كل شيء عن البولي إيثيلين: الأنواع والخصائص والاستخدامات والتصنيع

هل سبق لك أن نظرت إلى إبريق حليب بلاستيكي أو كيس بقالة وتساءلت من أي شيء مصنوع؟ من المحتمل أن يكون البولي إيثيلين - البلاستيك الأكثر شيوعًا في العالم! هذا مادة بسيطة ولكنها مذهلة يمس حياتنا كل يوم بطرق لا حصر لها. دعنا نستكشف كل ما تحتاج إلى معرفته عن البولي إيثيلين، بدءاً من كيفية تصنيعه إلى حيث ينتهي به المطاف.

ما هو البولي إيثيلين؟

بولي إيثيلين (PE) عبارة عن بلاستيك خفيف الوزن ومتين مصنوع من ربط العديد من جزيئات الإيثيلين معًا. فكّر في الإيثيلين على أنه كتل بناء صغيرة ترتبط ببعضها البعض لتكوين سلاسل طويلة. يمكن ترتيب هذه السلاسل بطرق مختلفة لتكوين أنواع مختلفة من البولي إيثيلين بخصائص مختلفة.

يأتي معظم البولي إيثيلين من البترول أو الغاز الطبيعي، على الرغم من أن بعض الإصدارات الأحدث تستخدم مواد نباتية مثل قصب السكر. هذا البلاستيك مميز لأنه

• خفيف الوزن - يطفو على الماء
• مقاوم للماء - تحافظ على الأشياء جافة
• مقاوم للمواد الكيميائية - لا يذوب في العديد من المواد الكيميائية
• مرنة - يمكن أن تنحني دون أن تنكسر
• بأسعار معقولة - أقل تكلفة من العديد من المواد البلاستيكية الأخرى

صُنع البولي إيثيلين لأول مرة في عام 1933، ونحن اليوم نصنع أكثر من 125 مليون طن منه كل عام في جميع أنحاء العالم!

تاريخ البولي إيثيلين

بدأت قصة البولي إيثيلين في عام 1933 عندما قام عالمان في شركة إمبريال للصناعات الكيميائية (ICI) في إنجلترا، وهما ريجينالد جيبسون وإريك فوسيت، بابتكاره عن طريق الخطأ. فقد كانا يعملان على استخدام غاز الإيثيلين تحت ضغط عالٍ عندما لاحظا تكوّن مادة شمعية بيضاء اللون.

إليك جدول زمني سريع لتاريخ البولي إيثيلين:

• 1933: الاكتشاف العرضي الأول
• 1939: بدء الإنتاج العملي الأول للحرب العالمية الثانية (يستخدم لعزل الرادار)
• 1950s: تطوير عوامل حفازة أفضل تجعل الإنتاج أسهل
• 1960s: أنواع مختلفة من البولي إيثيلين المصممة للاستخدامات المختلفة
• اليوم: أكثر من 125 مليون طن متري يتم إنتاجها سنوياً

غيّر هذا البلاستيك البسيط العالم وساعد في بدء "عصر البلاستيك" الحديث.

أنواع البولي إيثيلين

ليست كل أنواع البولي إيثيلين متشابهة! فالترتيبات المختلفة لتلك الكتل البنائية من الإيثيلين تخلق مواد بلاستيكية ذات خصائص مختلفة للغاية. الأنواع الرئيسية هي:

بولي إيثيلين عالي الكثافة (HDPE)

البولي إيثيلين عالي الكثافة يحتوي على سلاسل قوية ومستقيمة تتراص معاً بإحكام، مما يجعله أقوى وأكثر صلابة. هذا النوع يبدو متماسكاً ويمكنه الحفاظ على شكله جيداً، حتى عندما يكون رقيقاً جداً.

الاستخدامات الشائعة للبولي إيثيلين عالي الكثافة:

• أباريق الحليب وزجاجات المنظفات
• أنابيب بلاستيكية للمياه والغاز
• ألواح التقطيع والألعاب
• صناديق القمامة وصناديق إعادة التدوير

يحمل البولي إيثيلين عالي الكثافة رمز إعادة التدوير #2 وهو أحد أكثر أنواع البلاستيك المعاد تدويره شيوعاً.

