البولي إيثيلين عالي الكثافة

البولي إيثيلين عالي الكثافة ( HDPE ) هو أحد أنواع البولي إيثيلين (PE). ^{[ 1 ]} يُنتج البولي إيثيلين، وهو البوليمر الاصطناعي السائد، بأشكال عديدة تختلف من حيث الوزن الجزيئي ، والتفرع، وإضافة المونومرات المشتركة . غالبًا ما تُعبّر هذه الخصائص عن كثافة المادة. جميع أنواع البولي إيثيلين مواد صلبة عديمة اللون والرائحة، وخاملة كيميائيًا إلى حد كبير، تُنتج عن طريق بلمرة الإيثيلين ، وهو المونومر. البولي إيثيلين الخطي منخفض الكثافة (LLDPE) هو بوليمر خطي ( بولي إيثيلين ) ذو تفرعات قصيرة كثيرة.

غالباً ما يتم تصنيف البولي إيثيلين حسب كثافته. ^{[ 2 ]}

في عام 2008، بلغ حجم سوق البولي إيثيلين عالي الكثافة العالمي أكثر من 30 مليون طن. ^{[ 4 ]}

يُعرف البولي إيثيلين عالي الكثافة (HDPE) بنسبة قوته إلى كثافته العالية. ^{[ 6 ]} تتراوح كثافة البولي إيثيلين عالي الكثافة بين 930 و970  كجم/م³ ^. [ ^{7 ] على} الرغم من أن كثافة البولي إيثيلين عالي الكثافة أعلى بقليل فقط من كثافة البولي إيثيلين منخفض الكثافة ، إلا أن البولي إيثيلين عالي الكثافة يتميز بقلة التفرعات ، مما يمنحه قوى بين جزيئية أقوى وقوة شد أعلى (38 ميجا باسكال مقابل 21 ميجا باسكال) من البولي إيثيلين منخفض الكثافة. ^{[ 8 ]} يتجاوز الفرق في القوة الفرق في الكثافة، مما يمنح البولي إيثيلين عالي الكثافة قوة نوعية أعلى . ^{[ 9 ]} كما أنه أكثر صلابة وأكثر عتامة، ويمكنه تحمل درجات حرارة أعلى نوعًا ما (120  درجة مئوية/248  درجة فهرنهايت لفترات قصيرة). على عكس البولي بروبيلين ، لا يتحمل البولي إيثيلين عالي الكثافة ظروف التعقيم بالبخار المطلوبة عادةً . ويتم ضمان قلة التفرعات من خلال اختيار مناسب للمحفز (مثل محفزات زيغلر-ناتا ) وظروف التفاعل .

مادة البولي إيثيلين عالي الكثافة مقاومة للعديد من المذيبات المختلفة ، ومن الصعب للغاية لصقها؛ وعادة ما يتم صنع الوصلات عن طريق اللحام.

تختلف الخصائص الفيزيائية للبولي إيثيلين عالي الكثافة (HDPE) باختلاف عملية التشكيل المستخدمة في تصنيع عينة معينة؛ وإلى حد ما، تُعدّ طرق الاختبار المعيارية الدولية المُستخدمة لتحديد هذه الخصائص في عملية معينة عاملاً حاسماً. على سبيل المثال، في التشكيل الدوراني ، يُستخدم اختبار الحمل الشدّي الثابت ذو الشق (NCTL) لتحديد مقاومة العينة للتشقق الناتج عن الإجهاد البيئي . ^{[ 10 ]}

ونظرًا لهذه الخصائص المرغوبة، فإن الأنابيب المصنوعة من البولي إيثيلين عالي الكثافة (HDPE) تُعد مثالية لنقل مياه الشرب ^{[ 11 ]} ومياه الصرف الصحي (مياه الأمطار ومياه المجاري). ^{[ 12 ]}

أنابيب البولي إيثيلين عالي الكثافة (HDPE) . ^{[ 13 ]} بفضل نسبة قوته إلى كثافته العالية، يُستخدم البولي إيثيلين عالي الكثافة في إنتاج الزجاجات البلاستيكية ، والأنابيب المقاومة للتآكل، والأغشية الأرضية، والأخشاب البلاستيكية . يُعاد تدوير البولي إيثيلين عالي الكثافة على نطاق واسع، ويرمز له بالرقم "2" كرمز تعريف للراتنج .

• 
  يمكن غزل ألياف البولي إيثيلين عالي الكثافة (HDPE) لصنع الحبال
• 
  بدلات للاستخدام مرة واحدة؛ قماش البولي إيثيلين عالي الكثافة غير المنسوج
• 
  غلاف المنزل
• 
  مغلفات بريدية بلاستيكية
• 
  أنابيب البولي إيثيلين عالي الكثافة المرنة
• 
  تركيب أنابيب البولي إيثيلين عالي الكثافة المموجة في مشروع تصريف مياه الأمطار في المكسيك
• 
  كرسي أحادي الكتلة
• 
  صناديق الزجاجات
• 
  ألعاب ومعدات الملاعب
• 
  الأكياس البلاستيكية الشفافة (الموضحة) مصنوعة من البولي إيثيلين منخفض الكثافة (LDPE)؛ أما أكياس التسوق المصنوعة من أغشية رقيقة ذات مقابض فهي الآن مصنوعة من البولي إيثيلين عالي الكثافة (HDPE).
• 
  يُستخدم البولي إيثيلين عالي الكثافة (HDPE) لصنع زجاجات متينة مقاومة للزيوت. أما الزجاجات الشفافة، فتُصنع عادةً من أنواع أخرى من البلاستيك، مثل بولي إيثيلين تيريفثالات.
• 
  إبريق حليب
• 
  تقاوم عبوات الوقود المصنوعة من البولي إيثيلين عالي الكثافة (HDPE) التليين والتورم الناتج عن المكونات العطرية للوقود
• 
  بكرة على سجادة مدخل بناء من البولي إيثيلين عالي الكثافة

