۲-۴٫ پلیمرهای مورد استفاده در بسته­بندی مواد غذایی
پلاستیک­ها با توجه به ساختار و نوع آن­ها به ۶ گروه تقسیم ­بندی می­‌شوند. این گروه­ ها شامل۱- پلی‌اتیلن^[۷] ۲- پلی‌پروپیلن^[۸] ۳- پلی‌استایرن^[۹] ۴- پلی‌اتیلن ترفتالات^[۱۰] ۵- پلی‌آمید^[۱۱] ۶- پلی‌وینیل کلراید^[۱۲] (PVC) می­ شود.
۲-۴-۱٫ پلی‌اتیلن (PE)
نقطه ذوب و دمای تبدیل شیشه‌ای این پلیمر به ترتیب ۱۴۰ و ۱۱۰- درجه سانتی‌گراد است. نام­های دیگر آن پلی­اتن، لوپولن، هولستان^[۱۳]، مارلکس^[۱۴]، ملتیلن^[۱۵] ، آرلتون^[۱۶] نوواکس^[۱۷] است و مونومر سازنده آن اتیلن می­باشد. حلال در تولوئن، سیکلوهگزان، زایلن بوده و دانسیته آن ۹۱۰/۰ تا ۹۶۵/۰ گرم بر سانتیمتر مکعب است. پلی­اتیلن در شعله می­سوزد و بعد از حذف شعله همچنان به سوختن ادامه می­دهد. شعله زرد متمایل به نارنجی با پایه آبی دارد. تقریبأ بدون دود می­سوزد. به راحتی در شعله چکه می­ کند. بوی سوختن آن شبیه شمع در حال سوختن (پارافین) است. شکل ۲-۴ ساختار پلی­اتیلن را نشان می­دهد.
شکل ۲-۴. ساختار پلی­اتیلن PE
تولید پلی­اتیلن
پلی­اتیلن (PE) با پلیمریزاسیون گاز اتیلن، تحت فشار و دمای بالا و در حضور کاتالیست تولید می­ شود. در طول واکنش مولکول­های اتیلن به صورت زنجیره­هایی به طول ۵۰ تا ۵۰۰۰۰ واحد (مونومر) تبدیل می­شوند و گاز اتیلن به یک ماده جامد سفید رنگ تغییر حالت می­دهد. پر کاربرد­ترین کاتالیزور برای تولید پلی­اتیلن زیگلرناتا^[۱۸] است که ترکیبی از آلکیل­های آلومینیوم و هالیدهای تیتان است. مهم­‌ترین ویژگی­‌های ذاتی پلی­اتیلن­‌های تجاری برای کاربرد­های اصلی عبارت‌اند از: ۱- چگالی۲- نمایه مذاب یا شاخص جریان مذاب (^[۱۹]MFI ) ۳- توزیع وزن مولکولی.

چگالی
چگالی انواع پلی­اتیلن‌ها در محدوده ۹۱/۰ تا ۹۶۵/۰ قرار دارد و علت اینکه آن را تا سه رقم اعشار ذکر می‌­کنند این است که ۰۰۳/۰ تغییر در چگالی باعث تغییر قابل توجهی در ویژگی‌ها می­‌شود. به طور کلی با افزایش چگالی، خطی بودن، سفتی، استحکام کششی، استحکام پارگی، دمای نرم شدن، شکنندگی، عمر خمشی، تمایل به ترک برداشتن افزایش می­‌یابد. پلی­اتیلن‌­ها بسته به چگالی، به گونه­ های اصلی به نام­های پلی­اتیلن با چگالی زیاد^[۲۰]، پلی­اتیلن با چگالی کم^[۲۱] پلی­اتیلن با چگالی کم خطی^[۲۲]، پلی­اتیلن با چگالی متوسط^[۲۳]، پلی اتیلن باچگالی بسیار زیاد^[۲۴] تقسیم می­‌شوند.
نمایه مذاب یا شاخص جریان مذاب (MFI) Melt Flow Index
کاربردی‌­ترین نشانه ارتباط دهنده ویژگی‌­های پلی­اتیلن، متوسط وزن مولکولی است. نمایه مذاب، وزن (گرم) پلی­اتیلنی است که در عرض ده دقیقه از میان یک روزنه ثابت در دمای ۱۹۰ درجه سانتی ­گراد بیرون می­‌آید، و این در حالی است که وزنه استانداردی بر روی پیستون محفظه رانش که حاوی سه گرم پلی­اتیلن است، قرار دارد. نمایه مذاب تا حدودی (اما نه دقیق) نسبت معکوس با گرانروی مذاب دارد. بنابراین با افزایش وزن مولکولی متوسط، کاهش می­‌یابد. نمایه مذاب بیشتر، نشان دهنده روانی بیشتر در دماهای فرآوری است. این نماد در اصل برای نشان دادن ویژگی‌های سیلانی (روانی) به عنوان معیاری از قابلیت اکسترود شدن است. به طور کلی با افزایش نمایه مذاب، استحکام کششی، مقاومت پارگی، دمای نرم شدن و چقرمگی پلی­اتیلن کاهش می­‌یابد.