بولي إيثيلين منخفض الكثافة (LDPE)

البولي إثيلين منخفض الكثافة LDPE يحتوي على سلاسل متفرعة لا يمكن أن تتجمع بإحكام، مما يجعله أكثر مرونة وليونة. وكان هذا في الواقع أول نوع من البولي إيثيلين الذي تم اكتشافه!

الاستخدامات الشائعة ل LDPE:

• أكياس بلاستيكية وأغلفة طعام بلاستيكية
• زجاجات الضغط
• أغطية حاويات مرنة
• أغطية الأسلاك والكابلات

يرمز إلى البولي إيثيلين منخفض الكثافة بالرمز #4 لإعادة التدوير، وهو أصعب إلى حد ما في إعادة التدوير من البولي إيثيلين عالي الكثافة.

بولي إيثيلين خطي منخفض الكثافة (LLDPE)

LLDPE يجمع بين ميزات كل من البولي إثيلين عالي الكثافة والبولي إثيلين منخفض الكثافة. وله فروع قصيرة على سلسلة مستقيمة في الغالب، مما يمنحه قوة جيدة مع الحفاظ على مرونته.

الاستخدامات الشائعة ل LLDPE:

• غلاف بلاستيكي قابل للتمدد وغشاء بلاستيكي لاصق
• أكياس القمامة
• أنابيب مرنة
• أفلام زراعية

لقد أصبح البولي إثيلين منخفض الكثافة LLDPE شائعًا للغاية لأنه قوي ومرن في نفس الوقت وتكلفة إنتاجه أقل من البولي إثيلين منخفض الكثافة.

البولي إيثيلين فائق الوزن الجزيئي (UHMWPE)

UHMWPE سلاسل طويلة للغاية، مما يجعلها قوية بشكل استثنائي. ويتميز هذا النوع المتخصص ببعض الخصائص المذهلة:

الاستخدامات الشائعة ل UHMWPE:

• سترات واقية من الرصاص
• مفاصل الورك الاصطناعية
• حبل عالي الأداء (أقوى من الفولاذ!)
• منحدرات التزلج

إن البولي إيثيلين عالي الكثافة UHMWPE هو أقوى أنواع البولي إيثيلين ولكنه أيضاً الأكثر تكلفة في التصنيع.

الخواص الفيزيائية والكيميائية للبولي إيثيلين

ما الذي يجعل البولي إيثيلين مفيدًا جدًا للعديد من المنتجات المختلفة؟ دعونا نلقي نظرة على خصائصه الرئيسية:

تتضمن بعض خصائص البولي إيثيلين الأكثر قيمة ما يلي:

• مقاومة المواد الكيميائية: معظم الأحماض والقواعد والمذيبات لا تتلفه
• العزل الكهربائي: رائعة لتغطية الأسلاك
• احتكاك منخفض: سطح زلق يقاوم التآكل
• الغذاء الآمن: لا يطلق مواد كيميائية ضارة (في الدرجات المعتمدة)
• مقاوم للماء: لن يتشرب الماء أو يتفتت عند البلل

ومع ذلك، فإن البولي إيثيلين له بعض القيود:

• مقاومة ضعيفة للحرارة: معظم الأنواع سوف تلين أو تذوب فوق 80 درجة مئوية - 130 درجة مئوية
• حساسية الأشعة فوق البنفسجية: تعمل أشعة الشمس على تكسيره بمرور الوقت (ما لم تتم إضافة مثبتات الأشعة فوق البنفسجية)
• نفاذية الغازات: يمكن أن تمر بعض الغازات ببطء من خلاله
• يصعب لصقها: سطحه الزلق يجعل الالتصاق صعبًا

كيف يُصنع البولي إيثيلين

يتضمن صنع البولي إيثيلين ربط آلاف من جزيئات الإيثيلين الصغيرة في سلاسل طويلة من خلال عملية تسمى البلمرة. إليك كيفية حدوث ذلك:

