پلی اتیلن سنگین (HDPE) یکی از پلیمرهای پرکاربرد در صنایع مختلف است که به دلیل ویژگی‌های عالی خود جزء محبوب‌ترین پلیمرها در بازار است. HDPE در حقیقت نسخه‌ی با وزن مولکولی بالاتر از پلی اتیلن (PE) است و به واسطه‌ی بالاتر بودن وزن مولکولی، قابلیت فرآیندهای پردازشی مانند پخت، فشرده سازی و ریخته گری را دارد.
HDPE دارای ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی عالی است که آن را برای مصارف مختلف کاربردی می‌کند. این پلیمر دارای مقاومت بالا در برابر ضربه، خوردگی، حرارت، لیز، شعله و تأثیرات محیطی است. علاوه بر این، HDPE مقاومت خوبی در برابر مواد شیمیایی دارد و به دلیل خواص الکتریکی‌اش، در صنعت کابل‌سازی و تولید لوله‌های فشار قوی نیز کاربرد دارد.
HDPE به دلیل سبک بودن، مقاومت بالا در برابر خوردگی و هزینه‌ی پایین تولید، به عنوان جایگزینی برای فلزات در صنعت‌های مختلف مانند خودروسازی، صنایع بسته‌بندی، ساختمانی و آب و فاضلاب استفاده می‌شود.
انواع پلی اتیلن
پلی اتیلن یک نوع پلیمر است که با روش پلیمریزاسیون تولید می‌شود. با تغییر دانسیته (چگالی) و وزن مولکولی مواد پلی اتیلن، این مواد به چندین نوع تقسیم بندی مانند پلی اتیلن سنگین (HDPE)، پلی اتیلن سبک (LDPE)، پلی اتیلن متوسط (MDPE)، پلی اتیلن سبک خطی (LLDPE) و غیره تبدیل می‌شوند. هر نوع از این مواد با توجه به چگالی و وزن مولکولی آن‌ها، در صنایع مختلفی مانند صنایع بسته‌بندی، خودروسازی، لوله‌کشی و … استفاده می‌شود. این تفاوت در ویژگی‌های مختلف مواد پلی اتیلن، باعث می‌شود که هر نوع از آن‌ها دارای استحکام و ویژگی‌های منحصربه‌فردی باشد.
تعریف پلی اتیلن سنگین (HDPE)
پلی اتیلن یکی از پرکاربردترین مواد پلیمری در صنعت پلاستیک سازی است و به دلیل وزن کم، مقاومت بالا و قیمت مناسب، در بسیاری از محصولات استفاده می‌شود. این مواد پلیمری از گاز اتیلن به روش پلیمریزاسیون تولید می‌شوند و به دلیل ساختار ساده‌ای که دارند، قابلیت تولید مختلف انواعی از پلی اتیلن با خواص متفاوت را فراهم می‌کنند.
یکی از مزیت‌های تولید پلی اتیلن، امکان تنظیم خواص مختلف آن با استفاده از کاتالیست و روش‌های مختلف پلیمریزاسیون است. به عنوان مثال، با استفاده از کاتالیست‌های مختلف و شرایط پلیمریزاسیون متفاوت، می‌توان چگالی، بلورینگی، درجه شاخه‌ای و شبکه‌ای شدن، وزن مولکولی و توزیع وزن مولکولی پلی اتیلن را به دلخواه تنظیم کرد. این امکان به تولید محصولات با خواص و کارایی متفاوت و مناسب برای کاربردهای مختلف، کمک می‌کند.
پلی اتیلن دارای ساختار ساده‌ای است و از تمام پلیمرهای تجاری ساده‌تر بوده و به همین دلیل از مقرون به صرفه‌ترین و پرکاربردترین مواد پلیمری در صنایع پلاستیک سازی به شمار می‌آید. این مواد پلیمری همچنین از خواص مهمی مانند انعطاف پذیری، مقاومت در برابر خوردگی، استحکام بالا و مقاومت در برابر شکست، ضربه پذیری، عدم خوردگی به مواد شیمیایی و حرارتی، وزن کم و هزینه پایین برخوردارند.
به طور کلی، پلی اتیلن به دلیل خواص منحصر به فرد خود، مقاومت بالا و قابلیت تولید انواع مختلف آن با خواص متفاوت، در بسیاری از صنایع و کاربردهای مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرد. از جمله کاربردهای پلی اتیلن می‌توان به صنایع بسته‌بندی، صنایع الکترونیکی، خودروسازی، ساختمان‌سازی، صنایع کشاورزی و غذایی، صنایع دارویی، صنایع آب و فاضلاب و صنایع تولید محصولات بهداشتی و آرایشی اشاره کرد. در هر یک از این صنایع، پلی اتیلن با خواص و کارایی متفاوت، در تولید محصولات مختلف به کار می‌رود. به طور مثال، در صنایع بسته‌بندی، پلی اتیلن برای ساخت کیسه‌های پلاستیکی، ظروف، سینی‌ها و بسته‌بندی مواد غذایی استفاده می‌شود.
در صنایع الکترونیکی، پلی اتیلن برای ساخت قطعات الکتریکی و الکترونیکی، سیم و کابل‌ها، باتری‌ها و پوشش‌های محافظ استفاده می‌شود. در خودروسازی، پلی اتیلن برای ساخت قطعات داخلی و خارجی خودروها، لوله‌های سوخت و آب، و باتری‌ها استفاده می‌شود. در صنایع ساختمان‌سازی، پلی اتیلن برای ساخت لوله‌های آب و فاضلاب، نوارهای چسبندگی و پوشش‌های عایقی استفاده می‌شود.
