تفاوت پلی اتیلن و پلی پروپیلن
پلیمرها ستون فقرات تولیدات مدرن هستند و در طول بیش از چهار دهه اخیر به دلیل تنوع خواص و سهولت پردازش، به موادی ضروری در زندگی روزمره و صنعت تبدیل شدهاند. در میان پلاستیکهای گرمانرم (ترموپلاستیک)، پلی اتیلن (Polyethylene یا PE) و پلی پروپیلن (Polypropylene یا PP) از مهمترین مواد پلیالفینی هستند که بخش قابل توجهی از بازار جهانی پلاستیک را تشکیل میدهند. با وجود تشابهات ظاهری و قرارگیری در خانواده پلیالفینها، تفاوتهای اساسی در ساختار مولکولی آنها وجود دارد که باعث شده است هر کدام در کاربردهای خاصی، از بستهبندی گرفته تا قطعات پیچیده خودرو، برتری داشته باشند.
انتخاب بین PE و PP به نیازهای دقیق مهندسی یک پروژه بستگی دارد؛ به عنوان مثال، یکی ممکن است برای انعطافپذیری و مقاومت ضربهای مناسب باشد، در حالی که دیگری برای سفتی، پایداری ابعادی در دمای بالا و مقاومت شیمیایی بهتر برتری دارد. این مقاله به بررسی کامل تفاوتهای ساختاری، خواص مکانیکی و حرارتی، و کاربردهای خاص پلی اتیلن و پلی پروپیلن میپردازد.
تفاوت در ساختار شیمیایی پلی اتیلن و پلی پروپیلن
پلی اتیلن و پلی پروپیلن هر دو از طریق فرآیند پلیمریزاسیون ترموپلاستیکها تولید میشوند. ساختار مونومرهای تشکیلدهنده، عامل اصلی تفاوت در خواص نهایی آنها است.
۱. پلی اتیلن (PE)
پلی اتیلن پلیمری است که از مونومر اتیلن (C2H4) ساخته میشود. ساختار شیمیایی آن به صورت (C2H4)n نشان داده میشود، که در آن n تعداد واحدهای اتیلن تکرار شونده در زنجیره پلیمری است. توسعه کاتالیزورهایی مانند زیگلر-ناتا (Ziegler-Natta) امکان تولید گریدهای مختلف PE با چگالی و خواص متفاوت را فراهم کرد. انواع پلی اتیلن بر اساس چگالی و ساختار: خواص PE به شدت به چگالی آن بستگی دارد.
پلی اتیلن با چگالی بالا (HDPE):
این نوع دارای زنجیرههای مولکولی خطی است و شاخههای مولکولی بسیار کمی دارد. این ساختار خطی منجر به نیروهای بین مولکولی قویتر و در نتیجه استحکام کششی بالاتر (38 MPa) نسبت به LDPE (21 MPa) میشود.
چگالی HDPE معمولاً در محدوده 0.941 تا 0.965 g/cm3 قرار دارد. HDPE مادهای قویتر، سفتتر و ماتتر است.
پلی اتیلن با چگالی کم (LDPE):
این ماده دارای زنجیرههای مولکولی منشعب است. LDPE انعطافپذیر و سخت (Tough) است.
چگالی آن پایینتر بوده، در محدوده 0.910 تا 0.940 g/cm3 است. LDPE و LLDPE میتوانند درجات مختلفی از شفافیت را نشان دهند، از نیمهشفاف تا شفاف، که برای بستهبندی مفید است.
۲. پلی پروپیلن (PP)
پلی پروپیلن از مونومر پروپیلن (C3H6) ساخته میشود. ساختار شیمیایی آن (C3H6)n است. دلیل برتری مکانیکی PP: تفاوت کلیدی PP با PE در ساختار مولکولی آن است: PP دارای یک گروه متیل (methyl group) است که به هر اتم کربن دوم در زنجیره اصلی پلیمر متصل شده است. این گروه جانبی حجیم، چرخش زنجیره را محدود میکند و باعث ایجاد نیروهای بین مولکولی قویتر میشود. نتیجه این ساختار، تولید مادهای است که به طور ذاتی قویتر، سفتتر و صلبتر از هر دو گرید HDPE و LDPE است. PP به دو نوع اصلی تقسیم میشود:
هموپلیمرها (Homopolymers): ساختاری صلب و کریستالی بالا (مانند گرید PP-1 که در یک مطالعه 167∘C نقطه ذوب داشت).
