توسعه تجاری پلی اتیلن

Commercial development of polyethylence

1-  چشم انداز overview

توسعه پلی اتیلن بخش عظیمی از زندگی روزانه است و به آرامی انجام نمیشود .پلی اتیلن به صورت غیرمترقبه ای بصورت چندین برابر پلیمرهای سنتی دیگر تولید گردیده است . تا قبل از دهه 1930 موردی بنام پلی اتیلن مطرح نبود تا اینکه شیمیست ها تلاش کردند که محصول کاملا متفاوتی تولید کنند اما بطور اتفاقی پلی اتیلن تولید و پتانسیل آن شناخته شد . پلی اتیلن اولیه یک ماده با دانسیته کم و شاخه بسیار بود که دارای خواص فیزیکی محدودی بود. بخاطر نیاز در جنگ ، تجاری سازی آن به صورت قابل توجهی توسعه یافت.

در دهه 1950پروسه جدید پلیمریزاسیون توسعه یافت که بطور اساسی پلیمرهای خطی با دانسیته های بالا تولید می کرد بنابراین محدوده پلی اتیلن های قابل دسترسی گسترش یافت و محدوده محصولات آن حتی بیشتر شد. بدنبال این توسعه در جهت سنتز رزین های پلی اتیلن که دارای خواص معینی هستند و مناسب برای کاربردهای ویژه می باشند گسترش یافت.

2-  محصولات اتفاقی قبل از 1933  pre-1933 incidental production

اولین مورد گزارش شده در مورد تولید پلی اتیلن توسط von pechmann در سال 1898 بود که به مدت کوتاهی توسط Tschimer , Bamberger  دنبال شد.در هر دو مورد پلی اتیلن توسط تخریب دی آزومتان تولید میشد اما جذابیت تجاری این کشف قابل قبول نبود . اگر با نکته سنجی بیشتری بحث گردد تجزیه دی آزومتان پلی متیلن تولید میکرد. تنها تفاوت بین این محصول و پلی اتیلن خطی این است که مولکولهای پلی متیلن میتوانند هر تعدادی از اتمهای کربن را دارا باشند در حالیکه پلی اتیلن باید فقط تعداد اتمهای زوج داشته باشد.

Friedrich  وmarvel  در مقاله ای در سال 1930 پلیمریزاسیون غیر قابل انتظاری از اتیلن را گزارش کردند که حاصل کار غیر گازی بود.آنها برای مشاهده خویش اهمیتی قائل نشدند و واکنش پلیمریزاسیون را تحت بررسی قرار ندادند.

همچنین در سال 1930 carothers و همکارانش تولید واکس های پارافینی را توسط واکنش سدیم بر روی دکامتیلن برومید گزارش کردند.بیشترین وزن مولکولی قابل دستیابی این روش حدود 1400بود. تولید واکس های پلی اتیلن توسط احیاء fischer-tropsch  دی اکسید کربن توسط هیدروژن در 1930 توسط Roch  و  ibing گزارش شد.بیشترین وزن مولکولی تولید شده در حدود 2000بود اما یکبار دیگراهمیت کشف گم شد.

3-  اکتشاف Discovery

الف –  پلیمریزاسیون غیرعمدی inadvertent polymerization

دراوایل دهه 1930 کمپانی انگلیسی صنایع شیمیایی سلطنتی (ISI) یک برنامه تحقیقاتی را با هدف تحقیقات بر روی شیمی فشار بالای ترکیبات آلی مدنظر قرار داد که شامل اتیلن نیز بود.

در 29 مارچ 1933Bris Fawcett  و Reginald gibbon  تحقیقاتی را با واکنش فشار بالای اتیلن با بنزآلدهید انجام دادند.بعد از یک آزمایش ناموفق بنزآلدهید بدون تغییر بازیافت شد . مقدار کمی (کمتر از یک گرم) جامد واکسی شکل در جداره ظرف واکنش باقی ماند.محصول بطور صحیحی به عنوان پلیمر پلی اتیلن شناسایی شد اولین بار بود که وجود آن تشخیص داده شد.

