ข้อกำหนดคุณลักษณะที่ Battery limit (๒) MO Memoir : Tuesday 2 May 2560

 
ในการผลิตพอลิเอทิลีนความหนาแน่นสูง (HDPE) ด้วยการใช้ตัวเร่งปฏิกิริยา Ziegler-Natta นั้น จะมีการใช้โมโนเมอร์ที่มีขนาดโมเลกุลใหญ่กว่าเอทิลีน (C₂H₄) ในการทำปฏิกิริยาด้วย โมโนเมอร์เหล่านั้น (เรียกว่าโคโมโนเมอร์ co-monomer) ทำให้สายโซ่พอลิเมอร์มีกิ่งยื่นออกมา สายโซ่พอลิเมอร์จึงไม่สามารถเข้าแนบชิดกันได้ ผลก็คือความหนานแน่นของพอลิเมอร์ที่ได้จะลดลง แต่ความสามารถในการรับแรงกระแทกจะดีขึ้น ความหนาแน่นจะลดต่ำลงเท่าใดนั้นขึ้นอยู่กับปริมาณของโคโมโนเมอร์และขนาดโมเลกุลของโคโมโนเมอร์ ถ้าใช้โคโมโนเมอร์ในปริมาณมาก (แต่ก็ยังเรียกว่าต่ำมากเมื่อเทียบกับปริมาณเอทิลีนที่ใช้) ความหนาแน่นของพอลิเมอร์ที่ได้ก็จะลดต่ำลง และถ้าใช้โคโมโนเมอร์ที่มีขนาดใหญ่ ก็จะสามารถลดความหนาแน่นของพอลิเมอร์ที่ได้ลงไปถึงระดับของพอลิเอทิลีนความหนาแน่นต่ำที่เรียกว่า LLDPE ที่ย่อมาจาก Linear Low Density Polyethylene หรือพอลิเอทิลีนความหนาแน่นต่ำโครงสร้างเชิงเส้น
 

โคโมโนเมอร์ที่ใช้จะเป็นพวกโอเลฟินส์ที่เรียกว่า 1-olefin หรือ -olefin คือพวกที่มีตำแหน่ง C=C อยู่ที่ตำแหน่งอะตอมคาร์บอนตัวแรก (เช่น 1-butene, 1-hexene, 4-methyl-1-pentene และ 1-octene เป็นต้น)

๔. 1-Butene

โรงงานผลิตพอลิเอทิลีนไม่ได้ผลิตพอลิเอทิลีนเพียงแค่ชนิดใดชนิดหนึ่ง แต่มีการผลิตออกแบบหลายชนิดตามการใช้งาน สำหรับโคพอลิเมอร์ที่ใช้ในปริมาณไม่มากก็อาจใช้การสร้างถังเก็บในโรงงาน แล้วสั่งเข้ามาเก็บไว้ (เช่นอาจขนมาทางรถบรรทุก) ในกรณีเช่นนี้ที่ตั้งของถังเก็บอาจจะอยู่ภายใน Battery limit (ที่เรียกว่า Inside Battery Limit หรือ ISBL) โดยจุดแบ่งขอบเขตความรับผิดชอบระหว่างตัวโรงงานและผู้นำโคโมโนเมอร์มาส่งจะอยู่ตรงจุดเชื่อมต่อระหว่างถังเก็บของโรงงานกับถังของรถที่บรรทุกมา

๕. Hexane

กระบวนการการผลิตพอลิเอทิลีนความหนาแน่นสูงนั้นพอจะแบ่งได้เป็น ๓ รูปแบบคือ gas phase, slurry phase และ solution phase แต่ละรูปแบบต่างก็มีข้อดีข้อเสียของมัน รายละเอียดของเรื่องนี้เคยเล่าไว้ใน Memoir ปีที่ ๒ วันอาทิตย์ที่ ๒๐ กันยายน ๒๕๕๒ เรื่อง "Ethylene polymerisation" เอาไว้แล้ว
 

