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Polyethylen / PE

Die herausragendste Eigenschaft von Polyethylen ist seine geringe Wasserdampfdurchlässigkeit. Seine Durchlässigkeit (Diffusion) für Gase und Aromen hingegen ist relativ hoch.

Aufgrund seiner höheren Dichte ist die Durchlässigkeit gegenüber Wasserdampf, Gasen und Geruchsstoffen bei PE-HD geringer als bei PE-LD. Polyethylen ist unempfindlich gegenüber Wasser, Säuren und Basen sowie den gängigen chemischen Lösemitteln. Es ist im ungefärbten Zustand milchig trüb, wird jedoch bei seiner Weiterverarbeitung zu dünnen Folien durchsichtig. Polyethylen ist zäh und elastisch, kältefest bis –50 °C und damit praktisch unzerbrechlich. Hinsichtlich hoher Temperaturen liegt der Grenzwert für PE-LD bei 70 bis 80 °C, für PE-HD aufgrund seiner höheren Dichte bei über 100 °C. Der Bereich zum Schweißen von Folie liegt bei PE-LD bei 120 bis 135 °C und für PE-HD etwas höher.

Generell gilt jedoch, dass die mechanischen Eigenschaften wie Härte bei Raumtemperatur, Zähigkeit, aber auch Transparenz und Schmelzbereich sehr stark von den verschiedenen Herstellungsverfahren, Katalysatoren und eingesetzten Monomeren und Copolymeren abhängen, die wiederum die Kettenlänge und den Verzweigungsgrad des Polyethylens bestimmen.

Da das Monomer Ethylen ungiftig ist, gilt Polyethylen als gesundheitlich unbedenklich. Die zugesetzten Additive können jedoch toxikologisch bedenklich sein. Polyethylen verbrennt rückstandslos zu Kohlenstoffdioxid, Kohlenmonoxid und Wasser. Es ist gegenüber Umwelteinflüssen weitgehend resistent, versprödet durch UV-Bestrahlung und ist auf Deponien nur sehr langsam abbaubar.

Sortenreines PE kann ohne weiteres wiederaufbereitet und wiederverwertet werden. Seine guten Eigenschaften und niedrigen Rohstoffkosten begründen seine umfassende Anwendung und den hohen Anteil an Polyethylen im Bereich der Kunststoff-Verpackung. Polyethylene zählen zu den wichtigsten Thermoplasten zur Herstellung von Folien. Aufgrund der Variationsmöglichkeiten in der Herstellung gibt es eine Vielzahl an PE-Produkten, die sich zum Teil erheblich voneinander unterscheiden. Basierend auf der Dichte und Struktur der Polymerketten unterscheidet man 3 Hauptgruppen von Polyethylenen, die nach unterschiedlichen Verfahren hergestellt werden und jeweils spezifische Eigenschaften besitzen. Die vielen unterschiedlichen PE-Produkte lassen jedoch auch Überschneidungen und Übergänge zwischen diesen Hauptgruppen zu.

Polyethylen wird einerseits zu Monofolien verarbeitet, findet jedoch in großen Maßen Verwendung bei der Herstellung von Verbundfolien und Verbundwerkstoffen. PE-Folien werden überwiegend im Blasfolienverfahren hergestellt. Dieses Verfahren ermöglicht eine Verbesserung der mechanischen Materialeigenschaften sowie die Kombination verschiedener Polyethylene.

Ein geringer Teil der Polyethylenfolien wird nach dem Verfahren der Flachfolien-extrusion hergestellt. Da hier keine Verstreckung der Folie vorgenommen wird, weisen die so gewonnen Folien eine geringe Festigkeit auf. Allerdings besitzen sie bessere optische Eigenschaften und einen weicheren Griff. Durch das Setzen einer Prägung können so weiche Schutzverpackungen als Einschlagmaterial hergestellt werden.