کوپلیمرها (Copolymers): با افزودن مقادیر کمی اتیلن، انعطافپذیری و مقاومت ضربهای به ویژه در دماهای پایین بهبود مییابد.
مقایسه خواص مکانیکی، حرارتی و فیزیکی پلی اتیلن و پلی پروپیلن
مقایسه PE و PP در کاربردهای صنعتی بر اساس چندین ویژگی کلیدی انجام میشود:
استحکام و سفتی (Stiffness and Strength)
PP نسبت به PE سفتی بالاتری دارد. پلی پروپیلن به دلیل ساختار منظم و گروه متیل جانبی، نسبت استحکام به چگالی بالاتری را نسبت به پلی اتیلن از خود نشان میدهد. در آزمایشهای مقایسهای انجام شده بر روی ترکیبهای پلیمری، پلی پروپیلن خالص بالاترین خواص مکانیکی از جمله استحکام کششی، استحکام شکست، مدول یانگ و سختی را نسبت به HDPE و LDPE خالص نشان داد.
سختی (Hardness): PP سختی Shore D بالاتری نسبت به HDPE و LDPE دارد. در یک مطالعه، ترکیب HDPE:PP (20:80) بالاترین سختی Shore D (77) را به ثبت رساند.
استحکام کششی (Tensile Strength): استحکام کششی PP معمولاً بین 25 تا 40 MPa است. اگرچه HDPE استحکام کششی بالاتر (38 MPa) نسبت به LDPE (21 MPa) دارد، اما PP (با گروه متیل) به دلیل محدودیت در چرخش زنجیره، مادهای قویتر تلقی میشود.
انعطافپذیری و مقاومت ضربهای (Flexibility and Impact Resistance)
PE انعطافپذیرتر است. پلی اتیلن، به ویژه گریدهای LDPE و LLDPE، برای کاربردهایی که نیاز به انعطافپذیری و کشش دارند (مانند فیلمها و ورقها) مناسبتر است. توانایی HDPE در خم شدن بدون شکستن نیز عامل مهمی برای کاربردهایی است که نیاز به انعطافپذیری دارند. PP در برابر خستگی خمشی (Flexural Fatigue) عالی است. PP به دلیل مقاومت خوب در برابر خستگی، برای تولید لولاهای زنده (living hinges) و قطعات فشاری-قفلشونده (snap-fit) در خودرو و سایر محصولات مصرفی ایدهآل است. مقاومت ضربهای: به طور کلی، PE (به ویژه گریدهای LDPE و LLDPE) مقاومت ضربهای بالاتر و چقرمگی بهتری در مقایسه با PP دارد.
مقاومت حرارتی و نقطه ذوب
این مهمترین تمایز بین این دو پلیمر است. PP دارای مقاومت حرارتی بالاتری است.
| مشخصه حرارتی | پلی اتیلن (PE) | پلی پروپیلن (PP) |
| نقطه ذوب | پایینتر: HDPE حدود 131.8∘C | بالاتر: معمولاً 160∘C تا 170∘C (تا 171∘C) |
| مقاومت در برابر آب جوش | HDPE نمیتواند شرایط استاندارد اتوکلاو را تحمل کند | ذوب نمیشود؛ برای ظروف Hot-Fill مناسب است |
| قابلیت استریل شدن | نامناسب | مناسب (تحمل استریلیزاسیون بخار در 121∘C) |
| دامنه پردازش مذاب | HDPE: 0.1−3 g/10 min (MFI) | PP: 1−50 g/10 min (MFI) |
اهمیت نقطه ذوب:
- نقطه ذوب بالاتر PP (حدود 160∘C تا 170∘C) آن را برای بستهبندی با قابلیت پر شدن داغ (Hot-Fill) و ابزارهای پزشکی که نیاز به استریلیزاسیون مکرر با بخار در دمای 121∘C (اتوکلاو) دارند، ایدهآل میکند.
