رزین HDPE یک پلی الفین گرمانرم است که از پلیمر شدن مونومر اتیلن تولید می شود. اگر چه از سال ۱۹۵۶ این پلیمر موجود بوده است، اما هنوز به حالت کامل و بالغی در بازارهای مصرف دست نیافته است. توسعه محصول و بازار سبب ایجاد بازارها و کاربردهای متنوعی برای این پلیمر شده است.

 روش های تولید و کاتالیست:

پلی اتیلن اغلب یا به روش دوغابی و یا فرآیند فاز گازی تولید می شود. اگر چه هنوز مقادیر کمی با استفاده از روش فاز محلول تولید می گردد. در تمامی فرآیندها، واکنش گرمازا بر مبنای اجزای اساسی زیر است: مونومر اتیلن، کومونومر آلفا الفینی، سیستم کاتالیست (که ممکن است بیش از یک جزء باشد)، و برخی انواع رقیق کننده هیدرو کربنی. به همراه برخی از کاتالیست ها، هیدروژن نیز جهت کنترل وزن مولکولی استفاده می گردد. راکتورهای دوغابی یا بصورت تانک های همزن دارو یا به صورت متداول تر، حلقه های بزرگی است که در آن دوغاب چرخش می یابد. زمانی که اتیلن و کومونومر (در صورت استفاده) در تماس با کاتالیست قرار می گیرند، ذرات پلی اتیلن تشکیل می گردند. پس از جداسازی رقیق کننده، این پودر تشکیل شده خشک می گردد، افزودنی ها به آن اضافه شده و مخلوط حاصل به فرم گرانول تبدیل می شود. خطوط تولید مدرن که از یک راکتور بزرگ به همراه یک اکسترودر دو مارپیچ بزرگ تشکیل می شوند، توانایی تولید 40000 پوند پلی اتیلن را داراست.

تکنولوژی کاتالیست، توسعه HDPE را امکان پذیر نموده است و توسعه کاتالیست های جدید، در بهبود عملکرد گریدهای جدید تأثیر مستقیم دارد. دو کلاس عمده کاتالیست ها که اغلب مورد استفاده قرار می گیرند عبارتند از: کاتالیست های نوع فیلیپس بر پایه اکسید کروم و ترکیبات تیتانیوم با آلکیل های آلومینیوم.

کاتالیست های از نوع فیلیپس سبب ایجاد توزیع اوزان مولکولی متوسط تا پهن می شوند در حالی که کاتالیست های آلکیل تیتانیوم/آلومینیوم، توزیع اوزان مولکولی باریکی ایجاد می کنند. گریدهای با توزیع اوزان مولکولی پهن با استفاده از کاتالیست هایی که MWD باریکی در پلیمر ایجاد می کنند، به وسیله راکتورهای چندگانه تولید می شوند. به عنوان مثال، دو راکتور به فرم متوالی برای اوزان مولکولی کاملاً متفاوت، منجر به نولید پلیمر با وزن مولکولی دو قله ای که در حالت کلی دارای توزیع اوزان مولکولی پهن است می گردد.

خواص عمومی HDPE:

رزین HDPE یک ترموپلاستیک غیرقطبی و با درجه بلورینگی بالاست. ظاهر این پلیمر خام سفید شیری رنگ با درجه ای از نیمه شفاف بودن در مقاطع نازک است. پلی اتیلن از مقاومت شیمیایی عالی برای استفاده در اغلب ظروف نگهدارنده مواد شیمیایی خانگی و صنعتی برخوردار است. این پلیمر در تماس با بعضی مواد شیمیایی خاص نظیر عوامل اکسید کننده مهاجم (مانند اسید نیتریک غلیظ، هیدروکربن های آروماتیک مثل زایلن و هیدروکربن های هالوزنه مثل تتراکلرید کربن) مورد حمله شیمیایی قرار می گیرد. این پلیمر خاصیت جذب آب نداشته و سد خوبی در برابر بخار آب ایجاد می کند که آن را برای کاربردهای بسته بندی مناسب می سازد.

پلی اتیلن سنگین خواص الکتریکی خوبی دارد و به خصوص قدرت دی الکتریک بالایی دارد که آن را برای کاربردهای سیم و کابل مناسب می سازد. گریدهای با وزن مولکولی متوسط به بالامقاومت ضربه عالی در شرایط محیط و حتی در دماهای پایین تا منفی 40 درجه فارنهایت از خود نشان می دهند.