1. ابدأ بالإيثيلين: يأتي هذا الغاز بشكل رئيسي من معالجة البترول أو الغاز الطبيعي.
2. اختر محفزاً: مواد كيميائية خاصة تساعد على حدوث تفاعل البلمرة.
3. الضغط والحرارة: تخلق الظروف المختلفة أنواعًا مختلفة من البولي إيثيلين.
4. تشكيل السلاسل: ترتبط جزيئات الإيثيلين معًا لتكوين سلاسل طويلة.
5. المعالجة إلى كريات: يتم تشكيل البوليمر الناتج في كريات صغيرة للشحن.

هناك طريقتان رئيسيتان تستخدمان لصنع البولي إيثيلين:

• عملية الضغط العالي: يُستخدم بشكل رئيسي في البولي إثيلين منخفض الكثافة (LDPE)، باستخدام ضغوط تصل إلى 50,000 رطل لكل بوصة مربعة ودرجات حرارة حوالي 300 درجة مئوية. وهذا يخلق البنية المتفرعة للبولي إثيلين منخفض الكثافة.
• عملية الضغط المنخفض: يستخدم في البولي إثيلين عالي الكثافة والبولي إثيلين منخفض الكثافة باستخدام محفزات خاصة (مثل محفزات زيغلر-ناتا أو محفزات الميتالوسين). وهذا يخلق سلاسل خطية أكثر.

غالبًا ما يضيف المصنعون مكونات خاصة لتحسين الأداء:

• مثبتات الأشعة فوق البنفسجية: منع الانهيار في ضوء الشمس
• مضادات الأكسدة: منع التدهور من الأكسجين
• الملونات: إضافة لون إلى البلاستيك الأبيض أو الشفاف عادةً
• مثبطات اللهب: جعل البلاستيك أقل قابلية للاشتعال

أهم التطبيقات حسب المجال

يعتبر البولي إيثيلين متعدد الاستخدامات بشكل لا يصدق، حيث يجد استخدامات في كل الصناعات تقريبًا. دعونا نلقي نظرة على كيفية استخدام القطاعات المختلفة لهذا البلاستيك:

صناعة التعبئة والتغليف (42% من استخدام PE)

أكبر مستخدم للبولي إيثيلين هو صناعة التعبئة والتغليف. وهو مثالي لتغليف المواد الغذائية لأنه:

• آمن للتلامس مع الطعام
• مقاوم للرطوبة
• خفيف الوزن
• فعالة من حيث التكلفة

تطبيقات التغليف الشائعة:

• حاويات وزجاجات الطعام
• أكياس ولفائف بلاستيكية
• العبوات الواقية
• التغليف الطبي

صناعة البناء والتشييد (23% من استخدام PE)

تعتمد صناعة التشييد والبناء اعتمادًا كبيرًا على البولي إيثيلين، وخاصة البولي إيثيلين عالي الكثافة:

• أنابيب المياه والغاز
• الأغشية الأرضية (بطانات البرك ومدافن النفايات)
• عزل الأسلاك والكابلات
• حواجز البخار

حلت أنابيب البولي إيثيلين عالي الكثافة إلى حد كبير محل الأنابيب المعدنية في العديد من التطبيقات لأنها لا تتآكل وهي أرخص في التركيب.

السلع الاستهلاكية (17% من استخدام PE)

من الألعاب إلى الأدوات المنزلية، كثيرًا ما تستخدم السلع الاستهلاكية البولي إيثيلين لأنه

• متينة
• سهل التشكيل
• بأسعار معقولة
• متوفر بالعديد من الألوان

التطبيقات الاستهلاكية الشائعة:

• الألعاب ومعدات الملاعب
• حاويات منزلية
• مكونات الأثاث
• السلع الرياضية

صناعة السيارات (9% من استخدام PE)

تستخدم المركبات الحديثة البولي إيثيلين في العديد من الأجزاء:

• خزانات الوقود
• الزخرفة الداخلية
• علب البطاريات
• حاويات السوائل

يختار صانعو السيارات البولي إيثيلين لأنه خفيف الوزن (يساعد في كفاءة استهلاك الوقود) ومقاوم لسوائل السيارة.

