن مولکولی پایین در چسب ها، درزگیرها، لمینت های کاغذی و نوارها برای بهبود استحکام چسبندگی و لایه برداری استفاده می شود. تقریبا با بسیاری از رزین های غیر قطبی از جمله PE، PP، EVA، SBS و SIS سازگار است.