از ظروف پلاستیکی، بطریها، کیسهها گرفته تا اسباب بازیهای پلاستیکی. به هر کجا که نگاه کنیم محصولات پلاستیکی زیادی میبینیم که از پلی اتیلن ساخته شده است. پلی اتیلن یکی از محبوبترین مواد گرمانرم است که امروزه در دسترس است و در بسیاری از صنایع برای ساخت و تولید محصولات متنوع مورد استفاده قرار میگیرد. اما ، پلی اتیلن چیست؟ از چه چیزی ساخته شده است؟ چگونه پلی اتیلن را پردازش کنیم؟
پلی اتیلن یک ترموپلاستیک سبک وزن و بادوام با ساختار متغیر کریستالی است. این ماده یکی از پلاستیکهای پرمصرف در جهان است (به طوری که سالانه دهها میلیون تن از این ماده در سراسر جهان تولید میشود). از پلی اتیلن در مصارف مختلف برای فیلمها، لولهها، قطعات پلاستیکی و … در صنایع مختلف (بستهبندی، خودرو، برق و غیره) استفاده میشود. پلی اتیلن از پلیمریزاسیون مونومر اتیلن (یا اتن) ساخته میشود. فرمول شیمیایی پلی اتیلن(C2H4) است.
پلی اتیلن با افزودن یا پلیمریزاسیون رادیکال مونومرهای اتیلن (الفین) ساخته میشود. (فرمول شیمیایی اتن – C2H4). برای انجام پلیمریزاسیون پلی اتیلن از کاتالیزورهای زیگلر-ناتا و متالوسن استفاده میشود.
پلی اتیلن از خانواده پلیمرهای پلی الفین است و بر اساس تراکم و شاخه طبقه بندی میشود. متداولترین انواع پلی اتیلن عبارتند از:
پلی اتیلنهای شاخهای که به دو دسته زیر تقسیمبندی میشوند:
پلی اتیلن با چگالی کم (LDPE)
پلی اتیلن خطی با چگالی کم (LLDPE)
پلی اتیلنهای خطی خود به دو دسته مختلف تقسیمبندی میشوند:
پلی اتیلن با چگالی بالا (HDPE)
پلی اتیلن با وزن مولکولی فوق العاده بالا (UHMWPE)
پلی اتیلن متقاطع (PEX یا XLPE)
علاوه بر دستهبندی ذکر شده در بالا، پلی اتیلن در انواع دیگر نیز موجود است مانند:
پلی اتیلن با چگالی متوسط (MDPE)
پلی اتیلن با چگالی بسیار کم (VLDPE)
پلی اتیلن با وزن مولکولی بالا (HMWPE)
پلی اتیلن فوق العاده کم وزن مولکولی (ULMWPE)
پلی اتیلن کلردار (CPE)
پلی اتیلن سبک یا پلی اتیلن با چگالی کم یا LDPE مخفف Low Density Poly Ethelene، یک پلیمر نیمه سخت و نیمه شفاف است. این نوع پلی ایتیلن در مقایسه با HDPE، دارای درجه بالاتری از شاخههای زنجیرهای جانبی کوتاه و بلند است. پلی اتسلن سبک در فشار بالا در بازه ۱۰۰۰-۳۰۰۰ بار و در بازه دمایی ۸۰-۳۰۰ درجه سانتیگراد از طریق فرآیند پلیمریزاسیون رادیکال آزاد تولید می شود. LDPE از ۴۰۰۰ تا ۴۰،۰۰۰ اتم کربن تشکیل شده است که دارای شاخههای کوتاه زیادی است.
دو فرآیند اساسی که برای تولید پلی اتیلن با چگالی کم استفاده می شود:
مسیرهای اتوکلاو یا لوله ای همزن.
راکتور لولهای. که این روش به دلیل سرعت بالای تبدیل اتیلن، نسبت به مسیر اتوکلاو اولویت پیدا کرده است.
