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Kunststoffe aus Ethen und Ethen-Derivaten

Polyethylen, PE (auch Polyethen)

Abb.1
Monomer Ethen
Abb.2
Polyethylen

Ethen ist die wichtigste organische Chemikalie für die chemische Industrie. Allein in Westeuropa werden jährlich 20 Millionen Tonnen produziert. Das wichtigste Folgeprodukt von Ethen ist Polyethen (PE, auch Polyethylen), neben weiteren Kunststoffsorten, aber auch anderen Stoffen wie Tensiden für die Waschmittelindustrie.

Polyethen ist ein billiger Kunststoff, der z.B. für die Herstellung von Plastiktüten oder Haushaltsfolien verwendet wird. Er ist mit einem Anteil von ca. 29 % der europaweit am meisten verbrauchte Kunststoff (2011).

Abb.3
Tiefkühlbeutel
Dieses Foto entstand in Kooperation des FIZ CHEMIE und den ChemieFreunden Erkner.
Abb.4
Folien
Abb.5
Papierkörbe
Dieses Foto entstand in Kooperation des FIZ CHEMIE und den ChemieFreunden Erkner.
Abb.6
Milchkanne
Dieses Foto entstand in Kooperation des FIZ CHEMIE und den ChemieFreunden Erkner.

Je nach Herstellungsprozess erhält man PE mit unterschiedlichen Eigenschaften

Man unterscheidet mehrere Sorten von PE. Die beiden wichtigsten sind HDPE und LDPE:

HDPE (PE-HD, Hart-PE)
HDPE ist Polyethylen mit hoher Dichte von ca. 0,94-0,98 gcm-3 (HD = high density). Die Polymerisation erfolgt hier, durch Katalysatoren kontrolliert, bei wesentlich niedrigeren Drücken und Temperaturen als beim Herstellungsprozess von LDPE (s.u.). Dadurch sind die Ketten weniger verzweigt und das entstehende Polymer ist fester und steifer als LDPE.HDPE wird verwendet, um Rohre (z.B. für die Trinkwasserversorgung), Behälter für den Haushalt oder industrielle Verpackungen herzustellen.
Abb.7
Verpackungen aus PE
LDPE (PE-LD, Weich-PE)
LDPE ist Polyethylen mit niedriger Dichte von ca. 0,89-0,93 gcm-3 (LD = low density). Die Polymerisation des Gases Ethen erfolgt hier bei hohem Druck von über 1500 bis 3500 bar und Temperaturen von 150 bis 300 °C. Es handelt sich um eine radikalische Polymerisation. Dadurch entstehen unkontrolliert viele Verzweigungen im Polymer, das dabei entstehende Material ist weich und auch dehnbar.Aufgrund seiner Eigenschaften wird LDPE z.B. für Folienverpackungen (Abb. 8) , Landwirtschaftsfolien, Müll- und Einkaufstüten oder für elektrisches Isolationsmaterial (z.B. Kabelummantelungen) verwendet.
Abb.8
Folie aus LDPE
Abb.9
Tütchen aus LDPE

Gebrauchstemperaturen

PE ist ein teilkristalliner Kunststoff. Seine Gebrauchstemperatur befindet sich zwischen der Glastemperatur, Tg (hier schmelzen die amorphen, "nichtkristallinen" Bereiche) und der Schmelztemperatur der Kristallite, Tm.

Abb.10
PE: Eigenschaftsbereiche und Übergangstemperaturen

  • Unterhalb der Glastemperatur, Tg, ist PE spröde.
  • Der Gebrauchsbereich befindet sich bei LDPE oberhalb Tg bis ca. 80 °C, bei HDPE bis ca. 100 °C.
  • Über 105 °C (LDPE) bzw. 130 °C (HDPE) beginnt der Kunststoff zu schmelzen.
  • Die Schmelze fängt ab 300 °C an sich zu zersetzen.1)

Recyclingsymbole für HDPE und LDPE

Von der Society of Plastics Industry, der International Organization for Standardization (ISO) und dem R3P2 Committee des Institute of Packaging Professionals wurde ein Codierungssystem für Kunststoffe entwickelt. Diese sollen die Abtrennung der Sorten erleichtern.

Für HDPE und LDPE stehen folgende zwei Symbole zur Verfügung:

Abb.11
Recycling-Symbol

für PE (1. HDPE)

Abb.12
Recycling-Symbol

für PE (2. LDPE)

1)Franck, A.; Herr, B.; Ruse, H.; Schulz, G.: Kunststoff-Kompendium. ,
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