در صنایع کشاورزی و غذایی، پلی اتیلن برای بسته‌بندی محصولات کشاورزی، ظروف غذایی و بسته‌بندی موادغذایی استفاده می‌شود. در صنایع دارویی، پلی اتیلن برای ساخت قرص‌ها، بطری‌های دارویی و بسته‌بندی داروها استفاده می‌شود. در صنایع آب و فاضلاب، پلی اتیلن برای ساخت لوله‌های آب و فاضلاب و تجهیزات پمپاژ استفاده می‌شود و در صنایع تولید محصولات بهداشتی و آرایشی، پلی اتیلن برای ساخت بطری‌ها، لوله‌های آرایشی و بسته‌بندی محصولات بهداشتی استفاده می‌شود.
به طور کلی، پلی اتیلن به دلیل خواص منحصر به فرد و کارایی بالا، در بسیاری از صنایع وکاربردهای مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرد و به عنوان یک ماده پلیمری پرکاربرد و مقرون به صرفه، از اهمیت بالایی برخوردار است. همچنین، با توجه به ویژگی هایی که دارد، پلی اتیلن به عنوان یکی از مواد پلیمری پایدار و بی‌خطر برای محیط زیست شناخته شده است.
ویژگی های پلی اتیلن
پلی اتیلن سنگین یا HDPE این نوع یکی از پرکاربردترین و محبوب‌ترین نوع پلی اتیلن است که در صنایع مختلفی از جمله صنایع بسته‌بندی، خودروسازی، لوله‌کشی، ظروف دارویی، ظروف شیرینی‌پزی و … استفاده می‌شود.
برای تولید پلی اتیلن سنگین، ابتدا باید اتیلن به دست آید. روش اصلی تولید اتیلن، فرآیند کربناسیون متان است که در این فرآیند گاز متان با اکسیژن و آب در حضور فلز نیکل به دمای بالا تبدیل به گازهای شیمیایی مانند کربن دی‌اکسید و هیدروژن می‌شود و سپس با کاتالیست‌های خاصی اتیلن به دست می‌آید.
پس از به دست آمدن اتیلن، نوبت به تولید پلی اتیلن سنگین می‌رسد. برای تولید این نوع پلی اتیلن، دو روش پلیمریزاسیون فشار بالا و پلیمریزاسیون فشار پایین وجود دارد. در پلیمریزاسیون فشار بالا، با اعمال فشار و حرارت بالا برروی اتیلن، پلی اتیلن سبک یا LDPE به دست می‌آید که دارای چگالی کمتری نسبت به پلی اتیلن سنگین است.
اما در پلیمریزاسیون فشار پایین، دو نوع پلی اتیلن سنگین (HDPE) و پلی اتیلن خطی سبک (LLDPE) به دست می‌آیند. در این روش، برای تولید پلی اتیلن سنگین از سه نوع کاتالیست زیگلر/ناتا، اکسید کروم/مولیبدن و متالوسن استفاده می‌شود. این کاتالیست‌ها با اتیلن و پلیمریزاسیون فشار پایین به پلی اتیلن سنگین تبدیل می‌شوند.
برای انجام این فرآیند، سه نوع فرآیند دوغابی، محلولی و گازی بکار می‌روند که هرکدام شرایط و نحوه عملکرد مخصوصی دارند. در روش دوغابی، کاتالیست به صورت غیرمحلول در محیط جامد (دوغاب) قرار گرفته و اتیلن با فشار پایین و دمای مناسب به دوغاب اضافه می‌شود. در روش محلولی، کاتالیست در حلال گرم (مثلا هگزان) حل شده و اتیلن با فشار و دمای مناسب به حلال اضافه می شود.
مزایا و معایب پلی اتیلن سنگین
پلی اتیلن سنگین به دلیل مزایایی که ذکر شد، در موارد مختلفی استفاده می‌شود. برخی از کاربردهای آن عبارتند از:
- تولید لوله‌های پلاستیکی برای صنعت گاز و نفت
- تولید کیسه‌های بسته‌بندی برای مواد غذایی و دارویی
- تولید صندلی‌های استادیوم و تجهیزات ورزشی
- تولید ظروف و سبد‌های خرید برای استفاده در خانه و فروشگاه‌ها
- تولید قطعات خودرو مانند قطعات داخلی، روکش‌های درب‌ها و…
البته برای هر کاربردی، نوعی پلی اتیلن سنگین مخصوص به آن کاربرد، تولید می‌شود که شامل ویژگی‌های متفاوتی است.
انواع کاربردهای پلی اتیلن سنگین
- ساخت بطری‌های پلاستیکی
- ساخت ظروف نگهدارنده مواد غذایی و نوشیدنی
- ساخت لوله‌های پلاستیکی
- استفاده در صنایع شیمیایی به عنوان محفظه مواد شیمیایی
- ساخت اسباب بازی
- ساخت قطعات خودرو
- ساخت تجهیزات ورزشی مثل صندلی‌های استادیوم
- ساخت کیف‌ها و جعبه‌های بسته‌بندی
- استفاده در صنعت الکترونیک به عنوان قطعه‌های الکتریکی.