يتمتع البولي إيثيلين عالي الكثافة (HDPE) بمجموعة واسعة من التطبيقات؛ أما بالنسبة للتطبيقات التي تندرج ضمن خصائص البوليمرات الأخرى، فإن اختيار استخدام البولي إيثيلين عالي الكثافة (HDPE) عادة ما يكون اقتصاديًا:

يستخدم البولي إيثيلين عالي الكثافة أيضًا في بطانات الخلايا في مدافن النفايات الصحية في الولايات المتحدة بموجب البند الفرعي د ، حيث يتم لحام ألواح كبيرة من البولي إيثيلين عالي الكثافة إما بالبثق أو باللحام الإسفيني لتشكيل حاجز متجانس مقاوم للمواد الكيميائية، وذلك بهدف منع تلوث التربة والمياه الجوفية بالمكونات السائلة للنفايات الصلبة .

يفضل قطاع الألعاب النارية استخدام مادة البولي إيثيلين عالي الكثافة (HDPE) في صناعة المدافع بدلاً من الأنابيب الفولاذية أو أنابيب البولي فينيل كلوريد (PVC) ، نظرًا لكونها أكثر متانة وأمانًا: تميل مادة البولي إيثيلين عالي الكثافة (HDPE) إلى التمزق أو التصدع في حالة حدوث عطل بدلاً من أن تتحطم وتصبح شظايا مثل المواد الأخرى.

تُعد زجاجات الحليب والأباريق وغيرها من السلع المجوفة المصنعة من خلال التشكيل بالنفخ أهم مجال لتطبيق البولي إيثيلين عالي الكثافة، حيث تمثل ثلث الإنتاج العالمي، أو أكثر من 8 ملايين طن.

تُعدّ الصين، التي استُوردت إليها زجاجات المشروبات المصنوعة من البولي إيثيلين عالي الكثافة (HDPE) لأول مرة عام 2005، سوقًا متنامية لتغليف البولي إيثيلين عالي الكثافة الصلب، وذلك نتيجةً لتحسّن مستوى المعيشة فيها . وفي الهند وغيرها من الدول النامية ذات الكثافة السكانية العالية، يشمل توسيع البنية التحتية استخدام أنابيب وعوازل كابلات مصنوعة من البولي إيثيلين عالي الكثافة. ^{[ 4 ]} وقد استفادت هذه المادة من النقاشات الدائرة حول المشاكل الصحية والبيئية المحتملة التي يُسببها البولي فينيل كلوريد (PVC) والبولي كربونات المرتبط بمادة ثنائي الفينول أ (BPA)، فضلًا عن مزاياها مقارنةً بالزجاج والمعادن والكرتون.

يتم إنتاج البولي إيثيلين عالي الكثافة (HDPE) صناعيًا من الإيثيلين إما عن طريق بلمرة زيغلر-ناتا أو عملية فيليبس المعلقة. تستخدم طريقة زيغلر-ناتا مزيجًا من المحفزات، بما في ذلك رابع كلوريد التيتانيوم، عند ملامستها للإيثيلين الغازي لترسيب البولي إيثيلين عالي الكثافة. ^{[ 20 ]} وبالمثل، تستخدم عملية فيليبس المعلقة محفزات أساسها السيليكا عند ملامستها لمعلق سريع الحركة من الهيدروكربون والبولي إيثيلين لترسيب البولي إيثيلين عالي الكثافة. ^{[ 21 ]}

تُحدد عملية التصنيع خصائص البولي إيثيلين عالي الكثافة (HDPE). وتُعدّ طريقة تصنيعه بالغة الأهمية، إذ يختلف تركيبه المجهري تبعًا لذلك. تُنتج عملية فيليبس سلوري بولي إيثيلين عالي الكثافة بتفرعات أقل وأوزان جزيئية أدق من عملية زيغلر، إلا أن الأخيرة توفر مرونة أكبر في نوع البولي إيثيلين المُنتَج. ^{[ 21 ]}

يشير الوزن الجزيئي للبولي إيثيلين عالي الكثافة (HDPE) إلى طول سلاسل البولي إيثيلين، ويساعد في تحديد خصائص مثل المرونة، وقوة الخضوع، ودرجة حرارة الانصهار. بعد تكوّن الراسب، تحدد درجة الحرارة والضغط ووقت التبريد أثناء المعالجة درجة التبلور، حيث تؤدي درجة التبلور الأعلى إلى صلابة أكبر ومقاومة كيميائية أفضل. ^{[ 22 ]} وبحسب التطبيق، يمكن تعديل الطريقة وخطوات المعالجة للحصول على النتيجة المثلى.

بمجرد تصنيع البولي إيثيلين عالي الكثافة (HDPE)، يصبح جاهزًا للاستخدام في المنتجات التجارية. تشمل طرق الإنتاج الصناعية لمنتجات البولي إيثيلين عالي الكثافة: قولبة الحقن للأشكال المعقدة كالألعاب، وقولبة البثق للمنتجات ذات المقطع العرضي الثابت كالأنابيب والأغشية، وقولبة النفخ للمنتجات المجوفة، وتحديدًا الزجاجات والأكياس البلاستيكية، والقولبة الدورانية للأجزاء الكبيرة غير الملحومة كبراميل المواد الكيميائية وقوارب الكاياك. ^{[ 22 ]} تعتمد طريقة التصنيع على متطلبات المنتج، ولكل طريقة مزاياها الخاصة في تطبيقات محددة.