آنتی اکسیدان در صنعت پلاستیک
مقدمه:
اشیایی که از پلیمرها ساخته می شوند امکان تخریب اکسیداسیونی داشته و عمر سرویس دهی آن ها کوتاه می شود. تخریب اکسید اسیونی می تواند منجر به:
• تغییر رنگ
• از دست دادن شفافیت
• افت استحکام کششی
• افت استحکام ضربه ای
• وافت سایر خواص پلیمرها شود.
(AO) :مخفف آنتی اکسیدانت.
بطور کلی مواد پلیمری در برابر اکسیژن حساس می باشند و اکسیدمی شوند اعم از :
• پلیمرهای طبیعی
• پلیمر های مصنوعی
مقاومت پلیمر های مختلف در برابر اکسایش بسیار متفاوت است:
• مقاومت زیاد : پلی استایرن و پلی متیل متاکریلات
• مقاومت کم: پلیمر ها و الاستومرهای غیر اشباع
روشهای جلوگیری از اکسیداسیون پلیمرها:
• اصلاح ساختار پلیمر:کوپلیمریزه کردن
• پوشش دار کردن گروههای انتهایی (بیشتر برای پلی استال ها)
• پایدار سازی فیزیکی بوسیله جهت دار کردن پلیمر(بطری های پت)
• افزودن AO: متداول ترین روش پایدار سازی پلیمرها
تعریف AO :
موادی که دارای ساختار شیمیایی خاصی هستند که در غلظت های کم اثر خود را نشان می دهند و به علت اینکه نسبت به پلیمر سرعت بیشتری در واکنش با رادیکالهای آزاد دارند، مانع از اکسایش پلیمر می شوند.
ROO• + AH → ROOH + A • (K17)
ROO • + RH → ROOH + R • (K3)
AH :آنتی اکسیدان
RH: پلیمر
برخی خواص که باید AO داشته باشد:
• به شکل پودر بوده و براحتی ذوب شود(توزیع مناسب)
• سبب تغییر رنگ نشود.
• فرایند تخریب توسط مس،منیزیم و دیگر فلزات را متوقف نماید.
• سمی نباشد.
• فرار نباشد .
اکسایش پلیمرها:
فرآیند تخریب اکسیداسیونی در اثر واکنش رادیکال های آزاد با پلیمرها می باشدکه شامل 4 مرحله است:
• مرحله شروع
• مرحله انتشار
• مرحله خود کاتالیزوری
• مرحله پایانی
مرحله شروع:
رادیکالهای آزاد شروع کننده واکنش بصورت های مختلف(نور، دما، وارد آمدن نیرو، و…) در پلیمر بوجود می آیندزیرا پلیمرها دارای مقادیر جزیی هیدرو پراکسید هستند.
واکنش برای ماده ای با فرمول کلی RH به شرح زیر می باشد:
RH → HO• , RO• , ROO• , R•
جذب نور ماورای بنفش توسط هیدرو پراکسیدها عمده ترین منبع تولید رادیکالهای آزاد می باشد.
مرحله انتشار:
قبل از اینکه رادیکالهای پراکسی یا آلکیل به محصولات غیر رادیکالی تبدیل شوند می توانند بارها تکرار شوند و سبب سریعتر شدن مرحله شروع گردند:
R • + O2 → ROO •
ROO • + RH → ROOH + R •
مرحله خودکاتالیزوری:
سرعت اکسیداسون معمولا در ابتدای عمر پلیمر کم می باشد ولی با گذشت زمان به علت بوجد آمدن رادیکالهایی که از طریق تجزیه هیدرو پراکسیدها پدید می آیند، افزایش می یابد:
ROOH → RO • + HO •
2ROOH → RO • +ROO • + H2O
ROOR → 2RO •
مرحله پایانی:
تبدیل رادیکالهای پراکسی و آلکیل به محصولات غیر رادیکالی سبب اختتام واکنش های مرحله انتشار می گردد:
ROO • + R • → ROOR
2R • → R-R
انواع آنتی اکسیدان :
۱-آنتی اکسیدان های نوع اول
۲-آنتی اکسیدان های نوع دوم.
آنتی اکسیدان های نوع اول :
آنتی اکسیدان های نوع اول با دادن یک هیدروژن معمولاً از OH یا NH به رادیکال آزاد آنها را خنثی می نمایند.
