Polyethylen / PE

Polyethylen (Kurzzeichen: PE) zählt zu den Thermoplasten. Dies sind Kunststoffe, die sich ab einem bestimmten Temperaturbereich verformen. Aufgebaut ist PE aus einer großen Menge an Ethen-Molekülen (hier: Monomer Ethylen). Polyethylen bietet dabei einige herausragende Eigenschaften, die das Material zum Beispiel für den Einsatz als Verpackung prädestinieren. Es handelt sich hierbei um einen vergleichsweise langlebigen Kunststoff, der eine sehr geringe Wasserdampfdurchlässigkeit aufweist.

Zwischen diesen Varianten müssen Sie unterscheiden

Definieren können Sie das Material als ein langes, lineares Molekül, das Verzweigungen aufweist. Das aus Ethen-Molekülen bestehende Material kommt verstärkt bei der Herstellung von Folien zum Einsatz. Der Kunststoff wird dabei in verschiedene Typen unterteilt:

• HDPE: Diese aus schwach miteinander verzweigten Polymerketten bestehende Variante bietet eine sehr hohe Dichte von 0,94 bis 0,97 g/cm3. Genutzt wird PE-HD beispielsweise für Reinigungsmittel-Flaschen.
• MDPE: Bei diesem PE-Typ kommt es bei einzelnen Ketten zu stärkeren Verzweigungen, was sich in einer mittleren Dichte niederschlägt.
• LDPE: In diesem Fall ist eine starke Verästelung zu beobachten. Dadurch fällt die Dichte mit 0,915 bis 0,935 g/cm3 vergleichsweise gering aus.
• LLDPE: Charakteristisch für diesen PE-Typen sind der hauptsächlich lineare Aufbau des Polyethylens und eine vergleichsweise niedrige Dichte. Lediglich wenige und dabei kurze Verzweigungen sind zudem typisch für LLDPE. Genutzt wird diese Variante zum Beispiel für die Fertigung von Müllsäcken.
• PEHMW: Hierbei handelt es sich um ein hochmolekulares Material. Dementsprechend hoch ist die Molekülmasse (500-1000 kg/mol). Der Grund hierfür: Im Gegensatz zu LDPE, LLDPE, HDPE weisen die Ketten starke Verknüpfungen auf.
• PEUHMW: Charakteristisch für diesen Typ ist die sehr hohe Molekülmasse, die bis zu 6000 kg/mol betragen kann. Dieses ultrahochmolekulare Material wird zum Beispiel für die Herstellung von Zahnrädern genutzt.

Polyethylen im Hinblick auf die Gesundheit und die Umwelt

Polyethylen ist als Material dank des ungiftigen Monomers Ethylen gesundheitlich unbedenklich. Es besteht allerdings die Möglichkeit, dass eventuell zugesetzte Additive aus toxikologischer Sicht bedenklich wirken. Zudem weist Polyethylen im Vergleich zu anderen Kunststoffen wie zum Beispiel PVC umweltverträglichere Eigenschaften auf. So enthält es zum Beispiel keine flüchtigen Weichmacher. Es kommt allerdings vor, dass Weichmacher dazugemischt werden. Zudem lassen sich Folien aus diesem Material weitaus einfacher und besser recyceln. Vorteilhaft kommt hinzu, dass schon bei der Herstellung weniger Ressourcen als bei anderen Kunststoff-Varianten erforderlich sind. Der Großteil der Verbindungen können problemlos zu Wasser respektive zu Kohlendioxid verbrannt werden. Schädliche Gase entstehen dabei nicht.

Die relevantesten chemischen Merkmale:

• beständig gegenüber polaren Lösungsmitteln; auch Alkohol, Säuren, Basen und Wasser beeinflussen das Material nicht negativ
• teilkristallin; die Teilchen liegen also weitestgehend noch in geordneter Form vor.
• bestehen aus Alkanen (Kohlenstoff- und Wasserstoff-Molekülen)
• bei sehr geringer Dichte bzw. Kristallinität ist das Material fast durchsichtig; ansonsten optisch milchig-weiß

Die relevantesten physikalischen Merkmale:

• Der allgemeine Dichtebereich liegt zwischen 0,87-0,965 g/cm3. Im Vergleich zu anderen Stoffen ist das wenig. Die höchste Dichte weist HDPE auf. Dadurch ist diese Variante weitaus weniger durchlässig für beispielsweise Wasserdampf und Geruchsstoffe.
• Polyethylen verfügt über ein gutes Gleitverhalten. Dadurch weist der Kunststoff einen nur geringen Verschleiß auf und gilt als sehr lange haltbar.
• Das Material zeichnet sich durch eine sehr geringe Wasseraufnahme aus und schwimmt als Kunststoff auf Wasser. Nicht zuletzt deshalb werden zum Beispiel Kajaks aus diesem Material hergestellt.
• Polyethen ist zäh sowie gleichzeitig auch sehr dehnbar, was sehr wichtig für Folien ist.
• Das Material lässt sich gut verbrennen, ohne dabei Rückstände zu hinterlassen. Übrig bleiben Wasser und Kohlenstoffdioxid.
• Der Thermoplast bietet eine hohe Temperaturbeständigkeit. Die Temperaturskala reicht in diesem Fall von -85 °C bis + 90 °C. Zu beachten ist dabei: Je höher die jeweilige Kristallinität ist, desto beständiger ist der Kunststoff gegenüber hohen Temperaturen.

So wird Polyethylen industriell hergestellt

In der Regel wird Polyethylen industriell im Rahmen von zwei Verfahren hergestellt: dem Niederdruckverfahren und dem Hochdruckverfahren. Während das erstere Verfahren Varianten mit hoher Dichte herstellt, wird das Hochdruckverfahren für die Herstellung von Varianten mit geringer Dichte genutzt. Beide Verfahren basieren dabei auf Synthesereaktionen. Zu Beginn der Verfahren kommt es dabei zu einer radikalischen Polymerisation, bei der Ethen-Moleküle miteinander reagieren. Aus dieser Reaktion entsteht dann ein linearer Strang (Polyethylen) und zusätzlich Verzweigungen. Die Ethen-Moleküle addieren sich dabei an den Strang, was für die Verzweigungen sorgt.

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