الصناعة الطبية (5% من استخدام PE)

يستخدم المجال الطبي درجات فائقة النقاء من البولي إيثيلين في:

• الغرسات (خاصة UHMWPE)
• التغليف المعقم
• الأنابيب والحاويات
• اللوازم الطبية التي تستخدم لمرة واحدة

ويُعد البولي إيثيلين عالي الكثافة (UHMWPE) ذو قيمة خاصة في التطبيقات الطبية لأنه متوافق حيوياً للغاية ومتين - وهو مثالي للمفاصل الاصطناعية التي تحتاج إلى أن تدوم لسنوات عديدة.

البولي إيثيلين مقابل المواد البلاستيكية الأخرى

كيف يمكن مقارنة البولي إيثيلين بالبلاستيك الشائع الآخر؟ إليك مقارنة سريعة:

البولي إيثيلين البولي بروبلين مقابل البولي بروبلين (PP)

• البولي إيثيلين البولي إيثيلين أكثر مرونة ولكنه أقل مقاومة للحرارة من البولي بروبيلين.
• يتميز PP بنقطة انصهار أعلى (160 درجة مئوية مقابل 120-130 درجة مئوية للبولي إيثيلين عالي الكثافة).
• يتميز البولي إيثيلين البولي إيثيلين بمقاومة كيميائية أفضل للعديد من المواد.
• PP أكثر صلابة قليلاً وأكثر مقاومة للخدش.

البولي فينيل كلوريد البولي فينيل كلورايد (PVC)

• لا يحتوي البولي إيثيلين البولي إيثيلين على الكلور، مما يجعله أكثر أماناً على الطعام والبيئة.
• مادة PVC أكثر صلابة وصلابة من معظم أنواع البولي فينيل كلوريد متعدد الفينيل.
• البولي إيثيلين البولي إيثيلين أقل مقاومة للحريق ولكنه لا ينتج غازات ضارة عند احتراقه.
• يُستخدم الـ PVC بشكل أكثر شيوعًا للتطبيقات الخارجية طويلة الأجل بدون إضافات.

البولي إيثيلين تيريفثالات البولي إيثيلين (PET)

• البولي إيثيلين البولي إيثيلين أقل شفافية من البولي إيثيلين تيرفثالات (البلاستيك المستخدم في زجاجات الصودا).
• يتميز PET بخصائص أفضل لحاجز الغازات (يحافظ على الكربنة في الصودا).
• وغالبًا ما يكون البولي إيثيلين البولي إيثيلين أقل تكلفة ويسهل إعادة تدويره.
• يتميز PET بقوة أعلى ومقاومة أعلى لدرجات الحرارة.

لكل بلاستيك نقاط قوته، ولهذا السبب ستجد مواد بلاستيكية مختلفة تستخدم لأغراض مختلفة، حتى في نفس المنتج.

التأثير البيئي وإعادة التدوير

يشكل تأثير البولي إيثيلين على البيئة مصدر قلق متزايد. إليك ما يجب أن تعرفه:

حالة إعادة التدوير

• البولي إيثيلين عالي الكثافة (#2) والبولي إيثيلين منخفض الكثافة (#4) قابلان لإعادة التدوير في العديد من المجتمعات.
• يتم إعادة تدوير حوالي 14.5 مليون طن من البولي إيثيلين على مستوى العالم كل عام.
• يبلغ المعدل العالمي الحالي لإعادة التدوير حوالي 121 تيرابايت إلى 5 تيرابايت فقط - مما يعني أن معظم البولي إيثيلين لا يزال ينتهي به المطاف في مدافن النفايات أو البيئة.

