در دنیای شیمی و پلیمرها، هر فرآیندی که شامل واکنش پلیمری شدن باشد، پلیمریزاسیون نامیده می‌شود. این امر در تولید پلی اتیلن زمانی اتفاق می‌افتد که مولکول‌های مونومر یا ترکیبی از این مولکول‌ها به یکدیگر متصل می‌شوند تا یک ساختار پلیمری تشکیل دهند. این فرآیند یک واکنش شیمیایی است که در آن مولکول‌های کوچک دست به دست هم می‌دهند تا یک ساختار زنجیره‌ای سه‌بعدی ایجاد کنند. در نهایت ساختاری با وزن مولکولی چندین برابر وزن مولکولی مونومرهای اصلی به دست می آید.
انواع فرایند تولید پلی اتیلن PE
انواع پلی اتیلن از طریق پلیمریزاسیون گاز اتیلن به دست می‌آید. فرآیند تولید پلی اتیلن را می‌توان به دسته‌های زیر تقسیم کرد:
- فرایند فشار بالای لوله‌ای
- فرایند فشار بالای اتوکلاو
- محلول دوغابی (سوسپانسیون)
- محلول
- فاز گاز
پلی اتیلن چگونه تولید می شود؟
پلی اتیلن پلیمری است که از پلیمریزاسیون گاز بی رنگ اتیلن به دست می‌آید. در این فرآیند گاز اتیلن در آب با فشار بالا و دمای مناسب گرم می‌شود تا در نهایت یک جامد سفید به دست آید. این ماده سفید رنگ پس از سرد شدن، همان پلی اتیلنی است که برای تولید زره، ورق، لوله و بوش استفاده می‌شود. جرم مولکولی پلی اتیلن در طی این فرآیند بسیار افزایش می‌یابد. پس از فرآیند پلیمریزاسیون، گرانول‌های تمام شده با قالب گیری یا اکستروژن به فرآیند تولید منتقل می‌شوند. پلی اتیلن در دسته پلیمرهای ترموپلاستیک قرار می‌گیرد و دارای نوع خطی می‌باشد. نوع خطی پلیمر زمانی به دست می‌آید که هیچ شاخه‌ای در سازه وجود نداشته باشد و ساختار پلیمری نهایی خطی نامیده شود. در غیر این صورت پلی اتیلن منشعب به دست می‌آید.
مراحل کامل انجام عمل پلیمریزاسیون
پلیمریزاسیون پلی اتیلن یک فرایند شیمیایی است که برای تولید پلیمر پلی اتیلن از مونومر اتیلن انجام می‌شود. در این فرآیند، مولکول‌های مونومر اتیلن با استفاده از فشار و حرارت بالا به صورت پلیمری ترکیب می‌شوند. مراحل اصلی فرایند پلیمریزاسیون پلی اتیلن در زیر آمده است:
آماده سازی مواد
در این مرحله، مونومر اتیلن با خلوص بالا و کاتالیست‌های مشخصی که به عنوان شروع کننده رشد زنجیره پلیمری عمل می‌کنند، آماده می‌گردد. همچنین این ماده برای ایجاد شرایط مناسب برای واکنش، فشار و حرارت مناسبی مهیا می‌شود.
پلیمریزاسیون
در این مرحله، مونومر اتیلن به وسیله فشار و حرارت به حالت گازی در می‌آید و به یک واکنش زنجیره‌ای تحت تأثیر کاتالیست می‌پیوندد. در این واکنش، مولکول‌های مونومر به صورت زنجیره‌های طولانی پلیمری با اتصال دوگانه‌های کربنی تشکیل می‌شوند.
خنثی سازی
پس از اتمام واکنش پلیمریزاسیون، خنثی سازی انجام می‌شود تا واکنش پلیمریزاسیون متوقف شود و پلیمر به صورت جامد تثبیت شود. برای این منظور، از روش‌های مختلفی مانند خنثی سازی با آب سرد یا گرم، خنثی سازی با اسید یا باز استفاده می‌شود.
تمیزکاری و فرآیندهای پس پردازش
پس از خنثی سازی، پلیمر تشکیل شده باید تمیز شود تا از آلاینده‌ها و ناخالصی‌های باقیمانده پاک شود. این مرحله شامل فرآیندهایی مانند شستشو، خشک کردن و برش می‌شود. سپس، پلیمر تمیز شده به فرآیندهای پس‌پردازش مانند تراشکاری، نوارکشی، فوم‌سازی و … می‌رود تا به شکل‌ها و استفاده‌های مختلفی تبدیل شود.
