البولي ايثيلين: ما هو وما هي استخداماته

يقدر الإنتاج العالمي من البولي ايثيلين (Polyethylene) بحوالي 80 مليون طنٍّ ما يجعله أهم أنواع البلاستيك حول العالم. لذا، من المهم أن نعي ما هو البولي ايثيلين وما هي استعمالاته.

هو منتج استهلاكي يصنف تحت المنتجات البلاستيكية ذات التلدن الحراري ينتج منه سنوياً أكثر من 60 مليون طن في جميع أنحاء العالم.

ويمكن تعريف البولي إيثيلين على أنه بوليمر يتألف من سلاسل طويلة من مونومر الإثيلين يرمز له في الصناعة برمز PE بنفس النمط الذي ترمز به بوليميرات أخرى مثل PP البولي بروبيلين و PS البولي ستايرين

تم اصطناع البولي إيثيلين للمرة الأولى من قبل الكيميائي الألماني هانز فون بيشمان والذي حضره مصادفة عام 1898 أثناء تسخينه لثنائي آزو الميثان وعندما قام مساعداه بتحليل المادة البيضاء الشمعية التي حصل عليها وجدا أنها تحوي سلاسل طويلة من -CH2- فأطلقوا عليها اسم بولي ايثيلين

تم إنتاج البولي إثيلين بشكل عملي لأول مرة عام 1934 في مخابر شركة امبريال البريطانية وبدأ الإنتاج التجاري منه بعد خمس سنوات لأي حينما كانت الحرب العالمية الثانية على وشك الابتداء حيث ظهر أول تطبيق عملي له ذلك في عزل الأسلاك الكهربائية للرادارات وكانت التقنيات المستخدمة آنذاك تسمح بإنتاج ما يعرف اليوم بالبولي إثيلين المنخفض الكثافة حيث يحدث تشعب في السلاسل البوليمرية بشكل غير منتظم فيكون البوليمر الناتج ذو كثافة منخفضة أما البولي إثيلين عالي الكثافة فتم إنتاجه أول مرة في ألمانيا في أوائل الخمسينيات من قبل الكيميائي الألماني كارل زيغلر الذي حضره بإجراء البلمرة بحضور وسطاء عضوية معدنية ذات انتقائية عالية حيث تصطف السلاسل البوليمرية بدرجات أعلى من التبلور مما يعطي كثافة ودرجة انصهار أعلى نسبياً 

للبولي إيثيلين خصائص متعددة إذ أن له كثافة منخفضة كما أنه مقاوم للتغيرات الحرارية ويعتمد على درجة التبلور إضافة إلى أنه ذو ثابت عزل كهربائي عالي يصل إلى حوالي 1018 أوم/سم كما أن قابليته لامتصاص الماء منخفضة جداًوهو ذو قابلية جيدة للاحتراق 

إن البولي ايثيلين بشكل عام غير قابل للانحلال عند درجة حرارة الغرفة 

يصنع البولي ايثيلين C₂H₄)_n) من الإيثيلين C2H4، وهو مركبٌ يشتق من غازٍ طبيعيٍّ أو نفطٍ، وهو أساسًا مركبٌ كيميائيٌّ ذو تلدن حراري قابلة للتغير، يمكن صهره وتشكيله حسب المرغوب، ما يجعله قابلًا لإعادة الاستعمال كما أنه قليلُ التكلفة. يعد النوع الأكثر انتشارًا وأهميةً حول العالم من بين كل أنواع البلاستيك المختلفة (عشرات ملايين الأطنان تنتج عالميًا كل عام)..

في شكله الطبيعي، يكون البولي ايثيلين نقيًّا شفافًا يميل إلى البياض عند ازدياد كمية البلورات. يستخدم في الأغلفة البلاستيكية، والأكياس البلاستيكية والعبوات البلاستيكية، ويمكن إضافة ملونات إليه. يتحلل بالأشعة فوق البنفسجية، لذلك يضاف إليه 2 -3% من بودرة الكربون السوداء عند استخدامه في ضوء الشمس. تعتبر خواص المقاومة الكيميائية للبولي إيثيلين ممتازةً، وتغطي قطاعًا واسعًا من الكيميائيات. .

