LDPE: الهيكل، التطبيقات، الابتكارات
بصفتها عضوًا مهمًا في عائلة البولي إيثيلين، يحتل البولي إيثيلين منخفض الكثافة (LDPE) مكانة لا يمكن الاستغناء عنها في مجالات التعبئة والتغليف والزراعة والإلكترونيات والضروريات اليومية بهيكله الجزيئي الفريد وأدائه الشامل.
سلسلة جزيئاته تتكون من 4000 إلى 40000 ذرة كربون. على الرغم من أن السلسلة الرئيسية هي هيكل خطي، فإن لديها عددًا كبيرًا من الفروع القصيرة وعددًا قليلًا من الفروع الطويلة بسبب خصوصية عملية التركيب.
تعود نشأة هذه الفروع إلى تفاعلات نقل السلسلة المتكررة في عملية البوليمرة الحرة تحت الضغط العالي. هناك حوالي 20-30 فرعًا قصيرًا لكل 1000 ذرة كربون، بينما يتم توليد الفروع الطويلة من خلال نقل السلسلة بين الجزيئات.
وجود الفروع يعيق الترتيب الوثيق لسلاسل الجزيئات، مما يؤدي إلى انخفاض بلورية LDPE (حوالي 50-60%)، وهو أقل بكثير من 70-90% من البولي إيثيلين عالي الكثافة (HDPE). تؤثر الفروع القصيرة بشكل رئيسي على حجم المنطقة البلورية، بينما تزيد الفروع الطويلة من تشابك سلاسل الجزيئات، مما يمنح المادة بعض المرونة وأداء المعالجة.
الإنتاج الصناعي لـ LDPE يعتمد بشكل أساسي على البلمرة الحرة تحت الضغط العالي، وظروف التفاعل هي درجة حرارة عالية (150-300 درجة مئوية) وضغط عالٍ (100-300 ميغاباسكال). في المفاعل عالي الضغط، تنمو المونومرات الإيثيلية بواسطة المبادرات الجذرية الحرة مثل البيروكسايد. بسبب التركيز العالي للغاية للإيثيلين تحت الضغط العالي، تحدث تفاعلات نقل السلسلة بشكل متكرر، وأخيرًا يتكون هيكل جزيئي متفرع بشكل كبير.
على الرغم من أن هذه العملية تستهلك الكثير من الطاقة، إلا أنها يمكن أن تتحكم بدقة في عدد وتوزيع الفروع، وبالتالي تحسين الخصائص الفيزيائية للمادة.
على سبيل المثال، تؤثر كثافة الفروع بشكل مباشر على البلورية والخصائص الميكانيكية لـ LDPE، ويمكن أن يؤدي ضبط معلمات العملية (مثل الضغط ودرجة الحرارة ونوع المنشط) إلى تحقيق توازن أكبر في الشفافية والمرونة ومقاومة الحرارة للمادة.
من حيث الخصائص الفيزيائية، تتراوح كثافة LDPE من 0.910-0.940 جرام/سم³، وهو أقل من 0.941-0.965 جرام/سم³ من HDPE، مما يجعله أكثر نعومة وأسهل في المعالجة إلى أفلام أو حاويات مرنة. نقطة انصهاره حوالي 105-115 درجة مئوية، ومقاومته للحرارة ضعيفة، لكن متانته عند درجات الحرارة المنخفضة ممتازة، ويمكن أن تظل مرنة عند -50 درجة مئوية.
من حيث الخصائص الميكانيكية، يتمتع LDPE بقوة شد منخفضة (10-20 ميجا باسكال)، لكن استطالة كسره تصل إلى 300-600%، ومقاومته للصدمات ومقاومة تمزقه بارزة، مما يجعله مناسبًا بشكل خاص للتطبيقات التي تتطلب طي متكرر أو أحمال ديناميكية. بالإضافة إلى ذلك، بسبب بلورته المنخفضة، يتمتع LDPE بشفافية عالية وهو مناسب لصنع أفلام التعبئة الشفافة، بينما تجعل خصائصه الممتازة في الحماية من بخار الماء خيارًا مثاليًا لفيلم تغليف الطعام.
ومع ذلك، يتمتع LDPE بخصائص حماية ضعيفة ضد الأكسجين وثاني أكسيد الكربون، مما يحد من تطبيقه في حفظ الطعام على المدى الطويل. من حيث الخصائص الكيميائية، يتمتع LDPE بمقاومة جيدة للتآكل تجاه الأحماض والقلويات ومحاليل الملح والكحول، لكنه يتوسع بسهولة في المذيبات الهيدروكربونية (مثل البنزين) والمذيبات الكلورية، ومن الضروري تجنب الاتصال بهذه الوسائط عند استخدامه.
لديه أداء ممتاز في العزل عند الترددات العالية وغالبًا ما يستخدم في طبقة العزل للأسلاك والكابلات. بالاقتران مع خصائص مقاومته للرطوبة، يحتل مكانة مهمة في مجال الإلكترونيات والكهرباء.
LDPEلديه تقنيات معالجة متنوعة، بما في ذلك قولبة النفخ، والبثق، وقولبة الحقن وعمليات أخرى، مع نطاق واسع من درجات حرارة المعالجة (160-260 درجة مئوية). الفيلم المنفوخ هو أسلوب المعالجة الرئيسي له، حيث يمثل أكثر من 70% من إجمالي استهلاك LDPE، ويستخدم على نطاق واسع في أكياس التسوق، وأفلام الزراعة وغيرها من المجالات.