- PP همچنین برای کاربردهای لولهکشی آب گرم (PP-R/PP-RCT) مهندسی شده است که میتواند قرارگیری مداوم در معرض دمای 70∘C تا 95∘C را تحمل کند.
چگالی و وزن
PP به طور کلی سبکتر است. چگالی PP معمولاً بین 0.89 تا 0.91 g/cm3 است. در مقابل، چگالی HDPE بالاتر است و در محدوده 0.941 تا 0.965 g/cm3 قرار میگیرد. PP با چگالی 0.905 g/cm3 از چگالی 0.964 g/cm3 برای HDPE پایینتر است. این سبکی یک مزیت مهم در صنایعی مانند خودروسازی است.مقاومت در برابر خزش (Creep Resistance)
مقاومت شیمیایی و رفتار در برابر آتش
مقاومت شیمیایی
هر دو پلی اتیلن و پلی پروپیلن به دلیل ماهیت پلیالفینی، مقاومت شیمیایی خوبی در برابر بسیاری از اسیدها، قلیاها و رطوبت دارند. با این حال، تفاوتهای ظریفی وجود دارد:
- پلی پروپیلن (PP): به طور کلی مقاومت شیمیایی PP در برابر اکثر اسیدها و قلیاها عالی توصیف شده است.
- پلی اتیلن (PE):
- اکسیدکنندهها: اکسیدکنندهها (مانند اسید نیتریک غلیظ یا پراکسید هیدروژن غلیظ) تنها گروه موادی هستند که قادر به تخریب شیمیایی پلی اتیلن هستند. این اثرات ممکن است تدریجی باشد، اما برای قرارگیری طولانیمدت باید بررسی شوند. به عنوان مثال، اسید نیتریک 95−98 با هر دو گرید LDPE و HDPE در 20∘C و 50∘C، عدم مقاومت (C/C) نشان میدهد.
- حلالهای آروماتیک: برخی حلالها (مانند بنزن و زایلن) توسط پلی اتیلن جذب میشوند که باعث تورم، نرم شدن و از دست دادن استحکام کششی میشوند. برای مثال، بنزن با HDPE، LDPE و PP در 20∘C و 50∘C هیچ مقاومتی (–) یا مقاومت ضعیفی (-) ندارد.
- استون: HDPE و PP در 20∘C مقاومت خیلی خوبی (++) در برابر استون دارند، اما LDPE در 50∘C مقاومت ضعیفی (-) نشان میدهد.
- کلروفرم: PP در 20∘C مقاومت خوبی (+) دارد، در حالی که HDPE و LDPE هیچ مقاومتی در 50∘C ندارند.
اشتعالپذیری (Flammability)
هر دو PE و PP، مانند بسیاری از پلیالفینها، مواد قابل اشتعال هستند.
- شاخص اکسیژن محدودکننده (LOI): شاخص LOI برای هر دو PP و PE پایین و معادل 17 است. این نشان میدهد که برای ادامه سوختن، به محیطی با غلظت اکسیژن نسبتاً کم نیاز دارند.
- تست UL94 (استاندارد اشتعالپذیری عمودی):
- PP هنگام قرار گرفتن در معرض آتش، ذوب شده و به صورت یک مایع شفاف و شبیه به ذوب شدن یخ در میآید. این قطرات مذاب به پایین میریزند و میتوانند پنبهای را که در زیر نمونه قرار داده شده است، مشتعل کنند. این رفتار به PP رتبه V−2 را میدهد.
- رتبه V−2 نشاندهنده آن است که پلاستیک اجازه میدهد تا مواد شعلهور چکه کنند. بهبود عملکرد اشتعالپذیری در PP و PE معمولاً با افزودن مواد ضد شعله (Flame Retardants) انجام میشود.