إن البولي إيثيلين في شكله الصلب ليس سامًا، فهو غالبًا ما يستعمل في تغليف الأطعمة، لكن قد يصبح سامًّا عند تعرضه للحرارة أو تسربه إلى الجلد أو تعرض العيون له بشكل بخارٍ أو سائلٍ (التعرض خلال عمليات التصنيع). لذلك ينبغي الحذر واتباع إرشادات الحماية بدقةٍ عند تذويبه بشكلٍ خاصٍّ.

كان البولي ايثيلين قليل الكثافة، هو أول ما تم إنتاجه عام 1933 في إنكلترا من قبل شركة الكيماويات البريطانيّة Imperial Chemical Industries أو ICI اختصارًا، خلال دراسات عن تأثيرات الضغط الشديد على بلمرة البولي إيثيلين. مُنحت ICI براءة اختراع على عمليتها تلك عام 1937، وبدأت الإنتاج التجاري عام 1939، أما الاستخدام الأول الفعليّ فكان بصورة عوازل في كابلات الرادار خلال الحرب العالمية الثانية.

في عام 1930، اكتشف الكيميائي الأمريكي كارل شيب مارفل (Carl Shipp Marvel) الذي عمل لدى شركة E.I. du Pont de Nemours & Company (شركة حاليًّا DuPont)، المادة عالية الكثافة، لكن فشلت الشركة في التعرف على إمكانية المنتج. تُرك الأمر لكارل تسيغلر (Karl Ziegler) ليكسب براءة اختراع البولي ايثيلين الخطي منخفض الكثافة (LLDPE)؛ الذي أنتجه تسيغلر فعليًّا مع إيرهارد هولزكامب (Erhard Holzkamp) عام 1953، وفيما بعد طور الكيميائي الإيطالي جوليو ناتا (Giulio Natta) العملية، واليوم تعرف المركبات بمحفزات زتسيغلر وناتا.

يذكر أن تسيغلر نال جائزة نوبل في الكيمياء عام 1963. ومنذ ذلك الوقت وباستخدام محفزات مختلفة وطرق صناعية كيميائية، أنتج العلماء البولي ايثيلين بخصائص وبنى متنوعة، على سبيل المثال أنتجت شركة Phillips Petroleum Company الأمريكيّة آنذاك البولي ايثيلين الخطي منخفض الكثافة (LLDPE) عام 1968. .

يصنف البولي إيتيلين كواحدٍ من عدة مركبات رئيسية وأشهرها LDPE وLLDP وHDPE والبولي بروبيلين فائق الوزن الجزيئي العالي، والبولي إيتيلين متوسط الكثافة MDPE، والبولي إيتيلين فائق الوزن الجزيئي المنخفض ULMWPE أو PE-WAX، والبولي إيتيلين عالي الوزن الجزيئي HMWPE، والبولي إيتيلين عالي الكثافة المتشابك HDXLPE، والبولي إيتيلين المتشابك PEX، والبولي إيتيلين منخفض الكثافة جدًا VLDPE والبولي إيتيلين المكلور CPE.

تتنوع درجة تشعب وتبلور منتج البولي ايثيلين في السلوك والخواص، فالبولي إيتيلين قليل الكثافة يتميز بصلابةٍ جيدةٍ (إمكانية تشكيله بدون كسره) وباستطالةٍ ممتازةٍ (القدرة على التمدد) حيث يمكن تمديده حتى 6 أضعاف من طوله الأصلي قبل الكسر، ما يجعله قابلًا للتشكيل وصنع العبوات والصفائح والأنابيب والأحواض، أما UHMWPE فيستخدم لأجزاء الآلات؛ حيث يتطلب الأمر مادة ذات تحملٍ عالٍ واحتكاكٍ منخفضٍ، وعادةً ما يستخدم البولي إيتيلين عالي الكثافة (HDPE) والأكثر تبلورًا وذو الكثافة المرتفعة في ظروفٍ مختلفةٍ تمامًا عن البولي إيتيلين قليل الكثافة LDPE؛ فمثلًا، يستخدم LDPE كثيرًا في التعبئة والتغليف البلاستيكي كالأكياس البلاستيكية، وبالمقابل يستعمل HDPE في مجال البناء مثل استخدامه كأنبوب تصريفٍ.