کتاب راهنمای پلی‌اتیلن و گریدهای آن

فهرست
عنوان صفحه
فصـل اول 13
مقدمه 13
تاريخچهی توليد پلياتيلن 13
انواع پلياتيلن 14
پلياتيلن با دانسيته‌ی بالا 14
‏پلیاتیلن با دانسیته‌ی پایین 14
پلیاتیلن خطی با دانسیته‌ی پایین 15
پلیمریزاسیون پلیاتیلن 15
رآکتورهای پلیمریزاسیون پلیاتیلن 15
پلیمریزاسیون گاز اتیلن تحت فشار 16
پلیمریزاسیون گاز اتیلن تحت فشار کم 16
دلایل اصلی مصرف زیاد پلی‌اتیلن 17
فصـل دوم 19
فرایند تولید پلیاتیلن کمچگال خطی و پلیاتیلن پرچگال و پلیاتیلن کمچگال 19
شاخص جریان مذاب LDPE و LLDPE 19
روش تولید LLDPE 20
روش مرسوم تولید 21
پلیمر شدن پیاپی 21
استفاده از کاتالیزر دوهستهای 23
فرآیند تولید پلیاتیلن پرچگال (HDPE) 24
رآکتور محلولی 24
رآکتور دوغابی 24
رآکتور فاز گازی 24
روش تولید پلیاتیلن کمچگالی 26
زمینههای استفاده از LDPE 26
قسمتهای مختلف تولید LDPE 27
تفاوت تأثیر دو کاتالیست بر تولید LDPE 27
فصـل سوم 29
فرایند پلیاتیلن سبک خطی 29
فرآیند پلیاتیلن سبک خطی با دانش فنی 30
تصفیه‌ی اتیلن 30
واحد پلیمریزاسیون 31
انتقال پودر 31
واحد دانهسازی و مواد افزودنی 32
فلودیاگرام تولید پلیاتیلن سبک خطی با دانش فنی Basell 33
فصـل چهارم 37
فرایند تولید پلیاتیلن سنگین 37
رآکتورها 38
واحد آمادهسازی پودر 39
واحدهای محصولات فرعی 39
فصـل پنجم 43
فرایند تولید پلی‎اتیلن سنگین با دانش فنی Mitsiu 43
نقاط دارای پتانسیل آلایندگی زیستمحیطی واحد پلیاتیلن سنگین 44
تاریخچهی تولیدی پلیاتیلن سنگین 45
کاتالیزورها 46
فرآیندها و محصولات 46
کاربرد 47
مشخصات فرآیندهای فاز گاز 47
مشخصات فرآیندهای فاز محلولی 48
فرآیند حلقه‌ی دوغاب Chevron Phillips 49
رآکتورها 50
رآکتورهای حلقهای 50
فرایند تولید HDPE 51
شیمی فیزیکی و خصوصیات مکانیکی HDPE 52
پلی‌اتیلن نیمه‌کریستال 54
پردازش پلیاتیلن، خصوصیات مکانیکی، افزودنیهای مقاومت در برابر ترک، فشردهسازی 55
منـابع و مآخـذ 63
پیوست 67
علائم استفادهشده در این کتاب 67

امروزه پلی اتیلن به عنوان پركاربردترين پليمر، توليد سالانه اي در حدود 40 بيليون تن در سراسر جهان دارد [1]. بيش ازدو سوم توليد پلي اتيلن در راكتورهاي تحت فشار و با روش پليمريزاسيون راديكالي كه با نام پلی اتیلن خطي با دانسيته پایین شناخته مي شود توليد ميگردد [2]. از خصوصيات مهم اين پليمر، انعطاف پذيري، مقاومت خوب در برابر عناصر شيميايي و پرتو ماورا بنفش، استحکام در برابر ترك خوردگي و عايق سازي الكتريكي خوب مي باشد. به همين دليل در توليد لوله ها، پوشش كابل هاي برق، توليد اسباب بازي و… كاربرد زيادي دارد [3]. از بزرگترين چالش هاي توليد پلی اتیلن خطي با دانسيته پايين كنترل راكتور اتوکلاو ميباشد كه به طور مستقيم راندمان و كيفيت محصول نهايي به كنترل مناسب آن بستگي دارد [1].