کاربرد پلی اتیلن و پلی پروپیلن
۱. کاربردهای پلی اتیلن (PE)
پلی اتیلن به دلیل انعطافپذیری، دوام، هزینه پایین و مقاومت بالا در برابر مواد شیمیایی و رطوبت، پرکاربردترین پلاستیک در جهان است.
| نوع PE | کاربردهای اصلی | خواص کلیدی |
| HDPE | لولههای مقاوم به خوردگی (آب، گاز، فاضلاب)، بطریهای شیر/مواد شوینده، ژئوممبرانها، الوار پلاستیکی. | استحکام بالا به چگالی، دوام و مقاومت در برابر سایش، سختی بیشتر. |
| LDPE / LLDPE | کیسههای پلاستیکی و فیلمهای نازک، روکشها و آسترها، اسباببازیها، بستهبندیهای انعطافپذیر. | انعطافپذیری و کشش بالا، غیر سمی برای مواد غذایی. |
| PE به طور کلی | فوم عایق حرارتی و صوتی در ساختمانها، برزنتها و پوششهای محافظ. | جذب آب کم، مقرون به صرفه. |
۲. کاربردهای پلی پروپیلن (PP)
PP به دلیل مقاومت در برابر گرما، سفتی، و مقاومت شیمیایی خوب مورد توجه قرار گرفته است.
| کاربردهای PP | خواص کلیدی | ویژگی ها |
| صنعت خودرو | داشبورد، پنلهای ابزار، سپرها (bumper fascias) و تزئینات داخلی دربها. | چگالی کم، پایداری حرارتی و مقاومت شیمیایی. |
| بستهبندی غذا و پزشکی | ظروف تکنفره (مانند فنجان ماست)، بطریهای قابل پر شدن داغ (Hot-Fill)، و ظروف قابل استریل شدن. | ایمنی مایکروویو، غیرفرار و تحمل اتوکلاو در 121∘C. |
| لوازم خانگی و منسوجات | مبلمان، بدنه محصولات لوازم خانگی، فرش و موکت، الیاف پارچههای بیبافت (Spunbond fabric). | دوام، مقاومت در برابر لکه. |
| لولههای صنعتی | لولههای PP-R/PP-RCT برای آب گرم و سرد (تحمل 70∘C تا 95∘C). | مقاومت شیمیایی و حرارتی بالا. |
| قطعات مکانیکی | لولاهای زنده (Living Hinges) و قطعات فشاری-قفلشونده. | مقاومت عالی در برابر خستگی خمشی. Export to Sheets |
مقایسه جامع خواص پلی اتیلن و پلی پروپیلن
بر اساس دادههای ارائه شده در منابع، تفاوتهای کلیدی بین PP و PE در جدول زیر خلاصه شده است:
| ویژگی | پلی اتیلن (PE) | پلی پروپیلن (PP) |
| ساختار اصلی | زنجیره خطی (HDPE) یا شاخهای (LDPE) بدون گروههای جانبی متیل | دارای گروههای متیل جانبی که باعث سفتی میشوند |
| چگالی | بالاتر (0.930 تا 0.970 g/cm3 برای HDPE) | پایینتر (حدود 0.89 تا 0.91 g/cm3) |
| نقطه ذوب | پایینتر (حدود 120∘C تا 135∘C برای HDPE) | بالاتر (حدود 160∘C تا 170∘C) |
| سفتی و استحکام | استحکام و سفتی کمتر (خاصیت الاستیک بیشتر) | استحکام و سفتی بالاتر (به دلیل گروه متیل) |
| انعطافپذیری | بالاتر؛ قابلیت خم شدن بدون شکستن | پایینتر؛ اما مقاومت عالی در برابر خستگی خمشی (لولای زنده) |
| مقاومت شیمیایی | خوب؛ حساس به اکسیدکنندهها و جذبکننده حلالهای آروماتیک | عالی؛ مقاومت کمی بهتر در برابر حلالها و مواد شیمیایی |
| قابلیت اتوکلاو | نمیتواند تحمل کند | میتواند (در 121∘C) |
| رفتار در آتش | LOI پایین (17) | LOI پایین (17)؛ ذوب شده و قطرات شعلهور چکه میکند (رتبه V−2) |
لولهکشی و ملاحظات تخصصی پلی اتیلن و پلی پروپیلن
هر دو PE و PP به طور گسترده در ساخت لولهها به کار میروند، زیرا بادوام، مقاوم در برابر خوردگی و دارای عمر طولانی هستند. انتخاب به شرایط خاص پروژه بستگی دارد.
