پروژه کارآفرینی بازیافت و تولید لوله و ظروف پلی اتیلنی

- 1 مقدمه :

پلی اتیلن یا پلی اتن یکی از ساده‌ترین و ارزانترین پلیمرها است. پلی اتیلن جامدی مومی و غیر فعال است. این ماده از پلیمریزاسیون اتیلن بدست می‌آید و بطور خلاصه بصورت PE نشان داده می‌شود. مولکول اتیلن(   )دارای یک بند دو گانه C=C است. در فرایند پلیمریزاسیون بند دو گانه هر یک از مونومرها شکسته شده و بجای آن پیوند ساده‌ای بین اتم‌های کربن مونومرها ایجاد می‌شود و محصول ایجاد شده یک درشت‌مولکول است.  از فیلم های پلی اتیلنی برای بسته بندی مواد غذایی، البسه، کیسه‌های پلاستیکی، فیلم های محافظ درکاربردهای ساختمانی، عایق های رطوبت، گلخانه ها، پوششهای صندلی اتومبیلهای نو، تارپولین ها و غیره استفاده کرد. از کاربردهای دیگر آن می‌توان به استفاده از آن در عایق های الکتریکی کابلها وسیمها، ظروف خانگی، قطعات مختلف مصرفی در صنایع خودروسازی، قطعات تزریقی، انواع لوله ها، مخزنهای نگهداری مواد شیمیایی و تجهیزات آزمایشگاهی و از پودر آن برای بهبود خواص مختلف رزین های گرمانرم و گرماسخت و غیره اشاره کرد. بررسی میزان تاثیر ضربه قوچ در لوله های پلی اتیلن ضربه قوچ و روش محاسبه آن    ضربه قوچ در اثر بستن و یا باز کردن ناگهانی و یا تدریجی شیر تغذیه کننده لوله و یا دریچه و یا سوپاپ موجود در قسمت انتهای لوله حامل سیال تحت فشار ، ایجاد می شود که با تغییرات سرعت و تغییر اندازه حرکت همراه  و سبب ایجاد یک افزایش فشار و یا کاهش فشار در لوله می گردد و بصورت موج منفی و مثبت با سرعتی که به سرعت موج موسوم است در طول لوله پیش می رود .

1 – 2 نام کامل طرح و محل اجرای آن :

بازیافت و تولید ظروف پلی اتیلنی

محل اجرا :

1 – 3 – مشخصات متقاضیان :

1 – 4 – دلایل انتخاب طرح :

توجه به خودکفایی این صنعت و همجنین نیاز بازار داخلی به تولید این محصول با توجه به این که بازیافت و تولید ظروف پلی اتیلنی می تواند به رشد و شکوفایی اقتصادی کشور کمکی هر چند کوچک نماید و با در نظر گرفتن علاقه خود به فعالیت های صنعتی این طرح را برای اجرا انتخاب کرده ام.

1 – 5 میزان مفید بودن طرح برای جامعه :

این طرح از جهات گوناگون برای جامعه مفید است ، شکوفایی اقتصادی و خودکفایی در تولید یکی از محصولات ، سوددهی و بهبود وضعیت اقتصادی ، اشتغالزایی ، استفاده از نیروی انسانی متخصص در پرورش کالای داخلی و بهره گیری از سرمایه ها و داشته های انسانی در بالندگی کشور .

1 – 6  - وضعیت و میزان اشتغالزایی :

تعداد اشتغالزایی این طرح 86 نفر میباشد .

تاریخچه و سابقه مختصر طرح :

تاریخچه تولید پلی اتیلن

پلی اتیلن اولین بار بطور اتفاقی توسط شیمیدان آلمانی "Hans Von Pechmanv" سنتز شد. او در سال 1898 هنگام حرارت دادن دی آزومتان ، ترکیب مومی شکل سفیدی را سنتز کرد که بعدها پلی اتیلن نام گرفت. اولین روش سنتز صنعتی پلی اتیلن بطور تصادفی توسط "ازیک ناوست" و "رینولرگیسون" از شیمیدان‌های ICI در 1933 کشف شد. این دو دانشمند با حرارت دادن مخلوط اتیلن و بنزالدئید در فشار بالا ، ماده‌ای موم‌مانند بدست آوردند.

علت این واکنش وجود ناخالصی‌های اکسیژن‌دار در دستگاه‌های مورد استفاده بود که بعنوان ماده آغازگر پلیمریزاسیون عمل کرده بود. در سال 1935 "مایکل پرین" یکی دیگر از دانشمندهای ICI این روش را توسعه داد و تحت فشار بالا پلی‌اتیلن را سنتز کرد که این روش اساسی برای تولید صنعتی LDPE در سال 1939 شد.