خواص ویژه هر گرید از HDPE تحت تأثیرترکیب چهار متغیر اولیه است: چگالی، وزن مولکولی، توزیع اوزان مولکولی و افزودنی ها. همچنین برای طراحی و تولید پلیمرهایی با خصوصیات عملکردی خاص، کاتالیست های مختلفی مورد استفاده قرار می گیرد. این متغیرها با یکدیگر ترکیب می شوند و گریدهایی ایجاد می کنند که بهترین تعادل خواص را برای کاربردهای مختلف دارا هستند.

در زیر به بررسی این چهار متغیر می پردازیم:

چگالی: این یک متغیر کلیدی در تعیین خواص HDPE به شمار می رود. اگرچه تمامی 4 متغیر یاد شده در بالا نقش های تعاملی با یکدیگر دارند. اتیلن، بلوک اصلی سازنده پلی اتیلن است، اما اغلب مقادیر کمی از کومونومرهای دیگر نظیر بوتن-1، هگزن-1 و یا اکتن-1 نیز برای اصلاح خواص پلیمر مورد استفاده قرار می گیرد. برای تولید HDPE، میزان مصرفی کومونومر معمولاً بیش از 1 تا 2 درصد نمی باشد. استفاده از کومونومر، درصد بلورینگی پلیمر را اندکی کاهش می دهد. این تغییر معمولا توسط چگالی اندازه گیری می شود که بصورت خطی با درصد بلورینگی ارتباط دارد. روش متداول مورد استفاده در آمریکا توسط استاندارد ASTM D1248  بیان شده است. چگالی HDPE بالای 0.94 است و MDPE در محدوده 0.926 تا 0.940 قرار دارد. در برخی از دسته بندی ها و روش های دیگر، MDPE را با HDPE یا LLDPE در یک دسته قرار می دهند.

هموپلیمرها دارای بالاترین چگالی، بیشترین سفتی، بهترین خواص عبورناپذیری و بالاترین نقطه ذوب هستند، اما عموماً خواص مقاومت در برابر شرایط جوی (ESCR) بسیار ضعیفی دارند. میزان ESCR، توانایی پلی اتیلن در مقابل ایجاد ترک تحت تنش های شیمیایی و مکانیکی را نشان می دهد. چگالی های بالاتر عموماً خواص مکانیکی بالاتری نظیر استحکام کششی، سفتی و سختی؛ خواص حرارتی بالاتری نظیر نقطه نرم شوندگی و HDT و خواص عبور ناپذیری بالاتری نظیر عبور گاز یا بخار آب از خود نشان می دهند. چگالی های پایین تر از استحکام ضربه و ESCR بالاتری برخوردارند.

چگالی پلیمر در درجه اول تحت تأثیر توزیع کومونومر می باشد و در درجه دوم به وزن مولکولی مرتبط است. چگالی تحت تأثیر اجزای با وزن مولکولی بالا اندکی کاهش می یابد. به عنوان مثال، هموپلیمرهای با اوزان مولکولی متفاوت، چگالی های متفاوتی دارند.

وزن مولکولی: وزن مولکولی بالاتر به ویسکوزیته بالاتر پلیمر منجر می شود، اگرچه ویسکوزیته به عوامل دیگری نظیر دما و نرخ برش فرآیند نیز بستگی دارد. اندازه گیری های رئولوژیکی برای تعیین وزن مولکولی یک ماده مورد نیاز است. گریدهای HDPE عموماً متوسط وزن مولکولی شان در محدوده 40000 تا 300000 می باشد که تقریباً با جریان مذاب در محدوده به ترتیب 100 تا 0.02 مطابقت دارد. عموماً وزن مولکولی بالاتر (شاخص جریان مذاب پایین تر) سبب بهبود استحکام مذاب، چقرمگی بالاتر و ESCR بالاتر می شود، اگرچه فرآیند تولید پلی اتیلن با وزن مولکولی بالاتر سخت تر بوده و نیاز به دماها و فشارهای بالاتری دارد.

توزیع اوزان مولکولی (MWD): توزیع اوزان مولکولی پلی اتیلن از باریک تا پهن متغیر است که به کاتالیست و فرآیند تولید بستگی دارد. متداولترین شاخص اندازه گیری MWD، شاخص ناهمگونی (HI) که همان حاصل تقسیم متوسط وزن مولکولی (Mw) بر متوسط وزن مولکولی (Mn) است. این شاخص برای تمامی گریدهای خانواده HDPE در محدوده 4 الی 30 قرار می گیرد. توزیع اوزان مولکولی باریک سبب دفرمگی و پیچش کمتر و مقاومت ضربه بالاتر برای فرآیندهای قالبگیری می شود در حالیکه توزیع اوزان مولکولی متوسط و پهن سبب فرآیند پذیری بهتر که برای اغلب فرآیندهای اکستروژن مطلوب است می گردد. توزیع اوزان مولکولی پهن همچنین استحکام مذاب و مقاومت به خزش را بهبود می بخشد.