تاريخچه‌ی توليد پلي‌اتيلن
پلی اتیلن‌اولين بار بطور اتفاقي توسط شيميدان آلماني هان سنتز شد. او در سال 1898 هنگام حرارت دادن دي آزومتان، تركيب مومي شكل سفيدي را سنتز كرد كه بعدها پلي اتيلن نام گرفت. اولين سنتز صنعتي پلي اتيلن بطور تصادفي توسط «ناوست» و «رينولرگيسون» از شيميدان هاي معروف در 1933 انجام گرفت. اين دو دانشمند با حرارت دادن مخلوط اتيلن و بنزالدئيد در فشار بالا، مادهاي موم مانند بدست آوردند. علت اين واكنش وجود ناخالصي هاي اكسيژندار در دستگاههاي مورد استفاده بود كه بعنوان ماده آغازگر پليمريزاسيون عمل كرده بود در سال 1935 «مايكل پرين» يكي ديگر از دانشمندهای ici اين روش را توسعه داد و تحت فشار بالا پلي اتيلن را سنتز كرد كه اين روش اساسي براي توليد صنعتي پلي اتيلن خطي با دانسيته پايين در سال 1939 شد. طبقه بندي پلي اتيلن ها بر اساس دانسيته آنها صورت ميگيرد كه در مقدار دانسيته، اندازه زنجير پليمري و نوع و تعداد شاخه هاي موجود در زنجير دخالت دارد [4].

انواع پلي‌اتيلن
پلي اتيلن به 3 حالت زير موجود ميباشد:

پلي‌اتيلن با دانسيته‌ی بالا
اين پلي اتيلن داراي زنجير پليمري بدون شاخه است. بنابراين نيروي بين مولكولي در زنجيرها بالا و استحكام كششي آن بيشتر از بقيه پلي اتیلن ها است. شرايط واكنش و نوع كاتاليزور مورد استفاده در توليد اين نوع پلي اتيلن موثر است. براي توليد پلي اتيلن بدون شاخه معمولا از روش پليمريزاسيون با كاتاليزور زيگلر- ناتا استفاده ميشود [4].
‏‏
‏پلی‌اتیلن با دانسیته‌ی پایین
‎زنجيرهاي پلی اتیلن با دانسيته بالا نمي توانند به خوبی با يكديگر پيوند برقرار كنند و داراي نيروي بين مولكولي ضعيف و استحكام كششي كمتري است. اين نوع پلي اتيلن معمولا با روش پليمريزاسيون راديكالي توليد مي شود. از خصوصيات اين پليمر انعطاف پذیری و امكان تجزيه به وسيله ميكروارگانيسم ها است [4].

پلی‌اتیلن خطی با دانسیته‌ی پایین
‎اين پلی اتیلن يك پليمر خطي با تعدادي شاخه هاي كوتاه است و معمولا از كوپليمريزاسيون اتيلن با آلكن هاي بلند زنجير ايجاد می شود [4].

پلیمریزاسیون پلی‌اتیلن
‎پلي اتیلن يا پلي اتن يكي از ساده ترین و ارزان ترين پليمرهاست. پلي اتيلن جامدي مومي و غير فعال است. اين ماده از پليمريزاسيون اتيلن بدست ميآيد. مولكول پلي اتيلن بطور خلاصه بصورت اتيلن داراي يك بند دو گانه C=C است. در فرايند پليمريزاسيون بند دوگانه هر يك از مونومرها شكسته شده و به جاي آن پيوند سادهاي بين اتم هاي كربن مونومرها ايجاد ميشود و محصول ايجاد شده يك درشت مولكول است .[4]

