متعدد الإيثيلين

نموذج فراغي لسلسلة البولي إثيلين

الوحدات المتكررة في البولي إثيلين مع إظهار الكيمياء الفراغية

.

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

تعريف

البولي إثيلين هوبوليمر 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 تعبير عن زمرتي ميثيلين مرتبطتين برابطة مضاعفة.

ينشأ البولي إثيلين من بلمرة الإثين، والتي يمكن حتى تتم من خلال البلمرة الجذرية، بلمرة الإضافة الأنيونية، أوبلمرة 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 ذووزن جزيئي بين 3.1 و7.6 مليون دالتون. يؤدي الوزن الجزيئي المرتفع إلى عدم مقدرة السلاسل على التراص في البنية البلورية بشكل كبير، نلاحظ حتى 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 إنتاج هذا البوليمير باستخدام حفازات مختلفة، أكثرها شيوعاً حفازات زيغلر. نظراً للقساوة الفائقة لهذا البوليمير ومقدرته على تحمل الجهود ومقاومته الكيميائية الممتازة فإنه يستخدم في الكثير من التطبيقات مثل صناعة أجزاء المتحركة في آلات النسيج وغيرها.

البولي إثيلين عالي الكثافة HDPE يعرّف بكونه ذوكثافة أكبر من 0.941 غ/سم³. يمتاز بأن لديه درجة أقل من التفرع وينتج باستخدام وسائط كروم/سيليكا، وسائط زيغلر-ناتا، أووسائط 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 تعبير 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، أووسائط 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 الكثير من التفرعات القصيرة والتي عادة ما تنشأ من البلمرة المشهجرة 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 المشهجرة مع الإثيلين

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

تاريخ البولي إثيلين

تم اصطناع البولي إثيلين من قبل الكيميائي الألماني هانز فون بيشمان والذي حضره مصادفة عام 1898 أثناء تسخين ثنائي آزوالميثان. وعندما قام مساعدية 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 الإنتاج التجاري منه بعد خمس سنوات لأي حينما كانت الحرب العالمية الثانية على وشك الابتداء حيث عثر أول تطبيق عملي له في عزل الأسلاك الكهربائية للرادارات. كانت التقنيات المستخدمة آنداك تسمح بإنتاج ما يعهد اليوم ببولي إثيلين المنخفض الكثافة حيث يحدث تشعب في السلاسل البوليمرية بشكل غير منتظم فيكون البوليمر الناتج ذوكثافة 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.

نظرة عن الخواص

كثافة منخفضة (0.87 - 0.965 غ/سم³).
مقاومة التغيرات الحرارية (- 85 ° إلى 90 °) وهي تعتمد على درجة التبلور, حدثا كانت أقل تكون الثباتية الحرارية أقل.
تعتمد الخواص الضوئية على الكثافة وعلى درجة التبلور.
ذوثابت عزل كهربائي عالي يصل إلى حوالي 10¹⁸ أوم/سم.
قابليته لامتصاص الماء منخفضة جداً.
ذوقابلية جيدة للاحتراق، يحرر H₂O وCO₂
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

^ "معلومات عن متعدد الإيثيلين على مسقط vocab.getty.edu". vocab.getty.edu. مؤرشف من الأصل في 24 فبراير 2020.
^ "معلومات عن متعدد الإيثيلين على مسقط psh.techlib.cz". psh.techlib.cz. مؤرشف من الأصل فيعشرة سبتمبر 2019.
^ "معلومات عن متعدد الإيثيلين على مسقط chem.nlm.nih.gov". chem.nlm.nih.gov. مؤرشف من الأصل فيعشرة سبتمبر 2019.