· فنل های بازدارنده
· آمین های آروماتیک
فنل های باز دارنده:
بیشترین تنوع در میان مواد AO در خانواده فنل های بازدارنده وجود دارد.
یکی از معمول ترین این ترکیب ها هیدروکسی تولوئن بوتیله شده می باشد (BHT) که در انواع پلیمرها از جمله PS، PP، PE بکار می رود.
Ar-OH + ROO• → Ar-O• + ROOH
آمین های آروماتیک:
هر چند آمین های آروماتیک از فنل ها قویتر هستند اما به دلیل خاصیت منفی لکه دار کردن در پلاستیک های گرما نرم مورد استفاده قرار نمی گیرند.
کاربرد عمده آمین های آروماتیک در الاستومرهای قابل پخت است.
-NH + ROO• → -NO• + ROOH
آنتی اکسیدان های نوع دوم
آنتی اکسیدان های نوع دوم با تخریب رادیکال های پراکسیدی پلیمرها را محافظت می کنند.
1- تیواسترها به سولفون ها اکسیده می شوند:
(ROCOCH2CH2)2S + ROOH → (ROCOCH2CH2)SO + ROH
2- فسفیت ها به فسفات اکسید می گردند:
PR’3 + ROOH → POR’3 + ROH
بررسی اثر آنتی اکسیدان در پلیمرها:
جهت بررسی اثر آنتی اکسیدانت آزمون OIT انجام می شود.در این آزمون مدت زمان اکسیداسیون بر حسب دقیقه اندازه گیری
می شود.
همانگونه که در نمودار زیر مشخص است اضافه شدن آنتی اکسیدان Irganox1010 به میزان 0.5 % زمان اکسیداسیون را به 120دقیقه افزایش داده است.
تعیین دمای اکسیداسیون:
جهت تعیین نقطه اکسیداسیون پلیمرها آزمون DSC انجام میشود. همانطور که در نمودار زیر نشان داده شده نمونه در دمای 9/230درجه سانتیگراد واکنش گرما زا داشته که بیانگر نقطه اکسیداسیون آن می باشد.
اثر افزایی (Synergism Effects) :
برای رسیدن به نتیجه بهتر معمولا ازدو یا چند آنتی اکسیدان در یک آمیزه استفاده میشود. در حقیقت استفاده از یک آنتی اکسیدان نوع اول با یک آنتی اکسیدان نوع دوم یک اثر افزایی نتیجه می شود و محافظت بیشتری نسبت به یک AO تنها ایجاد می گردد.
خلاصه مطالب:
پلیمرها امکان تخریب اکسیداسیونی داشته و عمر سرویس دهی آن ها کوتاه می شود. فرآیند تخریب اکسیداسیونی در اثر واکنش رادیکال های آزاد با پلیمرها می باشدکه شامل 4 مرحله است:
مرحله شروع 2- مرحله انتشار 3- مرحله خود کاتالیزوری 4- مرحله پایانی
برای جلوگیری از اکسیداسیون پلیمرها راههای مختلفی وجود دارد که متداولترین آنها افزودن آنتی اکسیدانت AO است.
آنتی اکسیدانت ها دو نوع می باشند : نوع اول و نوع دوم
آنتی اکسیدان های نوع اول : با دادن یک هیدروژن معمولاً از OH یا NH به رادیکال آزاد آنها را خنثی می نمایند و شامل:
فنل های بازدارنده وآمین های آروماتیک می باشند.
آنتی اکسیدان های نوع دوم: با تخریب رادیکال های پراکسیدی پلیمرها را محافظت می کنند و شامل:
1- تیواسترها 2- فسفیت ها می باشند.
برای رسیدن به نتیجه بهتر معمولا ازدو یا چند آنتی اکسیدان در یک آمیزه استفاده میشود که به آن اثر افزایی
(Synergism Effects) می گویند.
برای بررسی اثر آنتی اکسیدانت در پلیمر آزمون OIT و برای تعیین دمای اکسیداسیون پلیمر آزمون DSC انجام می شود.
© تمامی حقوق برای شرکت پترو بامداد آذران محفوظ است.