- PE (به ویژه HDPE) در لولهکشی: HDPE به دلیل استحکام، انعطافپذیری و مقاومت بالا در برابر سایش و خوردگی، معمولاً در ساخت لولههای فاضلاب استفاده میشود. لولههای HDPE سبک و منعطف هستند، نصب آسانی دارند و برای کاربردهای زیرزمینی که حفاری در آنها دشوار است، محبوب هستند.
- PP در لولهکشی: PP به ویژه برای سیستمهای فاضلاب ثقلی و فشاری استفاده میشود. PP مقاومت شیمیایی بسیار خوبی دارد و برای محیطهای خورنده مناسب است. لولههای PP-R نیز برای انتقال آب گرم طراحی شدهاند.
جمعبندی انتخاب مواد:
- پلی اتیلن (PE) را انتخاب کنید زمانی که: انعطافپذیری بالا، مقاومت ضربهای عالی، و عملکرد طولانیمدت در محیطهای زیرزمینی (HDPE) یا هزینه پایین برای فیلمهای نازک (LDPE) مورد نیاز است.
- پلی پروپیلن (PP) را انتخاب کنید زمانی که: سفتی و استحکام (Rigidity)، مقاومت حرارتی بالا (مانند ظروف قابل اتوکلاو یا لولههای آب گرم)، و مقاومت عالی در برابر خستگی خمشی (لولاهای زنده) مورد نیاز است.
تولید کنندگان بین المللی پلی اتیلن (Polyethylene)
پلی اتیلن (PE)، شامل گریدهای پرمصرفی چون پلی اتیلن با چگالی بالا (HDPE)، پلی اتیلن با چگالی کم (LDPE)، و پلی اتیلن با چگالی کم خطی (LLDPE) است. این ماده یکی از پرمصرفترین پلاستیکها در بازار جهانی است و تولید آن توسط شرکتهای بزرگ بینالمللی انجام میشود.
برخی از تولیدکنندگان و عرضهکنندگان بینالمللی پلی اتیلن و گریدهای مرتبط با آن عبارتند از:
• SABIC: این شرکت یک بازیگر کلیدی در بازار پلاستیک است و در سال ۲۰۲۵، ۱۱ میلیون تن متریک پلاستیک تولید کرده است. گریدهای پلی اتیلن با چگالی بالا (HDPE) و پلی اتیلن با چگالی کم (LDPE) این شرکت در مطالعات ترکیبات پلیمری نیز مورد استفاده قرار گرفتهاند (مانند گرید Sabic 8 برای HDPE و گرید Sabic 7 برای LDPE با چگالی نام این شرکت همچنین به طور مستقیم در لیست تولیدکنندگان رزینهای پلی اتیلن دیده میشود.
• FORMOSA: نام این تولیدکننده در لیست تامینکنندگان رزینهای پلی اتیلن ذکر شده است.
• LG Chem: این شرکت نیز در میان برندهای تأمینکننده رزینهای پلی اتیلن ذکر شده است.
• Chi Mei: نام این تولیدکننده در لیست برندهای تأمینکننده مواد پلی اتیلن وجود دارد.
• LOTTE: این شرکت در میان تولیدکنندگان اصلی مواد پلیمری ذکر شده است.
• Matrix Polymers, UK: این شرکت به عنوان تأمینکننده مواد پلیمری در بریتانیا شناخته میشود و مواد پلی اتیلن (مانند گرید PE-1 و PE-2) را برای قالبگیری دورانی (Rotational Moulding) تأمین کرده است.