استفاده از انواع کاتالیزورها در سنتز پلی‌اتیلن

اتفاق مهم در سنتز پلی اتیلن ، کشف چندین کاتالیزور جدید بود که پلیمریزاسیون اتیلن را در دما و فشار ملایم‌تری نسبت به روش‌های دیگر امکان‌پذیر می‌کرد. اولین کاتالیزور کشف شده در این زمینه تری اکسید کروم بود که در 1951 ، "روبرت بانکس" و "جان هوسن" در شرکت فیلیپس تپرولیوم آنرا کشف کردند. در 1953 ، "کارل زیگلر" شیمیدان آلمانی سیستم‌های کاتالیزور شامل هالیدهای تیتان و ترکیبات آلی آلومینیوم‌دار را توسعه داد.

این کاتالیزورها در شرایط ملایم‌تری نسبت به کاتالیزورهای فیلیپس قابل استفاده بودند و همچنین پلی اتیلن یک آرایش (با ساختار منظم) تولید می‌کردند. سومین نوع سیستم کاتالیزوری استفاده از ترکیبات متالوسن بود که در سال 1976 در آلمان توسط "والتر کامینیکی" و "هانس ژوژسین" تولید شد. کاتالیزورهای زیگلر و متالوسن از لحاظ کارکرد بسیار انعطاف‌پذیر هستند و در فرایند کوپلیمریزاسیون اتیلن با سایر اولفین‌ها که اساس تولید پلیمرهای مهمی مثل VLDPE و LLDPE و MDPE هستند، مورد استفاده قرار می‌گیرند.

اخیرا کاتالیزوری از خانواده متالوین‌ها با قابلیت استفاده بالا برای پلیمریزاسیون پلی اتیلن به نام زیرکونوسن دی کلرید ساخته شده است که امکان تولید پلیمر با ساختار بلوری (تک آرایش) بالا را می‌دهد. همچنین نوع دیگری از کاتالیزورها به نام کمپلکس ایمینوفتالات با فلزات گروه ششم مورد توجه قرار گرفته است که کارکرد بالاتری نسبت به متالوسن‌ها نشان می‌دهند.

انواع پلی اتیلن

طبقه‌بندی پلی اتیلن‌ها بر اساس دانسیته آنها صورت می‌گیرد که در مقدار دانسیته اندازه زنجیر پلیمری و نوع و تعداد شاخه‌های موجود در زنجیر دخالت دارد.

HDPE( پلی‌اتیلن با دانسیته بالا)

این پلی‌اتیلن دارای زنجیر پلیمری بدون شاخه است بنابراین نیروی بین مولکولی در زنجیرها بالا و استحکام کششی آن بیشتر از بقیه پلی اتیلن‌ها است. شرایط واکنش و نوع کاتالیزور مورد استفاده در تولید پلی اتیلن HDPE موثر است. برای تولید پلی‌اتیلن بدون شاخه معمولا از روش پلیمریزاسیون با کاتالیزور زیگلر- ناتا استفاده می‌شود.

LDPE (پلی‌اتیلن با دانسیته پایین)

این پلی‌ اتیلن دارای زنجیری شاخه‌دار است بنابراین زنجیرهای LDPE نمی‌توانند بخوبی با یکدیگر پیوند برقرار کنند و دارای نیروی بین مولکولی ضعیف و استحکام کششی کمتری است. این نوع پلی ‌اتیلن معمولا با روش پلیمریزاسیون رادیکالی تولید می‌شود. از خصوصیات این پلیمر ، انعطاف‌پذیری و امکان تجزیه بوسیله میکروارگانیسمها است.

LLDPE (پلی اتیلن خطی با دانسیته پایین)

این پلی ‌اتیلن یک پلیمر خطی با تعدادی شاخه‌های کوتاه است و معمولا از کوپلیمریزاسیون اتیلن با آلکن‌های بلند زنجیر ایجاد می‌شود.

MDPEپلی اتیلن با دانسیته متوسط است.

پلی‌اتیلن کاربرد فراوانی در تولید انواع لوازم پلاستیکی مورد استفاده در آشپزخانه و صنایع غذایی دارد. از LDPE در تولید ظروف پلاستیکی سبک و همچنین کیسه‌های پلاستیکی استفاده می‌شود. HDPE ، در تولید ظروف شیر و مایعات و انواع وسایل پلاستیکی آشپزخانه کاربرد دارد. در تولید لوله‌های پلاستیکی و اتصالات لوله‌کشی معمولا از MDPE استفاده می‌کنند.