توزیع وزن مولکولی
توزیع وزن مولکولی، وزن مولکولی به تعداد آن (Mw/Mn) نیز اثر بارزی بر روی ویژگی­ها دارد. با افزایش نسبت Mw/Mn استحکام کششی، دمای نرم شدن و چقرمگی کاهش می­‌یابد و شکنندگی و تمایل به ترک برداشتن افزایش می­‌یابد.
انواع پلی­اتیلن
ضمن انجام واکنش پلیمریزاسیون، تعدادی شاخه جانبی نیز در طول زنجیره اصلی ایجاد می­ شود که تفاوت تعداد و طول این زنجیره­های جانبی باعث به وجود آمدن چند نوع پلی­اتیلن می­ شود که در زیر به آنها اشاره می­ شود.
پلی­اتیلن باتراکم بالا (پلی­اتیلن سنگین یا پلی­اتیلن نرم) HDPE
هرگاه در طی فرایند پلیمریزاسیون پلی­اتیلن تعداد زنجیره­های جانبی کم و طول آنها کوتاه باشد (بین ۲ تا ۴ اتم) امکان نزدیک شدن زنجیره­های اصلی به یکدیگر و تشکیل ساختار بلوری (با سرد شدن مذاب پلی­اتیلن) به وجود می ­آید که به این نوع پلی­اتیلن، HDPE می­گویند.، بلورینگی این پلیمر ۸۰ تا ۹۵ درصد است و چگالی این محصول بالای ۹۴۱/. گرم بر متر مکعب می­باشد. این محصول در سال ۱۹۳۹ به صورت تجاری به بازار عرضه شد، این پلیمر در درجه حرارت ۱۸۰ تا ۲۰۰ درجه سانتی گراد و در فشاری بین ۱۰۰۰ تا ۲۰۰۰ اتمسفر تولید و در درجه حرارت ۱۱۰ درجه سانتی ­گراد ذوب می­ شود. از مهم­ترین ویژگی­های HDPE که سبب کاربرد وسیع آن شده است می­توان به هزینه پائین تولید، فرایند پذیری آسان و نفوذ ناپذیری خوب در برابر رطوبت اشاره کرد از دیگر خواص آن می­توان به مطالب زیر اشاره کرد: اشیاء ساخته شده از این پلیمر دارای خواص عمومی خوب، حالت نرمش زیاد، سطح خارجی سخت، مقاومت الکتریکی خوب و بدون بو و مزه و دارای خواص شیمیایی مقاوم در برابر اسید ها، باز ها، الکل­ها و مقاومت کم در مقابل اتر، کتون، استر، روغن، چربی می­باشد. ازمعایب آن می­توان به نفوذ پذیری بالا در برابر اکسیژن، هیدروژن، بو، عطر­ها، نرمی و نقطه نرمی پائین اشاره کرد. کاربرد­های آن شامل ظروف خانگی، اسباب بازی، لوازم پزشکی، فیلم­ها و ظروف بستی­بندی، بطری­های قالب گیری شده دمشی و انواع قالب گیری تزریقی می­باشد (شکل۲-۵).
شکل۲-۵. HDPE
پلی اتیلن با تراکم پایین (پلی اتیلن سبک یا پلی اتیلن سخت) LDPE
هرگاه در طی فرایند پلیمریزاسیون پلی­اتیلن تعداد زنجیره­های جانبی زیاد و طول آنها متوسط و بلند باشد، امکان نزدیک شدن زنجیره­های اصلی به یکدیگر کاهش می­یابد و بی نظمی آنها (با سرد شدن مذاب پلی اتیلن) افزایش می­یابد که به این نوع پلی اتیلن، LDPE می­گویند.؛ بلورینگی این پلیمر ۵۰ تا ۷۰ درصد است و چگالی این محصول بین ۹۱۰/. تا ۹۲۵/. گرم بر متر مکعب می­باشد. این محصول در سال ۱۹۵۵ به صورت تجاری به بازار عرضه شد، این پلیمر در درجه حرارت ۵۰ تا ۸۰ درجه سانتی ­گراد و در فشاری بین ۱ تا ۴ اتمسفر تولید می­ شود. چون این پلیمر در فشار و درجه حرارت پایین تهیه می­گردد با صرفه­تر بوده و هزینه تولید کمتری دارد. این پلیمر در درجه حرارت ۱۳۰ درجه سانتی ­گراد ذوب می­ شود. مزایای آن همانند HDPE، هزینه تولید اندک، فرایند پذیری آسان و نفوذ ناپذیری خوب در برابر رطوبت است. سیل پذیری حرارتی LDPE و LLDPE در دمای بین ۱۰۶ تا ۱۱۲ درجه سانتی ­گراد است که این دما، پائین­ترین دمای نرمی پلیمرهای بسته­بندی معمول می­باشد از دیگر خواص شفافیت، تغییر طول زیاد و نرمی است. معایب آن شامل نفوذ ناپذیری کم در برابر گازها، نرمی، نقطه نرمی پائین و جریان سرد نسبتاً بالا، مقاومت خراش پائین، نفوذ بو بالا، جذب گرد و غبار (استاتیک) و مقاومت کم در برابر روغن است. حدود نیمی از LDPE و LLDPE مصرفی در بسته­بندی به صورت انواع فیلم که به دو روش دمشی و اکستروژن تولید می­شوند، مصرف می­ شود. ساخت انواع ظروف خانگی و بهداشتی مثل سطل، زنبیل، جعبه­های حمل و نقل، انواع اسباب بازی و انواع لوازم پزشکی و صنعتی از کاربردهای این پلیمر است. از دیگر کاربرد های LDPE می­توان به انواع قالب گیری­های تزریقی و دمشی برای تولید قطعات و ظروفی که نیاز به نرمی و انعطاف پذیری بالا دارند و همچنین مواردی که ظرف تحت فشار است نام برد (شکل۲-۶).