LD bedeutet „Low Density“ und bezeichnet ein Polyethylen niedriger Dichte. Die Herstellung erfolgt unter sehr hohem Druck und sehr hohen Temperaturen in so genannten Röhrenreaktoren oder Autoklaven (das so genannte Hochdruckverfahren). PE-LD war das erste Polymerisat, welches aus Ethylen gewonnen wurde. Die Eigenschaften von PE-LD werden durch die starken Verzweigungen seiner Polymerkette bestimmt. Aufgrund dieser Struktur ergibt sich eine geringe Kristallinität, die zu einer niedrigen Schmelztemperatur und einer geringen Festigkeit / Steifigkeit der Folien führen. Folien aus PE-LD fühlen sich eher weich und wachsartig an. Sie werden beispielsweise zu Säcken und Landwirtschaftsfolien mit einer Foliendicke zwischen 150 bis 250 my verarbeitet. Bei der Herstellung von Tragetaschen (Einkaufstüten) liegen die Folienstärken im Bereich zwischen 30 my und 65 my.

Im Rahmen des Blasfolien-Verfahrens können PE-LD Folien stark gestreckt werden, d.h. sie werden in Längs- und Quer-Richtung auseinander gezogen. Man erreicht dadurch Folienstärken von 10 my und darunter, die beispielsweise als Verpackungsbeutel im Selbstbedienungsgeschäft eingesetzt werden.

Durch die Verstreckung haben diese eine durchscheinend matte Optik und einen eher papierähnlichen, knisternden Griff. PE-LD Folien besitzen eine geringe Wasserdampf-durchlässigkeit und eine relativ hohe Sauerstoffdurchlässigkeit. Im Bereich der Hohlkörper werden aus PE-LD Behälter mit kleinerem Volumen wie Flaschen, Kästen, Fässer, Kanister, Dosen, Schalen oder Deckel gefertigt. bedeutet „Linear Low Density“ und bezeichnet ein linear aufgebautes Polyethylen mit niedriger Dichte. Es wird in Lösung oder Gasphase hergestellt (das so genannte Gasphasenverfahren). Aufgrund der linearen Verzweigung seiner Polymerkette hat es Ähnlichkeiten zum PE-HD, besitzt jedoch gleichzeitig eine niedrige Dichte wie das PE-LD. Es vereint damit einerseits die Weichheit und Geschmeidigkeit des PE-LD und gleichzeitig die hohe mechanische Festigkeit des PE-HD.

Die Wasserdampfdurchlässigkeit und Sauerstoff-durchlässigkeit verhält sich ähnlich wie beim PE-HD und PE-LD. Aufgrund dieser Kombination aus Geschmeidigkeit und hohe mechanischer Festigkeit können Folien aus PE-LLD grundsätzlich dünner gefertigt werden als PE-LD Folien. Folienstärken bis zu einer Stärke von 5 my sind möglich. Allerdings stellt PE-LLD aufgrund seines geringeren Schmelzpunktes im Vergleich zu PE-HD weitaus höhere Anforderungen an die Folienextrusion, da es eher zu einem Folienabriss und einer Verstopfung des Extruders kommen kann.

Kontinuierliche Lernprozesse, entsprechenden Anpassungen der Extruderkonstruktionen und ständige Modifikationen der Polymere haben inzwischen anfängliche Probleme bei der Herstellung von PE-LLD Folien überwunden. Insbesondere im Bereich der Verbundfolien hat PE-LLD zunehmend das PE-LD ersetzt, da es aufgrund seiner spezifischen Eigenschaften eine Herstellung immer dünnerer Folien ermöglicht. Kontinuierliche Forschung führt zu ständig neuen PE-Sorten.

Das Gasphasenverfahren ermöglicht die Herstellung von Copolymeren, also die Zusammenführung anderer Monomere wie Propen, Buten oder Hexen mit dem Ethylen-Monomer. Auch der Einsatz neuer Katalysatoren erweitert kontinuierlich die breite Variation an Polyethylenen und seinen Eigenschaften.

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