پلی اولفین ها خانواده بسیار بزرگ از مواد پلاستیکی را تشکیل می دهند. این مواد شامل پلی اتیلن، پلی پروپیلن و موادی خاص مانند الاستومر اتیلن- پروپیلن و پلی 1- بوتن هستند. پیشرفت های حاصل در علوم و فناوری به رشدی فزاینده و نامحدود در تولید و مصرف پلی اولفین ها منجر شد، به نحوی که طی دو دهه اخیر چنین رشد قابل توجه و پیش بینی نشده ای در تولید سایر مواد پلاستیکی دیده نشده است. هم اکنون، درصد مشارکت پلی اولفین ها در بازار جهانی گرمانرم ها حدود %60 است که در مقایسه با سال 1960، بیش از 40 % افزایش نشان می دهد. دلیل چنین رشد غیر منتظره ای از سه دیدگاه اقتصادی، تولیدی و کاربردی قابل بررسی است.

از دیدگاه اقتصادی، دسترسی آسان و ارزان بودن مواد اولیه و قابلیت جایگزینی پلی اولفین ها با سایر مواد که حاکی از سرعت زیاد جذب آن در بازار است، از دلایل عمده رشد تولید به حساب می آیند. از دیدگاه تولیدی، منشاء اصلی تحولات صنعتی در تولید پلی اولفین ها توسعه سریع در سیستم های کاتالیزوری است. مطالعه عمیق مکانیسم پیچیده عملکرد کاتالیزورها و سینتیک پلیمر شدن با افزایش توانایی دانشمندان در به کارگیری ابزارها و تجهیزات پیشرفته به منظور درک هرچه بهتر پدیده های موثر در سنتز این مواد منتهی به ساده کردن فرایندهای پلیمر شدن و ایجاد تنوع در آنها شده است.

خواص فیزیکی و مکانیکی مطلوب، غیر سمی بودن، فرایندپذیری و تولید غیرآلاینده از جمله عواملی است که از دیدگاه کاربردی باعث سهولت و افزایش رشد تولید پلی اولفین ها شده است.

جایگاه تولید پلی اولفین ها در صنعت کشور

تولید پلی اولفین ها در ایران روی انواع پلی اتیلن و پلی پروپیلن تمرکز یافته است. رشد این مواد در ایران اگرچه با تاخیر همراه بوده، اما در حال حاضر با رشد قابل قبولی مواجه شده است. آمار نشان می دهد، اولین واحد پلی اولفین کشوربه ظرفیت 72 هزار تن در سال در پتروشیمی اراک راه اندازی شد و سپس ظرفیت تولید با رشدی آرام در سال 1357 در 3 واحد تولیدی به 570 هزار تن در سال رسید. اما با اتخاذ سیاست های ضربتی رشد تولید پلی اولفین ها طی برنامه های دوم تا چهارم توسعه اقتصادی از روند مطلوبی برخوردار شده است، به نحوی که با اجرای طرح های در دست اجرا تا پایان سال1390، تولید پلی اولفین ها به 5.5 میلیون تن در سال خواهد رسید. در حالت تحقق یافتن اجرای این طرح ها، جایگاه کشور ما به عنوان یکی از تولید کنندگان عمده پلی اولفین ها در جهان خواهد بود.

ساختار پلی اولفین ها و آزمون های شناسایی

فرمول عمومی پلی اولفین ها به شکل زیر است:

آنچه که پلی اولفین ها را از یکدیگر متمایز می سازد، تفاوت در گروه R است. این گروه می تواند هیدروژن یا هیدروکربنی شامل یک تا بیش از شش اتم کربن باشد. تنوع در گروه R، با ایجاد تغییر در ساختار مولکولی پلی اولفین ها، تفاوتی چشمگیر در خواص آنها ایجاد می کند. چنین تفاوتی در خواص، کاربردهایی کاملا متمایز از پلی اولفین ها ارائه می کند. چنان چه در فرمول عمومی پلی اولفین ها در موقعیت R، اتم هیدروژن (H) قرار گرفته باشد، پلی اتیلن (PE) حاصل می شود. در حالی که در موقعیت R گروه متیل (CH₃) قرار گیرد، پلی اولفین حاصل، پلی پروپیلن (PP) نام دارد. بنابراین، در یک تقسیم بندی کلی پلی اولفین ها در دو گروه پلی اتیلنی ها و پلی پروپیلنی ها بررسی می شوند.