رآکتورهای پلیمریزاسیون پلی‌اتیلن
‎راكتورهاي بستر سيال به طور وسيعي در توليد هموپليمر و كوپليمرهاي الفينها به كاربرده مي شوند توليد پلي اتيلن سبك خطي با استفاده از كاتاليست زيگلر‐ ناتا در فاز گازي يكي از اين موارد كاربرد راكتور بستر سيال ميباشد. تاكنون مدل هاي زيادي توسط محققان مختلف براي پيشبيني رفتار راكتور بستر سيال و خواص پليمر توليد شده، ارائه شده است. مك آل و همكاران راكتور را به شكل يك راكتور اختلاط كامل در نظر گرفتند .[5] كوي وري فاز امولسيون را كه واكنش فقط در آن انجام ميشود به شكل يك راكتور مخلوط شونده و فاز حباب را به صورت يك راكتور جريان قالبي كه عاري از كاتاليست است و با فاز امولسيون در تبادل جرم و انرژي است، در نظر گرفتن.[6] فرناندز و لونا براي فاز امولسيون بجاي مدل راكتور اختلاط كامل، مدل جرياني قالبي را براي دو فاز گاز و پليمر امولسيون كه در خلاف جهت هم جريان دارند در نظرگرفتند و براي فاز حباب هم مدل جريان قالبي را در نظر گرفتند .[7] اخيراً عليزاده و همكاران مدلي را بر طبق مدل راكتورهاي اختلاط كامل سري در نظر گرفتند. آنها كل راكتور را بصورت يك فاز شبه هموژن فرض كردند و با استفاده از تخلخل فاز حباب و امولسيون يك تخلخل متوسط برای بستر تعریف کردند [8].
پلی اتیلن با پلیمریزاسیون گاز اتیلن توسط دو روش زیر تولید می‌گردد:

پلیمریزاسیون گاز اتیلن تحت فشار
در این روش گاز اتیلن تحت فشار و دمای بالا (فشار ۱۰۰۰-۳۰۰۰ بار و دمای ۸۰-۳۰۰ درجه سانتی‌گراد) پلیمریزه می‌شود. در این روش زنجیره‌های حاصل معمولا به صورت شاخه ای بوده و توزیع جرم مولکولی نیز پهن می‌باشد. گونه سبک پلی اتیلن از این روش سنتز می‌شود.

پلیمریزاسیون گاز اتیلن تحت فشار کم
در این روش که از سال ۱۹۵۲ به بعد مورد استفاده قرار گرفته است، گاز اتیلن در حضور کاتالیزورهای بر پایه آلومینیوم که تحت عنوان کاتالیزورهای زیگلر-ناتا شناخته می‌شوند، در دما و فشار کمتر از روش قبلی پلیمریزه می‌شود (فشار ۸-۱۰ بار و دمای ۷۰-۳۰۰ درجه سانتی‌گراد). پلی اتیلن حاصل از این روش دارای ساختار خیلی منظم بوده و توزیع جرم مولکولی باریک‌تری دارد. با توجه به ساختار منظم‌تر این گونه از پلی اتیلن، درصد بلورنیگی این گونه بسیار بیشتر از سایر گونه‌ها می‌باشد. گونه سنگین پلی اتیلن با استفاده از این روش تولید می‌گردد .[5]

دلایل اصلی مصرف زیاد پلی‌اتیلن
1) قیمت پایین و خواص فیزیکی منحصر به فرد یکی از دلایل مصرف زیاد این پلیمر می باشد. پلی اتیلن انعطاف پذیری بی نظیری دارد که موجب کاربرد آن در ساخت بطری های فشرده، فیلم ها و ورق‌ها می گردد.
2) این ماده مقاومت زیادی در مقابل بازها، اسیدها و نمک ها (به استثناء مواد اکسید کننده قوی) نشان می دهد، به همین علت پاک کننده های خانگی در ظروف پلی اتیلن نگهداری می شوند.
3) پلی اتیلن مقاومت خوبی نیز در برابر آب دارد که این امر موجب استفاده آن در کابل های الکتریکی است.

پلی‌اتیلن‌ها (LLDPE-LDPE-HDPE) پرمصرف ترین ترموپلاستیک ها در جهان می‌باشند که بالاترین سهم مصرف به میزان ۳۶ درصد را به خود اختصاص داده اند.
پلی اتیلن ماده ای بدون بو و رنگ، شفاف و به شکل جامد کریستالی است که کاربردهای متعددی در زمینه های بسته بندی موادغذایی، ظروف موادشیمیایی مایع و جامد، شوینده ها، شامپوها، داروها، رنگ، مواد آرایشی و روغن موتور و جعبه های نوشابه و میوه، بشکه ها و مخازن، انواع فیلم (فیلمهای کشاورزی، شرینک، استرچ)، انواع کیسه ی بسته بندی (موادغذایی و لبنی، زباله، فریزر)، لوله های آب و فاضلاب و لوله های تحت فشار گاز، وسایل پلاستیکی خانگی، اسباب بازیها، روکش سیم و کابل، انواع درپوشها و کلاهکها و … دارد.