ในการทำปฏิกิริยานั้น สารตั้งต้นและโคโมโนเมอร์จะอยู่ในเฟสแก๊ส โดยตัวเร่งปฏิกิริยาจะเป็นของแข็ง และตัวเร่งปฏิกิริยาร่วม (co-catalyst ซึ่งส่วนใหญ่ที่ใช้กันจะเป็นสารประกอบ alkyl aluminium) เป็นเฟสของเหลว ในกรณีของการทำปฏิกิริยาในรูปแบบ slurry หรือ solution phase นั้นจะให้ปฏิกิริยาเกิดในตัวทำละลายที่เฉื่อย

บทบาทของตัวทำละลายไม่เพียงแต่ทำหน้าที่เป็นตัวกลางในการทำปฏิกิริยา แต่ยังทำหน้าที่เป็นแหล่งรับความร้อนที่เกิดจากปฏิกิริยาด้วย (ปฏิกิริยาการพอลิเมอร์ไรซ์เป็นปฏิกิริยาคายความร้อน) แม้ว่าตัวทำละลายจะไม่เข้าไปยุ่งเกี่ยวกับการเกิดปฏิกิริยาเคมี แต่การเปลี่ยนชนิดตัวทำละลายสามารถส่งผลต่อความเข้มข้นของสารตั้งต้นแต่ละชนิดในขณะที่เข้าทำปฏิกิริยา เพราะความสามารถในการละลายของสารตั้งต้นแต่ละตัวในตัวทำละลายต่างชนิดกันไม่จำเป็นต้องเหมือนกัน
 

เฮกเซน (C₆H₁₄) เป็นตัวทำละลายตัวหนึ่งที่ใช้กันมากในการสังเคราะห์พอลิเอทิลีน ด้วยการที่มันมีจุดเดือดต่ำ ทำให้แยกออกจากพอลิเมอร์ที่เกิดขึ้นได้ง่าย (คือระเหยออกด้วยการอบแห้งได้ง่าย) และเรายังสามารถใช้ประโยชน์จากการที่มันมีจุดเดือดต่ำดังกล่าวในการระบายความร้อนของการทำปฏิกิริยา ด้วยการให้ปฏิกิริยาเกิดขึ้นที่อุณหภูมิจุดเดือดของเฮกเซน (การปรับอุณหภูมิจุดเดือดทำได้ด้วยการปรับความดันของการทำปฏิกิริยา) ข้อมูลที่แสดงข้างล่างเป็นตัวอย่างหนึ่งของคุณลักษณะของเฮกเซนที่ใช้เป็นตัวทำละลายในการทำปฏิกิริยาการสังเคราะห์พอลิเอทิลีน

ยิ่งโมเลกุลไฮโดรคาร์บอนมีจำนวนอะตอม C เพิ่มมากขึ้น จำนวนไอโซเมอร์ที่เป็นไปได้ก็เพิ่มตามไปด้วย เมื่อโมเลกุลไฮโดรคาร์บอนมีขนาดใหญ่ขึ้น จำนวนอะตอม C ที่แตกต่างกันเพียง ๑ หรือ ๒ อะตอมก็ไม่ได้ทำให้จุดเดือดแตกต่างกันมาก ดังนั้นในกรณีของไฮโดรคาร์บอนเหลวที่ไม่จำเป็นต้องใช้ในรูปของสารบริสุทธิ์ (ที่มีโครงสร้างโมเลกุลเพียงชนิดเดียว) เช่นในกรณีของการใช้เป็นตัวทำละลาย ที่ขอให้มันทำหน้าที่เพียงแค่ตัวทำละลายได้และไม่เข้าไปยุ่งเกี่ยวกับการเกิดปฏิกิริยา จึงมักใช้ช่วงอุณหภูมิจุดเดือดในการจำแนกประเภท ถ้าช่วงอุณหภูมิจุดเดือดนี้กว้างก็แสดงว่าประกอบด้วยโมเลกุลหลากหลายชนิด แต่ถ้าช่วงอุณหภูมิจุดเดือดแคบลง ก็แสดงว่าเป็นสารที่มีความบริสุทธิ์สูงขึ้น
 

