بولي إثيلين

نموذج فراغي لسلسلة البولي إثيلين

الوحدات المتكررة في البولي إثيلين مع إظهار الكيمياء الفراغية

.

البولي إثيلين هو منتج استهلاكي يصنف تحت المنتجات البلاستيكية ذات تلدن حراري. سنوياً ينتج منه أكثر من 60 مليون طن في جميع أنحاء العالم.

تعريف

البولي إثيلين هو بوليمر يتألف من سلاسل طويلة من مونومر الإثيلين (تسمية IUPAC إثين). يرمز له في الصناعة برمز PE بنفس النمط الذي ترمز به بوليميرات أخرى مثل PP البولي بروبيلين وPS البولي ستايرين.

جزيء الإثيلين, C₂H₄ is CH₂=CH₂,إذاً عبارة عن زمرتي ميثيلين مرتبطتين برابطة مضاعفة.

         

ينشأ البولي إثيلين من بلمرة الإثين ، والتي يمكن أن تتم من خلال البلمرة الجذرية، بلمرة الإضافة الأنيونية، أو بلمرة التساند الشاردي.

تصنيف البولي إثيلين

يصنف البولي إثيلين إلى فئات عدة اعتمادا ًعلى الكثافة وتقرع السلسلة البوليميرية. تعتمد الخواص الميكانيكية لهذا البوليمر على متغيرات عدة مثل نوع التفرع، البنية البلورية، والوزن الجزيئي.

• البولي إثيلين فائق الوزن الجزيئي المرتفع Ultra high molecular weight polyethylene UHMWPE
• البولي إثيلين فائق الوزن الجزيئي المنخفض (الشمعي) Ultra low molecular weight polyethylene ULMWPE - PE-WAX
• البولي إثيلين عالي الوزن الجزيئي High molecular weight polyethylene HMWPE
• البولي إثيلين عالي الكثافة High density polyethylene HDPE
• البولي إثيلين المتشابك عالي الكثافة High density cross-linked polyethylene HDXLPE
• البولي إثيلين المتشابك Cross-linked polyethylene PEX
• البولي إثيلين متوسط الكثافة Medium density polyethylene MDPE
• البولي إثيلين منخفض الكثافة Low density polyethylene LDPE
• البولي إثيلين الخطي منخفض الكثافة Linear low density polyethylene LLDPE
• البولي إثيلين منخفض الكثافة بشكل كبير Very low density polyethylene VLDPE

البولي إثيلين فائق الوزن الجزيئي المرتفع UHMWPE ذو وزن جزيئي بين 3.1 و 7.6 مليون دالتون. يؤدي الوزن الجزيئي المرتفع إلى عدم مقدرة السلاسل على التراص في البنية البلورية بشكل كبير، نلاحظ أن الكثافة أقل منها في البولي إثيلين عالي الكثافة (مثلاً من 0.930 - 0.935 غ/سم³)، كما أنه يؤدي أيضاً إلى زيادة في قساوة المادة الناتجة. يمكن انتاج هذا البوليمير باستخدام حفازات مختلفة ،أكثرها شيوعاً حفازات زيغلر. نظراً للقساوة الفائقة لهذا البوليمير ومقدرته على تحمل الجهود ومقاومته الكيميائية الممتازة فإنه يستخدم في العديد من التطبيقات مثل صناعة أجزاء المتحركة في آلات النسيج وغيرها.

البولي إثيلين عالي الكثافة HDPE يعرّف بكونه ذو كثافة أكبر من 0.941 غ/سم³. يمتاز بأن لديه درجة أقل من التفرع وينتج باستخدام وسائط كروم/سيليكا، وسائط زيغلر-ناتا، أو وسائط الميتالوسين. يتم تأمين حدوث عدم التفرع من خلال الاختيار المناسب للوسيط والتحكم بشروط التفاعل. يستخدم هذا البوليمير في التغليف وصناعة المنتجات مثل أواني الحليب، قوارير المنظفات، علب المنتجات الغذائية، سلال القمامة، وصناعة خراطيم المياه.

البولي إثيلين المتشابك PEX عبارة عن بولي إثيلين متوسط إلى عالي الكثافة يحوي في سلسلته البوليميرية على روابط مشبكة، مما يجعلها أكثر مرونة. يستخدم بشكل خاص في تمديدات المياه.

البولي إثيلين متوسط الكثافة MDPE لديه كثافة تتراوح بين 0.926 - 0.94 غ/سم³. يتم تصنيعه مثل البولي إثيلين عالي الكثافة HDPE بوسائط كروم/سيليكا، وسائط زيغلر-ناتا، أو وسائط ميتالوسين. لديه مقاومة جيدة للصدمات وللتشققات. يستعمل بشكل خاص في أنابيب الغاز، التغليف، والمعدات المهنية.