افزودنی ها: آنتی اکسیدان ها برای محافظت از پلیمر در مقابل تخریب در حین فرآیند تولید و همچنین جلوگیری از اکسیداسیون محصول نهایی در حین استفاده به آن افزوده می شود. افزودنی های آنتی استاتیک در بسیاری از گریدهای بسته بندی به منظور کاهش جذب گرد و غبار به بطری یا محفظه استفاده می شود. فرمولاسیون های افزودنی تخصصی برای برخی از کاربردها نیاز است، نظیر کاربردهایی مثل سیم و کابل که در آن پلیمر با مس در تماس است. مقاومت در برابر شرایط جوی عالی و مقاومت در برابر پرتو یووی (نورخورشید)، می تواند با اضافه نمودن افزودنی یووی حاصل شود. پلی اتیلن فاقد افزودنی یووی و یا دوده، مقاومت خوبی در برابر پرتو یووی نداشته و از این رو برای استفاده مداوم در فضای باز اصلاً توصیه نمی شود. مقادیر بالای دوده، مقاومت یووی عالی ایجاد نموده و اغلب در موارد کاربرد در فضای باز نظیر سیم و کابل، ژئوممبران ها و لوله استفاده می شود.

فرآیند تولید و کاربردها:

پلی اتیلن می تواند توسط یک گروه از فرآیندهای تولید متنوع تولید و فرآیند گردد. این فرآیندها شامل فرآیندهای اکستروژن مثل: اکستروژن ورق، فیلم، لوله و پروفیل و همچنین فرآیندهای قالبگیری دمشی (بادی)، تزریق و قالبگیری دورانی است.

اکستروژن:

گریدهای مورد استفاده در کاربردهای اکستروژن عموماً شاخص جریان مذاب کمتر از 1 دارند و دارای MWD متوسط تا پهن هستند. شاخص جریان مذاب پایین برای استحکام مذاب مناسب برای فرآیند لازم است. گریدهای با MWD پهن تر با توجه به برخورداری از نرخ تولید بالاتر، فشار پشت قالب پایین تر و تمایل به شکست مذاب پایین تر، برای فرآیند اکستروژن مناسب تر هستند.

پلی اتیلن در فرآیند اکستروژن موارد استفاده و کاربردهای متعددی نظیر سیم و کابل، لوله و پروفیل به خود اختصاص داده است. محدوده استفاده در کاربرد لوله از لوله های زرد با قطر کوچک مورد استفاده در توزیع گاز طبیعی تا لوله های قطر 48 اینچ مشکی مورد استفاده در مصارف صنعتی و شهری می باشد. لوله های با قطر بالای دیواره توخالی به سرعت به عنوان جایگزین لوله های بتنی برای فاضلاب و مسیر آب باران و دیگر خطوط زه کشی در حال رشد است.

ورق و ترموفرمینگ:

بسیاری از سبد های پیک نیک بزرگ، دارای لاینرهای ترموفرمی از جنس پلی اتیلن هستند که دارای خواص چقرمگی و سبکی هستند. دیگر کاربرد ها برای مصارف ورق و ترموفرم شامل پوشش مخازن، ظروف، قایق های کانو و ... است. یکی دیگر از کاربردهای وسیع و به سرعت رشد یابنده ورق، ژئوممبران است چرا که MDPE دارای چقرمگی، مقاومت شیمیایی و نفوذ ناپذیری است.

قالبگیری دمشی:

بیش از یک سوم HDPE مورد مصرف در آمریکا در کاربردهای قالبگیری دمشی استفاده می شود. محدوده استفاده این گریدها از بطری سفیدکننده ها، روغن موتور، شوینده ها، شیر، آب مقطر تا محفظه های بزرگ یخ، باک بنزین خودرو و ... است. معیارهای عملکردی برای گریدهای قالبگیری دمشی نظیر استحکام مذاب، ESCR و چقرمگی مشابه مواردی است که برای کاربردهای ورق و ترموفرمینگ می باشد.

قالبگیری تزریقی دمشی:

معمولاً برای ساخت بسیاری از محصولات بطری کوچک و محفظه های کوچک (کمتر از 16 انس) برای مصارف دارویی، شامپو و آرایشی بهداشتی استفاده می شود. یکی از مزایای این فرآیند، تولید بطری های بدون دورریز است که نیاز به مرحله پیرایش و اصلاح لبه های متداول در فرآیند قالبگیری دمشی ندارد. عموماً گریدهای با MWD متوسط و پهن برای این کاربرد استفاده می شود، اگرچه برخی گریدهای با MWD باریک نیز برای براقیت بهتر سطح استفاده می شود.