در روند پلیمریزاسیون اتیلن چه اتفاقی می افتد؟
پلی اتیلن، از پلیمریزاسیون رادیکال‌های الفین یا مونومرهای اتیلن تولید می‌شود. در واقع از کاتالیست‌هایی مانند زیگلر-ناتا و متالوسین در تولید پلی اتیلن استفاده می‌گردد. فرمول شیمیایی پلی اتیلن C2H4 است و توسط تراکم شاخه‌ها دسته بندی می‌شود. انواع مختلف پلی اتیلن دارای تعداد مختلف اتم‌های کربن هستند، به عنوان مثال پلی اتیلن سبک حاوی ۴۰۰۰ تا ۴۰۰۰۰ اتم کربن است. در فرآیند پلیمریزاسیون اتیلن، از مسیرهای اتوکلاو یا راکتورهای لوله‌ای استفاده می‌شود. استفاده از راکتورهای لوله‌ای به دلیل سرعت بالاتر نسبت به مسیر اتوکلاو، مزیتی دارد. فرآیند پلیمریزاسیون به طور کلی به دو روش در فشار بالا و فشار پایین انجام می‌شود.
- در فشار بالا، پلی اتیلن سبک یا LDPE تولید می‌شود. فشار در این روش حدود ۱۰۰۰ تا ۳۰۰۰ بار است و دمای مورد نیاز بین ۸۰ تا ۳۰۰ درجه سانتیگراد است.
- در فشار پایین، دو نوع محصول، یعنی پلی اتیلن سنگین یا HDPE و پلی اتیلن خطی سبک یا LDPE تولید می‌شود.
انواع فرآیند تولید پلی اتیلن
فرآیند تولید پلی اتیلن به سه دسته زیر تقسیم می‌شود:
فرایند تولید پلی اتیلن سبک گرید LDPE
در فرآیند ساخت پلی اتیلن سبک، از ترکیبات آلی پراکسیدی برای کنترل و شروع دمای واکنش استفاده می‌شود.
- برای شروع زنجیره‌های پلیمری، نیاز به آغازگرهای مناسب است که پس از رقیق کردن با یک حلال مناسب در نقاط خاصی از راکتور تزریق می‌گردند.
- اتیلن و آغازگرها و در صورت امکان کومونومرها مانند اتیل وینیل استات و ان بوتیل اکریلات به عنوان مواد اولیه به واحد تولیدی وارد می‌شوند.
- سپس با استفاده از کمپرسورهای بوستر، پرایمری و همچنین هایپر، با فشاری تا 2400 بار فشرده می‌شوند.
- در مرحله بعد وارد راکتور اتوکلاو می‌شوند. خواص پلیمر مانند شاخص ذوب شدن، چگالی و توزیع وزن مولکولی، توسط آغازگر، فشار، توزیع دما و مقادیر کوپلیمر تعیین می‌شود.
- پس از اختلاط مواد و واکنش آنها در راکتور، اتیلن اضافی وارد چرخه بازیابی می‌شود و دوباره به جریان ورودی راکتور متصل می‌شود.
- سپس پلیمر ذوب شده با افزودنی‌ها ترکیب می‌شود و برای تولید محصول نهایی به اکسترودر منتقل می‌شود. در انتها، محصول بسته بندی و نگهداری می‌شود.
پلی اتیلن سبک LLDPE به خصوص و فقط از طریق روش فشار بالا یا اتوکلاو تولید می‌شود. اغلب از پراکسیدهای آلی به عنوان آغازگر استفاده می‌شود. برای تولید پلی اتیلن با چگالی بسیار پایین, پلی اتیلن با چگالی متوسط، از کاتالیست‌های فلزی مانند زیگلر-ناتا، فیلیپس و تک سایت در روش‌های دوغابی، فاز گازی و محلول استفاده می‌شود. تقریباً ۲۷ درصد از تولید جهانی پلی اتیلن از طریق فرایند فشار بالا صورت می‌گیرد.
فرایند تولید پلی اتیلن سنگین گرید HDPE
این فرآیند با استفاده از روش پلیمریزاسیون دوغابی و سه راکتور متوالی انجام می‌شود. پشت سر هم بودن و نظم در واکنش‌های انجام شده، باعث تولید انواع پلی‌اتیلن با کیفیت بالا می‌شود.