البولي إثيلين الخطي منخفض الكثافة LLDPE لديه كثافة تتراوح بين 0.915 - 0.925 غ/سم³. يمتاز بطبيعته الخطية مع وجود العديد من التفرعات القصيرة والتي عادة ما تنشأ من البلمرة المشتركة لللإيثيلين مع ألفا الأوليفينات قصيرة السلسلة مثل البوتن-1، الهكسن-1، والأوكتن-1. يمتاز هذا البوليمر بأن لديه قوة شد أكبر من LDPE ويمكن تصنيع رقائق بلاستيكية (films) أقل سماكة منها مقارنة مع LDPE. يستخدم بشكل خاص في التغليف وصناعة الرقائق البلاستيكية نظراً لمرونته وشفافيته النسبية.

البولي إثيلين منخفض الكثافة LDPE لديه كثافة تتراوح بين 0.910 - 0.940 غ/سم³. يمتاز بان لديه درجة كبيرة من التفرع بالتالي فإن السلاسل لا ترتص بالبنية البلورية، مما يؤدي إلى إضعاف القوى بين الجزيئية (intermolecular forces)، هذا بدوره يؤدي إلى قوة شد أضعف وقابلية سحب كبيرة. يصنع عن طريق البلمرة الجذرية. يستخدم لصناعة الأكياس البلاستيكية وفي التغليف. PP, HDPE, LDPE in Russian البولي إثيلين منخفض الكثافة بشكل كبير VLDPE لديه كثافة تتراوح بين 0.880 - 0.915 غ/سم³. يصنع بأسلوب مشابه للبولي إثيلين الخطي منخفض الكثافة LLDPE. ويستخدم في صناعلت التغليف الغذائية.

البلمرة المشتركة مع الإثيلين

بالإضافة إلى البلمرة المشتركة مع الأوليفينات ألفا، يمكن للإثيلين أن يقوم بهذه البلمرة العديد من المونوميرات الأخرى مثل خلات الفينيل فينتج لدينا البوليمير المشترك إثيلين-خلات الفينيل الذي يرمز له بEVA، والمستعمل بشكل كبير في صناعة نعل الأحذية الرياضية(رغوة). مثال آخر أيضاً هو البلمرة المشتركة مع الأكريلات.

تاريخ البولي إثيلين

تم اصطناع البولي إثيلين من قبل الكيميائي الألماني هانز فون بيشمان والذي حضره مصادفة عام 1898 أثناء تسخين ثنائي آزو الميثان. وعندما قام مساعديع بتحليل المادة البيضاء الشمعية التي حصل عليها وجدوا أنها تحوي سلاسل طويلة من -CH₂- فأطلقوا عليها اسم بولي ميثيلين. تم إنتاج البولي إثيلين بشكا عملي لأول مرة عام 1934 في مخابر شركة امبريال البريطانية، وبدأ الانتاج التجاري منه بعد خمس سنوات لأي حينما كانت الحرب العالمية الثانية على وشك الابتداء حيث وجد أول تطبيق عملي له في عزل الأسلاك الكهربائية للرادارات. كانت التقنيات المستخدمة آنداك تسمح بانتاج ما يعرف اليوم ببولي إثيلين المنخفض الكثافة حيث يحدث تشعب في السلاسل البوليمرية بشكل غير منتظم فيكون البوليمر الناتج ذو كثافة منخفضة. أما البولي إثيلين عالي الكثافة فتم إنتاجه أول مرة في ألمانيا في أوائل الخمسينيات من قبل الكيميائي الألماني كارل زيغلر الذي حضره بإجراء البلمرة بحضور وسطاء عضوية معدنية ذات انتقائية عالية حيث تصطف السلاسل البوليمرية بدرجات أعلى من التبلور مما يعطي كثافة ودرجة انصهار أعلى نسبياً.

لمحة عن الخواص

• كثافة منخفضة (0.87 - 0.965 غ/سم³).
• مقاومة التغيرات الحرارية (- 85 ° إلى 90 °) وهي تعتمد على درجة التبلور, كلما كانت أقل تكون الثباتية الحرارية أقل.
• تعتمد الخواص الضوئية على الكثافة وعلى درجة التبلور.
• ذو ثابت عزل كهربائي عالي يصل إلى حوالي 10¹⁸ أوم/سم.
• قابليته لامتصاص الماء منخفضة جداً.
• ذو قابلية جيدة للاحتراق، يحرر H₂O و CO₂
• له ثباتية تجاه معظم المحلات العضوية (°T<60) بالإضافة إلى الحموض والقلويات والأغوال والزيوت.
• بشكل عام غير قابل للانحلال عند درجة حرارة الغرفة، ولكن عند درجات الحرارة المرتفعة ينحل ببعض المحلات مثل 4،2،1-ثلاثي كلور البنزن، الكزيلين، الهكسان.

المراجع

• ويكيبيديا الإنجليزية
• ويكيبيديا الألمانية.