تولید کنندگان بین المللی پلی پروپیلن (Polypropylene)
پلی پروپیلن (PP) نیز مانند پلی اتیلن، یکی از پرکاربردترین پلاستیکها است و همچنان به همراه پلی اتیلن، بازار پلاستیک جهانی را هدایت میکند. تولیدکنندگان بزرگ این ماده نیز به طور گسترده در سراسر جهان فعالیت میکنند.
بر اساس منابع، برخی از تولیدکنندگان و عرضهکنندگان بینالمللی پلی پروپیلن و گریدهای مرتبط با آن عبارتند از:
• SABIC: این شرکت به عنوان تولیدکننده کلیدی در بازار پلاستیک شناخته میشود و در تولید پلی پروپیلن نیز فعال است. گریدهای پلی پروپیلن این شرکت (مانند گرید Sabic 8 در تحقیقات پلیمری استفاده شدهاند.
• BOROUGE: این شرکت به طور خاص در لیست تولیدکنندگان رزینهای پلی پروپیلن ذکر شده است.
• FORMOSA: نام این تولیدکننده در لیست تامینکنندگان رزینهای پلی پروپیلن ذکر شده است.
• LG Chem: این شرکت در میان برندهای تأمینکننده مواد پلی پروپیلن ذکر شده است.
• Chi Mei: نام این تولیدکننده در لیست برندهای تأمینکننده مواد پلی پروپیلن وجود دارد.
• LOTTE: این شرکت در میان تولیدکنندگان اصلی مواد پلیمری ذکر شده است.
• Matrix Polymers, UK: این شرکت به عنوان تأمینکننده مواد پلیمری در بریتانیا، گریدهای پلی پروپیلن (مانند گرید PP-1 و PP-2) را برای فرآیند قالبگیری دورانی عرضه کرده است.
سوالات متداول (FAQ)
تفاوت کلیدی در مونومر و گروه جانبی است. پلی اتیلن (PE) از مونومر اتیلن تشکیل شده و فاقد شاخه جانبی است (در HDPE خطی است). پلی پروپیلن (PP) از مونومر پروپیلن ساخته شده است و دارای یک گروه متیل است که به هر اتم کربن دوم در زنجیره اصلی متصل شده است. این گروه متیل باعث میشود که PP سفتتر و دارای استحکام بهتری نسبت به PE باشد.
پلی پروپیلن (PP) مقاومت حرارتی بالاتری دارد، با نقطه ذوبی که معمولاً بین 160∘C تا 170∘C است. PP میتواند استریلیزاسیون بخار در دمای 121∘C (اتوکلاو) را تحمل کند و بنابراین برای ابزار پزشکی و آزمایشگاهی مناسب است. در مقابل، پلی اتیلن با چگالی بالا (HDPE) نمیتواند شرایط استاندارد اتوکلاو را تحمل کند.
استحکام PP بیشتر مربوط به گروه متیل حجیم آن است. این گروه جانبی چرخش زنجیره پلیمری را محدود میکند و منجر به نیروهای بین مولکولی قویتر و در نتیجه مادهای سفتتر و با استحکام کششی بالاتر میشود. در حالی که HDPE خطیتر است، نیروی بین مولکولی ناشی از گروههای متیل در PP، نسبت استحکام به چگالی بالاتری به این پلیمر میدهد.
پلی پروپیلن (PP) برای این کاربردها مناسبتر است. PP غیرفرار، ایمن در مایکروویو است و میتواند دماهای بالا در فرآیندهای پر شدن داغ (Hot-Fill) را تحمل کند. هرچند هر دو ماده برای تماس با غذا ایمن هستند، مقاومت حرارتی بالاتر PP آن را برای استریلسازی و گرم کردن ترجیح میدهد.
پلی پروپیلن (PP) مقاومت بالاتری در برابر خزش (تغییر شکل تحت بار ثابت در طول زمان) در مقایسه با PE دارد. این ویژگی برای قطعاتی که باید پایداری ابعادی خود را تحت بار حفظ کنند (مانند قطعات خودرو) بسیار مهم است.
کدوم یکی ماندگاری بیشتری دارن؟