- فرآیند پلیمریزاسیون توسط یک واسطه مانند هگزان، که وظیفه یکنواخت‌سازی را در کنار کاتالیست بسیار فعال زیگلر-ناتا دارد، انجام می‌شود. نیازی به غیرفعال کردن یا حذف کاتالیست نیست، زیرا مقدار بسیار کمی از کاتالیست در پلیمر باقی می‌ماند.
- برای تولید پلی‌اتیلن با ساختار بافت بالا (HDPE)، کاتالیست واسطه یکنواخت سازی و هیدروژن به راکتور شماره یک وارد می‌شوند تا مرحله اول فرآیند پلیمریزاسیون رخ دهد.
- مرحله دوم و سوم پلیمریزاسیون با شرایط متفاوت برای هر یک از راکتورها انجام می‌شود. در راکتورهای ۲ و ۳، کاتالیست تزریق نمی‌شود و فقط اتیلن، بوتن و واسطه یکنواخت سازی به عنوان خوراک وارد آنها می‌شوند. شرایط واکنش در راکتورها به صورت متناوب کنترل می‌شوند تا به دست آوردن HDPE با خلوص بالا امکان‌پذیر شود.
- در نهایت، محلول دوغابی HDPE خارج شده از راکتور سوم وارد سانتریفیوژ چهارم می‌شود و پلیمر از واسطه یکنواخت ساز جدا می‌شود.
- پلیمری که حاوی هگزان باقیمانده از مراحل قبلی است، در یک خشک کن بستر سیال قرار می‌گیرد و سپس توسط تجهیزات پودر کننده اضافات کاتالیست جدا می‌شود.
- پودر حاصل از این فرآیند توسط قسمت اکستروژن به شکل دانه‌های جامد پلیمر درآمده و به واحد بسته بندی و ذخیره ارسال می‌شود.
فرآیند تولید پلی اتیلن سبک خطی گرید LDPE
در این فرآیند، راکتور اول در نظر گرفته شده است تا دمای مناسبی را برای اختلاط فرآیند فراهم کند. در این راکتور، کاتالیست‌های زیگلر-ناتا و متالوسن، که شامل کاتالیست کروم نیز هستند، تحت شرایط کنترل شده و در دمای ۷۵ تا ۱۱۰ درجه سانتیگراد و فشار ۲۰ بار به صورت مستقیم به راکتور تزریق می‌شوند.
- در این راکتور، ذرات پلیمر آغاز به تولید می‌کنند و بستر سیال، که شامل گازهای اتیلن، کومونومر، هیدروژن و نیتروژن است، در آن وجود دارد.
- ذراتی که کیفیت مطلوبی ندارند، توسط سیکلون‌ها (راکتور دوم) جمع آوری شده و دوباره به راکتور بازگردانده می‌شوند. این تکنولوژی جلوی ورود ذرات معیوب و بسیار ریز به چرخه واکنش را می‌گیرد و از اختلال در دستگاه‌های فرآیندی جلوگیری می‌کند.
- گازهایی که در فرآیند شرکت نکرده اند، در مرحله سوم توسط یک مبدل حرارتی خنک شده و در مرحله چهارم از هرگونه مایعی جدا می‌شوند.
- سپس در مرحله پنجم، فشرده می‌شوند و به راکتور مرحله اول باز می‌گردند.
- این چرخه تا رسیدن به محصول مطلوب ادامه پیدا می‌کند و در نهایت محصول نهایی از راکتور خارج می‌شود.
اگر شما قصد دارید تا ورق‌های پلی اتیلن و یا سایر محصولات این پلیمر محبوب را فراهم کنید، می‌توانید بدون نگرانی جهت قیمت ورق پلی اتیلن، این کالا را با بالاترین کیفیت از مجموعه باسابقه و معتبر واقف ظرف خریداری فرمایید. ورق‌های پلی اتیلن در رنگ‌‌های بسیار متنوع در جهان وجود دارد که در مجموعه واقف ظرف این ورق‌ها با کمترین درصد خطا در مقایسه با رنگ سفارشی مشتریان قابل تولید می‌باشد. استفاده از رنگدانه‌های پلیمری احتیاج به تخصص خاصی دارد که مجموعه واقف ظرف به صورت حرفه‌ای و شبانه روزی در حال تولید این سفارشات می‌باشد. مجموعه بازرگانی واقف ظرف سعی بر آن دارد تا محصولات دارای استاندارد و مرغوب را در اختیار مشتریان گرامی قرار دهد.