پلی اتیلن

چنان چه در فرمول عمومی پلی اولفین ها در موقعیت R، اتم هیدروژن (H) قرار گرفته باشد، ساده ترین زنجیر پلی اولفینی به نام پلی اتیلن حاصل می شود. در حالتی که R یک α – اولفین باشد، پلیمر حاصل پلی اتیلن با ساختار های زیر است:

• پلی اتیلن سنگین( HDPE) یا پلی اتیلن پرچگال سنگین یا ابروزن مولکولی( UHMWHDPE)
• پلی اتیلن سبک با زنجیر اصلی شاخه دار (LDPE) یا شاخه اصلی خطی (LLDPE)
• کوپلیمرهای اتیلن α – اولفین ها

پلی پروپیلن

پلی پروپیلن دارای ساختارهای زیر است:

• هوموپلیمر پلی پروپیلن با ساختارهای پلی پروپیلن تک نظم(IPP)، پلی پروپیلن هم نظم(SPP) و پلی پروپیلن بی نظم(APP)
• کوپلیمرهای قطعه ای اتیلن- پروپیلن با توالی های پلی پروپیلن تک نظم (I-PEP)

پلی اتیلن و پلی پروپیلن پلیمرهای هیدروکربنی خطی هستند که سیر نشدگی در آنها به ندرت مشاهده می شود. بنابراین، تعجب آور نیست که در بسیاری از خواص، به ویژه تورم، انحلال پذیری و نیز خواص الکتریکی مشابهت های بسیاری داشته باشند.

با وجود مشابهت های متعدد بین خواص پلی اتیلن و پلی پروپیلن، وجود گروه متیل متصل به زنجیر در پلی پروپیلن باعث ایجاد تفاوت های بسیاری در خواص این دو ماده شده است. به عنوان مثال، گروه متیل می تواند در سفتی زنجیر و تقارن مولکولی آن تغییراتی ایجاد کند. اثر اول منجر به افزایش دمای ذوب بلور می شود، در حالی که مداخله در تقارن مولکولی اثری کاملا” متضاد دارد. اما در مجموع، افزایش دمای ذوب در اثر وجود گروه متیل بر کاهش آن در اثر مداخله در تقارن مولکولی غالب است. این امر باعث افزایش دمای ذوب پلی پروپیلن تا حدود C °50 بیش از نمونه های پلی اتیلن می شود. دمای ذوب پلی اتیلن سنگین بین 120 تا C° 130 است، در حالی که پلی پروپیلن بلوری در محدوده دمایی بین 160 تا C° 170 ذوب می شود. افزون بر تفاوت های یاد شده ، وجود گروه متیل روی زنجیر اصلی در پلی پروپیلن موجب افزایش مقاومت کششی، خمشی و فشاری و نیز مدول آن نسبت به پلی اتیلن نیز می شود. وجود اتم کربن نوع چهارم در ساختار پلی پروپیلن، مرکزی برای اکسایش پدید آورده و بنابراین پایداری آن را در برابر اکسیژن کاهش می دهد. به طور کلی می توان گفت، مقاومت به ضربه و نیز دمای تردی پلی پروپیلن نسبت به نمونه های پلی اتیلنی کمتر است. در عوض، پلی پروپیلن سطحی محکم تر داشته و دمای تغییر شکل گرمایی آن بالاتر است. بنابراین، انتخاب این مواد باید با توجه به مزایا و معایب هر یک از آنها انجام پذیرد.

واحد تحقیق و توسعه شرکت فناوران رنگدانه سپاهان