ความหนาแน่นของของเหลวลดลงเมื่อของเหลวมีอุณหภูมิเพิ่มสูงขึ้น ดังนั้นการระบุความหนาแน่นจึงจำเป็นต้องระบุอุณหภูมิที่ทำการวัดด้วย
 

ค่า Karui-butanol value เป็นค่าที่บ่งบอกถึงกำลังของตัวทำละลายในการละลายสารอื่น (ภาษาอังกฤษใช้คำว่า solvent power) ค่านี้ไม่มีหน่วย ตัวเลขที่สูงหมายถึงมีกำลังสูง การทดสอบจะดูความสามารถของตัวทำละลายในการละลาย Karui resin (เรซินที่มีลักษณะเป็นยางเหนียว ตัวอย่างวิธีการวัดดูได้จากมาตรฐาน ASTM D 1133 (ในรูปที่นำมาให้ดูนั้น เลข 02 ที่ต่อท้ายหมายถึงเป็นมาตรฐานที่ใช้ตั้งแต่ปีค.ศ. ๒๐๐๒ เป็นต้นมา ดังนั้นก่อนจะใช้มาตรฐานไหนก็ควรตรวจสอบก่อนว่าฉบับล่าสุดนั้นเป็นของปีค.ศ. ใด)
 

 
สี (Saybolt) วัดได้โดยใช้วิธีตามมาตรฐาน ASTM D 156

ค่า Aniline point คือค่าอุณหภูมิที่ต่ำที่สุดที่ทำให้ตัวทำละลายสามารถละลาย Aniline ให้กลายเป็นของเหลวเนื้อเดียวกันได้เมื่อทำการผสมตัวทำละลายและ Aniline สัดส่วนโดยปริมาตรเท่ากัน วิธีการวัดดูได้จากมาตรฐาน ASTM D 611 ค่านี้บ่งบอกให้ทราบถึงปริมาณสารประกอบ aromatic ที่มีอยู่ ถ้ามีมาก อุณหภูมิที่ใช้จะลดต่ำลง ในตัวอย่างที่ยกมาจะเห็นว่าค่านี้อยู่ที่ช่วงจุดเดือด กล่าวคือมีสารประกอบ aromatic อยู่น้อยมาก

 
Copper strip test เป็นการวัดการกัดกร่อนของของเหลวโดยใช้แผ่นโลหะทองแดงเป็นตัวทดสอบ วิธีการทดสอบใช้วิธีตามมาตรฐาน ASTM D 130

 
Doctor test เป็นการวัดปริมาณสารประกอบกำมะถันที่ปนเปื้อนอยู่ในน้ำมันเชื้อเพลิงและตัวทำละลาย วิธีการทดสอบใช้วิธีตามมาตรฐาน ASTM D 4952 แต่ทำไมถึงเรียกว่าเป็น Doctor test นี่ ผมเองก็ไม่รู้เหมือนกัน

 
การวัดอัตราการระเหยเป็นการวัดเทีบกับ n-Butyl acetate โดยให้อัตราการระเหยของ n-Butyl acetate = 1.0 ตัวอย่างวิธีการวัดใช้ดูได้จากมาตรฐาน ASTM D 3539 สารที่ระเหยได้ดีกว่า n-Butyl acetate จะมีค่านี้มากกว่า 1.0

Bromine index หรือ Bromine number เป็นการวัดปริมาณโอเลฟิสน์ (จำนวนพันธะ C=C) โดย Br จะเข้าไปเติมตรงตำแหน่งพันธะ C=C วิธีการวัดมีอยู่ด้วยกันหลายวิธี ขึ้นอยู่กับว่าไฮโดรคาร์บอนนั้นเป็นชนิด aliphatic หรือ aromatic และวิธีการที่ใช้วัดจุดยุติ (Electrometric titration หรือ Coulometricmetric titration) ดังเช่นมาตรฐาน ASTM D 1159, D 1492 และ D 5776 ที่ยกมาให้ดูเป็นตัวอย่าง

ตอนที่ ๒ ของบทความนี้คงจบเพียงแค่นี้ แต่เรื่องนี้ยังไม่จบ