تستخدم تقنية البثق الطلاء لتركيب LDPE مع الكرتون أو رقائق الألومنيوم لصنع بطانة علب الحليب وتغليف المشروبات، مما يحافظ على نظافة المحتويات ويعزز أيضًا القوة الميكانيكية للتغليف.
تستخدم عملية قولبة الحقن لتصنيع منتجات صغيرة مثل أغطية الزجاجات والألعاب، مستفيدة من سهولة التشكيل وانخفاض التكلفة. من حيث مجالات التطبيق، فإن مرونة LDPE وخصائصه السهلة في الختم الحراري تجعله يهيمن على صناعة التعبئة، مثل لف الطعام، والأكياس البلاستيكية، وفيلم الانكماش.
يعتمد المجال الزراعي على نفاذية الضوء ومقاومة الطقس، ويستخدم لإنتاج أفلام البيوت الزجاجية وأفلام الأرض لتعزيز نمو المحاصيل وتقليل تبخر المياه.
تستخدم صناعة الكهرباء والإلكترونيات خصائص العزل الكهربائي كعزل للكابلات وفيلم حماية لوحات الدوائر، بينما تستخدم الحاويات اللينة، وأنابيب التجميل، والقسطرات الطبية التي توجد عادة في المستلزمات اليومية أيضًا LDPE بكميات كبيرة لتلبية احتياجات المرونة المادية والسلامة.
مقارنة بالبولي إيثيلين عالي الكثافة (HDPE)، فإن LDPE له اختلافات كبيرة في التركيب الجزيئي، والأداء، والتطبيق.
سلاسل الجزيئات HDPE هي هياكل خطية بشكل رئيسي مع عدد قليل جداً من الفروع، لذا فإن البلورية تصل إلى 70-90%، والكثافة أعلى (0.941-0.965 غرام/سم³)، والقوة الميكانيكية ممتازة، ويمكن أن تصل قوة الشد إلى 20-30 ميغا باسكال، لكن الصلابة منخفضة، وامتداد الكسر هو فقط 100-600%. HDPE له نقطة انصهار أعلى (120-130°C) ومقاومة حرارية أفضل، ولكن شفافيته أقل، وعادة ما يستخدم لصنع حاويات صلبة، وأنابيب وألواح.
تجعل الهياكل القصيرة والطويلة المفرعة لـ LDPE منها أكثر ميزة في المرونة والشفافية وأداء المعالجة، وأكثر ملاءمة لإنتاج الأفلام ومواد التعبئة المرنة.
يعتمد الاختيار بين الاثنين غالباً على احتياجات سيناريوهات التطبيق المحددة: إذا كانت القوة العالية والمقاومة الحرارية العالية مطلوبة، فإن HDPE هو الخيار الأفضل؛ إذا كانت المرونة وسهولة المعالجة مطلوبة، فإن LDPE هو الأكثر ملاءمة.
على الرغم من أن LDPE يستخدم على نطاق واسع في العديد من المجالات، إلا أن قضاياه البيئية لا يمكن تجاهلها. بسبب استقراره الكيميائي العالي، فإن LDPE من الصعب تحلله طبيعياً، ومعالجة المدافن التقليدية والحرق عرضة لتلوث التربة وانبعاثات غازات الدفيئة.
في الوقت الحاضر، يتم تحقيق إعادة تدوير الموارد بشكل رئيسي من خلال إعادة التدوير الميكانيكي (الذوبان وإعادة التحبيب) وإعادة التدوير الكيميائي (التحلل الحراري إلى مونومرات أو وقود)، لكن معدل إعادة التدوير لا يزال بحاجة إلى تحسين.
يوفر البحث والتطوير لـ LDPE المعتمد على البيولوجيا اتجاهًا جديدًا للتنمية المستدامة. على سبيل المثال، يمكن أن يقلل LDPE المنتج من إيثانول قصب السكر من الاعتماد على الموارد الأحفورية. من حيث تحسين الأداء، فإن تعديل الخلط هو طريقة شائعة.
على سبيل المثال، يمكن أن يوازن المزج مع HDPE أو البولي إيثيلين المنخفض الكثافة الخطي (LLDPE) بين القوة والمرونة؛ يمكن أن تحسن النانو مركبات بشكل كبير من خصائص الحواجز والخصائص الميكانيكية عن طريق إضافة الحشوات مثل المونتموريلونيت؛ يمكن أن تحسن تقنية الطلاء الوظيفي السطحي من حاجز الأكسجين لـ LDPE وتوسع من تطبيقاته في تعبئة المواد الغذائية الفاخرة.
كأول نوع من البولي إيثيلين الذي تم تصنيعه، سيطر LDPE دائمًا على مجال التعبئة المرنة. على الرغم من الضغط البيئي والمنافسة من المواد الجديدة، سيستمر LDPE في لعب دوره الذي لا يمكن الاستغناء عنه من خلال الابتكار في العمليات وأبحاث التعديل.
تربط منصتنا مئات من الموردين الكيميائيين المعتمدين الصينيين بالمشترين في جميع أنحاء العالم، مما يعزز المعاملات الشفافة، وفرص العمل الأفضل، والشراكات عالية القيمة. سواء كنت تبحث عن سلع بالجملة، أو كيميائيات خاصة، أو خدمات شراء مخصصة، فإن TDD-Global موثوقة لتكون خيارك الأول.