شکل۲-۶. LDPE
پلی­اتیلن نیمه متراکم (پلی­اتیلن سبک خطی) LLDPE
هرگاه در طی فرایند پلیمریزاسیون پلی­اتیلن تعداد زنجیره­های جانبی زیاد و طول آنها کوتاه باشد، پلیمر حاصل شده خواصی بین HDPE و LDPE (خواص به LDPE نزدیک تر است) را دارا می­باشد که به آن LLDPE می­گویند، بلورینگی این پلیمر ۵۰ تا ۷۰ درصد و چگالی این محصول تقریباً در محدوده چگالی LDPE (یعنی ۹۱۰/۰ تا ۹۳۰/۰ است (شکل۲-۷).
تفاوت LDPE و LLDPE به این صورت است که خواص خانواده LDPE مانند استحکام پارگی، مقاومت ضربه، کشش و انعطاف پذیری با افزایش چگالی کاهش می­یابد. هرگاه تعداد و طول زنجیره­های جانبی کاهش پیدا کند این امر سبب نزدیک شدن زنجیره­های اصلی به هم و کاهش بی­نظمی و افزایش بلورینگی و در نتیجه افزایش چگالی می­ شود. به عنوان مثال بین سختی و چگالی رابطه مستقیم وجود دارد یعنی با افزایش چگالی، سختی نیز افزایش می­یابد، همچنین مقاومت پائین LDPE در برابر روغن با افزایش چگالی بهبود می­یابد. فیلم پلی­اتیلن به تنهایی نمی­تواند خلاء را نگه دارد زیرا مقاومت آن در برابر نفوذ گازها کم است و این مشکل نیز در LLDPE با نزدیک شدن زنجیره­های اصلی به هم کمتر دیده می­ شود. محدودیت­های دیگر LDPE نظیر مقاومت خراش پائین، نفوذ بوی بالا، جذب گرد و غبار (استاتیک) و مقاومت کم در برابر روغن­ها نیز در LLDPE کمی بهبود می­یابد. از مهم­ترین کاربرد­های LLDPE فیلم­های استرچ است که برای نگهداری بارها در حمل و نقل استفاده می­ شود. اتیلن وینیل استات نیز یکی دیگر از مواد لفاف پیچی پر مصرف است. همچنین فیلم­های شرینگ نیز برای لفاف پیچی کلی محصولات و یا نگهداری چند واحد با یکدیگر برای حمل و نقل استفاده می­شوند.
شکل۲-۷. LLDPE
پلی­اتیلن با دانسیته متوسط MDPE
MDPE در تولید لوله­های پلاستیکی و اتصالات لوله کشی استفاده می­ شود.
پلی-اتیلن با وزن مولکولی بسیار بالا HMWPE
این پلیمر با وزن مولکولی ۳ تا ۶ میلیون، با بهره گرفتن از پلیمریزاسیون کاتالیزور متالوسن تهیه می­ شود. UHMWPE برای ساخت فیبر­های (الیاف) بسیار قوی برای جایگزینی کولار، برای استفاده در جلیقه­های ضدگلوله به کار می­رود. همچنین ورقه­های بزرگ این پلیمر، به جای یخ برای زمین­های یخی اسکیت و هاکی روی یخ استفاده می­ شود.
از مزایای پلی­اتیلن­ها به طور کلی ۱- قیمت پایین ۲- خواص الکتریکی مطلوب ۳- مقاومت شیمیایی بالا ۴- شفافیت مناسب در فیلم های نازک ۵- بدون بوی زننده و سمیت ۶- نفوذ ناپذیری خوب در برابر آب در هنگام استفاده در بسته بندی و در کاربردهای کشاورزی و ساختمانی است.
از معایب آن نیز می­توان به موارد ذیل اشاره کرد:
۱- مورد اکسیداسیون قرار می­گیرد؛
۲- در حالت توده، کدر می­ شود؛
۳- ظاهر شبیه به پارافین دارد؛
۴- مقاومت کم در مقابل خراشیدن دارد.
جدول۲-۳. اطلاعات دمایی و دانسیته انواع پلی­اتیلن