البولي إيثيلين (PE، البولي إيثيلين) هو المادة الأكثر استخدامًا في صناعة البلاستيك. يُعرف البولي إيثيلين أحيانًا باسم البوليثين. وفي عام 2017، استحوذت هذه المادة على حوالي 34% من سوق البلاستيك بأكمله. استخدامه الأساسي هو في التعبئة والتغليف (الأكياس البلاستيكية والزجاجات وغيرها).

البولي إيثيلين عبارة عن بوليمر لدن بالحرارة (بوليمر ينصهر عن طريق إعطاء الحرارة ويتجمد مرة أخرى عن طريق تبريده) ويتكون من مونومرات غاز الإيثيلين (C ₂ H ₄ ). على الرغم من وجود أنواع مختلفة من البولي إيثيلين، إلا أن القاعدة الرئيسية لكل منها هي _{مونومر C2H4} .

التركيب الكيميائي والتوليف

يتم الحصول على البولي إيثيلين من بلمرة الإيثيلين. الإيثيلين هو هيدروكربون غازي يتم إنتاجه عادة عن طريق تكسير الإيثان، وهو أحد المكونات الرئيسية للغاز الطبيعي الذي يمكن استخلاصه أيضًا من النفط. تتكون جزيئات الإيثيلين في الواقع من جزيئين من الميثان مرتبطين ببعضهما البعض بواسطة رابطة مزدوجة. من خلال التعرض للمحفز في عملية البلمرة، يتم كسر الرابطة المزدوجة ويمكن لجزيء الإيثيلين أن يشكل رابطة مع الإيثيلين المجاور ويتم تشكيل سلسلة بوليمر.

يمكن تشكيل هذا البوليمر في بنية خطية أو متفرعة. تُعرف الهياكل المتفرعة باسم البولي إيثيلين منخفض الكثافة (LLDPE) أو البولي إيثيلين الخطي منخفض الكثافة (LLDPE). تُعرف الهياكل الخطية باسم البولي إيثيلين عالي الكثافة (HDPE) أو البولي إيثيلين عالي الوزن الجزيئي (UHMWPE).
يمكن أن يشتمل تركيب البولي إيثيلين على عناصر أو مجموعات كيميائية أخرى، مما يزيد من تنوع تركيباته. سيتم مناقشة المزيد عن هذه المركبات أدناه.

تاريخ

تم اكتشاف البولي إيثيلين الخفيف في إنجلترا عام 1933 أثناء دراسة تأثير الضغط العالي على البلمرة. وفي عام 1937، تم تسجيل براءة اختراع عملية التوليف. وكان أول استخدام له في الحرب العالمية الثانية كعازل لكابلات الرادار.

أنواع البولي إيثيلين

بولي إيثيلين قليل الكثافة

يتكون البولي إيثيلين الخفيف (LDPE) من غاز الإيثيلين تحت ضغط مرتفع جدًا (حوالي 350 ميجا باسكال) ودرجة حرارة عالية (حوالي 350 درجة مئوية) في وجود أكاسيد البادئ. تؤدي هذه العملية إلى إنتاج بنية بوليمر تتضمن فروعًا قصيرة وطويلة. نظرًا لأن الفروع تمنع جزيئات الإيثيلين من الاقتراب من بعضها البعض، فإن LDPE عبارة عن بنية مرنة للغاية. درجة حرارة الانصهار التقريبية هي 110 درجة مئوية. استخداماته هي في أفلام التعبئة والتغليف والقمامة وأكياس التسوق والمهاد الزراعي وعزل الأسلاك والكابلات والزجاجات ولعب الأطفال والأجهزة المنزلية.

البولي إيثيلين الخطي منخفض الكثافة

يشبه البولي إيثيلين الخفيف الخطي (LLDPE) من الناحية الهيكلية LDPE. هذا الهيكل عبارة عن بلمرة مشتركة للإيثيلين مع 1-بوتين وكميات أصغر من 1-هكسين و1-أوكتين، والتي يتم تصنيعها باستخدام محفزات زيجلر-ناتا والميتالوسين. يحتوي الهيكل النهائي على قاعدة خطية ولكن له فروع موحدة وقصيرة، مثل الفروع الأطول لـ LDPE، تمنع سلاسل البوليمر من الاقتراب من بعضها البعض.