LLDPE بدلیل بالا بودن میزان انعطاف‌پذیری در تهیه انواع وسایل پلاستیکی انعطاف‌پذیر مانند لوله‌هایی با قابلیت خم شدن کاربرد دارد. اخیرا پژوهش‌های فراوانی در تولید پلی اتیلن‌هایی با زنجیر بلند و دارای شاخه‌های کوتاه انجام شده است. این پلی اتیلن‌ها در اصل HDPE با تعدادی شاخه‌های جانبی هستند. این پلی اتیلن‌ها ترکیبی ، استحکام HDPE و انعطاف‌پذیری LDPE را دارند. پلی‌اتیلن‌ها خانواده‌ای از گرمانرم‌ها می‌باشند که از طریق پلیمریزاسیون گاز اتیلن ( C2H4 ) بدست می‌آیند . از طریق کاتالیست و روش پلیمریزاسیون این ماده می‌توان خواص مختلفی همچون چگالی، شاخص جریان مذاب (MFI) ، بلورینگی، درجه شاخه‌ای و شبکه‌ای شدن، وزن مولکولی و توزیع وزن مولکولی را در آنها کنترل کرد. پلیمرهای با وزن مولکولی پائین را به عنوان روان کننده(Lubricant) به کار می‌برند. پلیمرهای با وزن مولکولی متوسط واکس هایی امتزاج پذیر (مخلوط پذیر) با پارافین می‌باشند و نهایتا پلیمرهایی با وزن مولکولی بالاتر از 6000 در صنعت پلاستیک بیشترین حجم مصرف را به خود اختصاص می‌دهند. پلی اتیلن شامل ساختار بسیار ساده‌ای است ، به طوری که ساده تر از تمام پلیمرهای تجاری می‌باشد . یک مولکول پلی اتیلن زنجیر بلندی از اتم های کربن است که به هر اتم کربن دو اتم هیدروژن چسبیده است.

گاهی اوقات به جای اتم های هیدروژن در مولکول(پلی اتیلن)، یک زنجیر بلند از اتیلن به اتم های کربن متصل می‌شود که به آنها پلی اتیلن شاخه‌ای یا پلی اتیلن سبک (LDPE) می‌گویند؛ چون چگالی آن به علت اشغال حجم بیشتر، کاهش یافته است. در این نوع پلی اتیلن مولکولهای اتیلن به شکل تصادفی به یکدیگر متصل می‌شوند و ریخت و شکل بسیار نامنظمی را ایجاد می‌کنند. چگالی آن بین 910/0 تا 925/. است و تحت فشار و دمای بالا و اغلب با استفاده از پلیمریزاسیون رادیکال آزاد وینیلی (Free radical polymerization) تولید می‌شود. البته برای تهیهء آن می‌توان از پلیمریزاسیون زیگلر ناتا (Ziegler-Natta polymerization)نیز استفاده کرد شکل آن به صورت زیر است :

وقتی هیچ شاخه‌ای در مولکول وجود نداشته باشد آن را پلی اتیلن خطی (HDPE) می نامند. پلی اتیلن خطی سخت تر از پلی اتیلن شاخه‌ای است اما پلی اتیلن شاخه‌ای آسانتر و ارزانتر ساخته می‌شود. ریخت و شکل این پلیمر بسیار کریستالی شکل است. پلی اتیلن خطی محصول نرمالی با وزن مولکولی 200000-500000 است که آن را تحت فشار و دماهای نسبتاً پائین پلیمریزه می‌کنند. چگالی آن بین 941/0 تا 965/0 است و آن را بیشتر به وسیلهء فرآیند مشکلی که پلیمریزاسیون زیگلر ناتا نامیده می‌شود، تهیه می‌کنند. شکل این پلی اتیلن را در تصویر بالا می‌توانید مشاهده کنید. پلی اتیلنی نیز وجود دارد که چگالی آن مابین چگالی این دو پلیمر است یعنی در محدودهء 926/0 تا 940/0 ؛ و آن را پلی اتیلن نیمه سنگین یا متوسط می نامند. پلی اتیلن با وزن مولکولی بین 3 تا 6 میلیون را پلی اتیلن با وزن مولکولی بسیار بالا یا UHMWPE می نامند و با پلیمریزاسیون کاتالیست متالوسن تولید می‌کنند. مادهء مذبور فرآیند پذیری دشوارتری برخوردار بوده ولی خواص آن عالی است. هنگامی که از طریق تشعشع یا استفاده از مواد افزودنی شیمیایی ، این پلیمر تماما شبکه‌ای شود، پلی اتیلن یاد شده دیگر گرما نرم نخواهد بود. این ماده با پخت حین قالب گیری یا بعد از آن یک گرما سخت واقعی با استحکام کششی، خواص الکتریکی و استحکام ضربهء خوب در دامنهء وسیعی از دماها خواهد بود. از آن برای ساخت فیبرهای بسیار قوی استفاده می‌کنند تا جایگزین کولار (نوعی پلی آمید)در جلیقه‌های ضد گلوله کنند ؛ و همچنین صفحات بزرگ آن را می‌توان به جای زمین های اسکیت یخی استفاده کرد. به وسیلهء کوپلیمریزاسیون مونومراتیلن با یک مونومر آلکیل شاخه دار، کوپلیمری با شاخه‌های هیدروکربن کوتاه بدست می‌آید که آن را پلی اتیلن خطی با چگالی کم یا LLDPE می نامند و از آن اغلب برای ساخت اشیاءای شبیه فیلم های پلاستیکی ( کسیه فریزر ) استفاده می‌کنند.