قالبگیری تزریقی:

رزین HDPE کاربردهای فراوانی دارد که در محدوده کاربرد از فنجان های دیواره نازک تا سطل های 5 گالنی مورد استفاده است که تقریباً یک پنجم از بازار HDPE را به خود اختصاص داده است. گریدهای قالبگیری تزریقی معمولاً شاخص جریان مذاب بین 5 تا 100 دارند که گریدهای با جریان مذاب پایین تر، چقرمگی بهتر و گریدهای با جریان مذاب بالاتر، فرآیندپذیری بهتری دارند. از کاربردهای این گرید می توان به بسته بندی های غذایی دیواره نازک نظیر بطری های شیر، سطل های مقاوم و بادوام برای مواد غذایی و رنگ و از کاربردهای گریدهای با ESCR بالا به باک بنزین خودروهای کوچک و سطل های زباله 90 گالنی اشاره نمود.

قالبگیری دورانی:

مواد اولیه برای این فرآیند معمولاً توسط دستگاه پودرساز به پودر ریز تبدیل می شود تا سبب ذوب شدن و جریان پذیری مناسب تر در خلال چرخه گرمایشی فرآیند گردد. در کاربرد قالبگیری دورانی، از دو کلاس پلی اتیلن استفاده می گردد: پلی اتیلن های ساده مرسوم و پلی اتیلن های قابل شبکه ای شدن. گریدهای متداول ساده MDPE/HDPE معمولاً چگالی در حدود 0.935 الی 0.945 دارند و برای به حداقل رساندن دفرمگی و مقاومت ضربه ای بالا، MWD باریکی  دارند و شاخص جریان مذابشان در محدوده 3 تا 8 می باشد. گریدهای با جریان پذیری بالاتر به دلیل اینکه نمی توانند محدوده خواص ضربه و ESCR مورد نیاز برای قطعات قالبگیری شده را پوشش دهند، عموما برای این فرآیند نامناسب هستند. در تولید قطعات قالبگیری دورانی که عملکرد بالایی نیاز دارند از گریدهای پلی اتیلن قابل شبکه ای شدن استفاده می شود. این گریدها در خلال فاز اول فرآیند به خوبی جریان می یابند و سپس برای عملکرد بی نظیرشان در ESCR، مقاومت در برابر شرایط جوی، مقاومت در برابر ضربه و سایش شبکه ای می شوند.

پلی اتیلن قابل شبکه ای شدن به طور منحصر به فردی برای محفظه های بزرگ در محدوده مخازن 500 گالنی که برای حمل و نقل مواد شیمیایی استفاده می شود تا مخازن 20000 گالنی مورد مصرف در کشاورزی مناسب است.

کاربرد فیلم:

فرآیند تولید فیلم پلی اتیلن، معمولاً یا به شیوه متداول دمشی و یا فرآیند Cast انجام می گردد. اغلب پلی اتیلن های مورد استفاده در کاربرد فیلم، یا LDPE های معمول و یا LLDPE هستند. گریدهای پلی اتیلن سنگین فیلم معمولاً زمانی استفاده می شوند که خواص کششی ویژه و خواص عبور ناپذیری بهتری نیاز باشد. به عنوان مثال، فیلم های HDPE اغلب برای استفاده به عنوان کیسه های کالاها، بسته بندی خواربار و بسته بندی های غذایی استفاده می شوند.

بازیافت:

پلی اتیلن سنگین یکی از پلیمرهای با رشد سریع در بازار بازیافت پلاستیک هاست. این مطلب در ابتدا و اولویت به خاطر توانایی این پلیمر در به راحتی مورد فرآیند مجدد قرار گرفتن با کمترین تخریب و افت خواص و همچنین به دلیل مصرف بسیار زیاد آن در کاربردهای بسته بندی است. به عنوان نمونه، یکی از کاربردهای متداول و معمول برای HDPE شامل استفاده از 25 درصد مواد بازیافتی به همراه مواد HDPE نو در تولید بطری های برای مصارف غیر بهداشتی است.

بسپار تجارت آسیا

تهران - پاسداران - گل نبی پلاک ۳۵ واحد ۹

۰۲۱۲۲۸۷۰۰۲۶

Template Settings

Color

For each color, the params below will give default values
Green Blue Brown Yellow

Body

Background Color
Text Color
Background Image for Layout Style: Boxed
Layout Style
Select menu
Google Font
Body Font-size
Body Font-family