بشكل عام، LLDPE له نفس خصائص LDPE. الميزة الرئيسية للـ LLDPE هي أن ظروف البلمرة الخاصة به تتطلب طاقة أقل من LDPE وأنه يمكن تغيير خصائصه عن طريق تغيير كمية المكونات الأخرى.

بولي ايثيلين عالي الكثافة

يتم تصنيع البولي إيثيلين الثقيل (HDPE) عند درجة حرارة وضغط منخفضين. ويستخدم محفزات زيجلر-ناتا والميتالوسين أو أكسيد النحاس النشط (محفز فيليبس). إن افتقارها إلى الفروع يسمح لسلاسل البوليمر بالالتصاق ببعضها البعض. والنتيجة هي إنشاء بنية كثيفة وشديدة التبلور تتمتع بقوة عالية وصلابة معتدلة. نقطة انصهاره أعلى بـ 20 درجة مئوية من البولي إثيلين المنخفض الكثافة (LDPE)، ويمكنه تحمل عدة مراحل من التعرض لدرجة حرارة 120 درجة، ونتيجة لذلك يمكن تعقيمه.

تشمل استخدامات HDPE زجاجات الحليب وأكياس التسوق والمواد البلاستيكية المترية ومواد البناء والنشارة الزراعية والمحاقن والأبواب ولعب الأطفال.

البولي إيثيلين عالي الوزن الجزيئي

يمكن تصنيع البولي إيثيلين الخطي بوزن جزيئي مرتفع يتراوح من 3 إلى 6 ملايين وحدة ذرية. وفي الوقت نفسه، يحتوي HDPE على حوالي 500000 وحدة ذرية. يمكن غزل هذه البوليمرات في الألياف ومنحها قوة شد عالية جدًا. ويستخدم هذا البوليمر في صناعة السترات الواقية من الرصاص.

بوليمرات الإيثيلين

يمكن بلمرة الإيثيلين مع العديد من المركبات الأخرى. على سبيل المثال، يتم تصنيع كوبوليمر أسيتات فينيل الإيثيلين (EVA) عن طريق بلمرة الإيثيلين وخلات الفينيل تحت الضغط واستخدام محفزات جذرية حرة. وينتج منه درجات مختلفة تتراوح نسبة وزن خلات الفينيل فيها من 5 إلى 50%. تعتبر مركبات EVA أكثر نفاذية للماء والغازات من البولي إيثيلين، ولكنها تتمتع بتبلور أقل وشفافية أكبر. كما أنها تظهر مقاومة أفضل ضد الزيوت والشحوم. يستخدم EVA في صناعة صفائح التغليف والمواد اللاصقة ولعب الأطفال والمواد المانعة للتسرب وتغطية الأسلاك والسجاد.

يتم تشكيل البوليمرات المشتركة لحمض أكريليك الإيثيلين وحمض الإيثيلين ميثاكريليك من خلال البلمرة في المعلق أو المستحلب باستخدام محفز جذري حر. عادةً ما يشكل حمض الأكريليك وحمض الأكريليك الفوقي ما بين 5 إلى 20٪ من الهيكل. تُستخدم هذه البوليمرات المشتركة في قطع غيار السيارات وألواح التغليف والأحذية وطلاءات الأسطح والسجاد.

مشاكل البولي ايثيلين

البولي إيثيلين في الواقع غير قابل للتحلل ولا يتحلل بسهولة. بالطبع هناك بكتيريا وكائنات حية يمكنها تفكيكه، لكن بشكل عام إحدى مشكلات استخدام البولي إيثيلين هي عدم قابليته للتحلل الحيوي.

وبطبيعة الحال، يمكن إعادة تدوير البولي إيثيلين، وإذا تمت عملية إعادة التدوير بشكل جيد، فإنه يمكن أن يقلل بشكل كبير من تكاليف إعادة إنتاجه.
ولا ينبغي أن ننسى أن مادة البولي إيثيلين يتم استخراجها من النفط أو الغاز الطبيعي الذي يعتبر من الموارد غير المتجددة.