این واکنش قابل تکرار نبود تلاش برای تکرار آن گاهی اوقات منجر به واکنش های گرمازا غیر قابل کنترل با فشارهای بسیار زیاد بود که بسیار باعث تخریب تجهیزات می گردید .این مورد تا سال 1935 انجام نشد تا این که michaeg perrin  با ایجاد یکسری از شرایط که جهت پلیمریزه کردن اتیلن لازم بود انجام داد. اولین تجربه موفقیت آمیز او منجر به حدود 8گرم پلی اتیلن شد.

نقش کلیدی در تکرارپذیری بخاطر آلودگی اتیلن با مقدار بسیار ناچیزی اکسیژن بود . اکسیژن با اتیلن واکنش کرده و پراکسید تولید می کرد که در مرحله بعدی در اثر تجزیه تولید رادیکال هایی آزاد می نمود که فرآیند پلیمریزاسیون را آغاز می کرد .پلی اتیلن ساخته شده که توسط Perrin  یک ماده قابل انعطاف با دمای ذوب حدود 115 درجه بود این ماده چیزی است که ما امروزه آنرا پلی اتیلن با دانسیته کم می شناسیم.در سال 1936 ICI  اولین ثبت شده خود را در زمینه ساخت پلی اتیلن ارائه داد.

ب – اکتشاف اولیه Early Exploitation

خواص ماده جدید تولید شده در آزمایش Perrin مورد تحقیق قرار گرفت و پتانسیل آن به عنوان یک عایق الکتریکی و به همراه آن خنثی بودن شیمیایی و خاصیت ارتجاعی ذاتی آن به سرعت مشخص شد.کاربرد این پروژه با هدف توسعه دستگاههای مورد نیاز برای تولید تجاری توسعه یافت.توسعه موفقیت آمیز برای واحد تولیدی مورد نیاز دست یافت کوچکی نبود که مستلزم طراحی ظرف واکنش با قابلیت طراحی تحمل فشارحدود pci 22500بود.

واحد نیمه صنعتی در سال 1937 ایجاد شد و با شروع جنگ دوم جهانی دومISI تولید تجاری پلی اتیلن را آغاز نمود حتی قبل از آغاز به کاراولین واحد تجاری مشخص شد که انتظارات موردنظر را برآورده نمیکرد.خط تولید جدیدتر و بزرگتری ایجاد شد که در سال 1942 به تولید رسید.

اولین خروجی پلی اتیلن برای استفاده به عنوان عایق برای کابل های ارتباطی زیر دریا بود.

الویت ها با کشف تضادها تغییر کرد و تولیدات اولیه که بطور تقریبا انحصاری به عنوان عایق الکتریکی در تکنولوژی جدید توسعه یافته بود در رادار استفاده شد.در این کاربرد مقاومت دی الکتریک بالا و کاهش کم عامل غیر قابل ارزش تشخیص داده شد.استفاده از پلی اتیلن به عنوان یکی از اجزاء قابل دسترس عایق ساخته شده کوچکتر از مواد رایج عایق شده میباشد که استفاده چنین تجهیزاتی را در هواپیما و در جایگاههای منحصر بفرد آسان میکند.

تعدادی از فرمولاسیون های اولیه پلی اتیلن شامل 15%-5/12 پلی ایزوبوتیلن که محدوده پلاستیکی مواد مذاب را افزایش داده و قابلیت ارتجاعی در دمای پایین را بهبود می بخشد. همچنان که روشهای تولید پیشرفت میکرد گریدهای با وزن مولکولی بالاتر از پلی اتیلن در دسترس قرار میگرفت و ساخت چنین ترکیباتی غیرضروری میشد.

فواید پلی اتیلن نسبت به عایقهای موجود آنقدر زیاد بود که دو شرکت union carbide و dupont به سرعت نیاز برای تولید بیشتر را شناسایی کردند.هردوی این کمپانیهای آمریکایی لیسانس هایی از ICI  را بدست آورده و به سرعت به سمت تولید رفتند . تولید تجاری پلی اتیلن در ایالات متحده در 1943 اغاز گشت بلافاصله بعد از تولید درانگلستان استفاده اولیه بطور وسیعی بخاطرنیازصنعت و جنگ مشخص شد.