التحديات البيئية

يمثل البولي إيثيلين العديد من التحديات البيئية:

• المثابرة: قد يستغرق الأمر من 500 إلى 1000 سنة حتى يتحلل طبيعياً.
• التلوث البحري: غالبًا ما ينتهي المطاف بمواد البولي إيثيلين خفيف الوزن في المحيطات.
• اللدائن الدقيقة: عندما تتحلل مواد البولي إيثيلين البولي إيثيلين فإنها تشكل جزيئات صغيرة يمكن أن تضر بالحياة البرية.
• انبعاثات الإنتاج: ينتج عن تصنيع البولي إيثيلين البولي إيثيلين من البترول أو الغاز الطبيعي غازات الاحتباس الحراري.

الابتكارات في البولي إيثيلين المستدام

والخبر السار هو أن العديد من الابتكارات تعالج هذه المخاوف:

• البولي إيثيلين البولي بروبيلين الحيوي: تقوم شركات مثل Braskem الآن بتصنيع البولي إيثيلين من قصب السكر، مما يقلل من البصمة الكربونية بنسبة تصل إلى 601 تيرابايت 5 تيرابايت.
• تعزيز إعادة التدوير: يمكن لتقنيات إعادة التدوير الكيميائي الجديدة معالجة نفايات البولي إيثيلين البولي إيثيلين الملوثة التي لا يمكن لإعادة التدوير الميكانيكي معالجتها.
• تصميم لإعادة التدوير: يتم تصميم المنتجات بشكل متزايد لتكون أكثر سهولة في إعادة التدوير.
• إضافات قابلة للتحلل الحيوي: بعض المواد المضافة يمكن أن تساعد في تكسير البولي إيثيلين بشكل أسرع في ظل ظروف معينة.

الأسئلة المتداولة

الخاتمة

بولي إيثيلين غيرت عالمنا حقًا منذ اكتشافها بالصدفة في عام 1933. من الأكياس البلاستيكية البسيطة إلى الأجهزة الطبية المنقذة للحياة، تلامس هذه المادة متعددة الاستخدامات كل جانب من جوانب الحياة العصرية تقريبًا.

كما رأينا، يأتي البولي إيثيلين في عدة أنواع (البولي إثيلين عالي الكثافة والبولي إثيلين منخفض الكثافة والبولي إثيلين منخفض الكثافة والبولي إثيلين منخفض الكثافة والبولي إثيلين منخفض الكثافة والبولي إثيلين عالي الكثافة)، ولكل منها خصائص تجعله مثاليًا لاستخدامات محددة. ويفسر الجمع بين مرونته وقوته ومقاومته للمواد الكيميائية وانخفاض تكلفته سبب إنتاجنا لأكثر من 125 مليون طن منه كل عام.

ومع ذلك، لا يمكن تجاهل التحديات البيئية للبولي إيثيلين. فمع إعادة تدوير 12% فقط في الوقت الحالي، هناك مجال كبير للتحسين. والخبر السار هو أن الابتكارات في الإنتاج القائم على أساس حيوي، وتقنيات إعادة التدوير الأفضل، والتصميم الأكثر استدامة تساعد على معالجة هذه المخاوف.

سواء كنت مهتمًا ب تصنيع البولي إيثيلين عالي الكثافة باستخدام الحاسب الآلي للأجزاء الصناعية، فضولي حول كيفية النماذج الأولية البلاستيكية باستخدام الحاسب الآلي أو ترغب ببساطة في فهم المزيد عن قطع البلاستيك باستخدام الحاسب الآلي تساعدك معرفة خواص البولي إيثيلين في اتخاذ قرارات أفضل بشأن المواد التي يجب استخدامها.

لا تزال قصة البولي إيثيلين قيد الكتابة، مع استمرار الأبحاث الجارية لجعله أكثر استدامة مع الحفاظ على الخصائص التي تجعله مفيدًا للغاية. ومع استمرار المستهلكين والشركات والحكومات في التركيز على الاستدامة، نتوقع أن نرى المزيد من الابتكارات في كيفية صنع واستخدام وإعادة تدوير هذا البلاستيك المنتشر في كل مكان.