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Wissenswertes zu Polyethylen

Historische Informationen

Polyethylen wurde im Jahre 1898 vom Chemiker Hans von Pechmann entdeckt und am 27. März 1933 erstmals durch Reginald Gibson und Eric Fawcett in den ICI-Laboratorien in England industriell unter einem Druck von ca. 1400 bar und einer Temperatur von 170C hergestellt, wo es sich als weißer, wachsartiger Belag auf der Innenwand des Autoklaven bildete. Erst 1940 konnte ein wirtschaftlich rentables Herstellungs-Verfahren entwickelt werden. 1953 entwickelten der Deutsche Karl Ziegler und der Italiener Giulio Natta den Ziegler-Natta-Katalysator, mit dessen Hilfe eine Polymerisation von Ethen auch bei Normaldruck möglich wurde. Dafür erhielten die Wissenschaftler 1963 den Nobelpreis für Chemie.

Kommerziell wird Polyethylen in großen Mengen seit 1957, vor allem in Rohrleitungssystemen für die Gas- und Wasserversorgung für Kabelisolierungen und in Verpackungsmaterialien, etwa als Schrumpffolienverpackung, eingesetzt.

Eigenschaften

Im Gegensatz zu PVC besteht Polyethylen lediglich aus Wasserstoff und Kohlenstoff, es kann also in der Müllverbrennung im Idealfall zu Kohlendioxid und Wasserdampf verbrennen. Es verbrennt mit tropfender, heller Flamme und brennt auch weiter, wenn man die Flamme entfernt. Die Ökobilanz ist gut. Polyethylen besitzt eine hohe Beständigkeit gegen den Angriff von Säuren, Laugen und weiteren Chemikalien. Polyethylen ist teilkristallin, mit steigendem Kristallinitätsgrad steigt die Dichte. Durch höhere Kristallinität erhöhen sich auch die mechanische und chemische Stabilität. Polyethylen nimmt kaum Wasser auf, es schwimmt auf Wasser; Wasseraufnahme weniger als 0,1 %, Dichte <1 g="" cm="" und="" quillt="" in="" polaren="" l="" sungsmitteln="" praktisch="" nicht="" f="" r="" wasserdampf="" ist="" es="" undurchl="" ssig="" sauerstoff="" kohlendioxid="" aromastoffe="" sst="" hingegen="" gut="" durch="" seine="" eigenschaften="" lassen="" sich="" geeignete="" copolymerisation="" gezielt="" ndern="" br="">
Ein Nachteil des Polyethylens ist, dass es bei Temperaturen von über 80°C nicht einsetzbar ist. Ungefärbtes Polyethylen ist milchig-trüb und matt. Polyethylen fühlt sich wachsartig an, es ist ritzbar.

Aufgrund der unpolaren Oberfläche ist Polyethylen ohne geeignete Vorbehandlung (z. B. Coronarentladung oder Abflammen) nur schlecht zu bedrucken oder zu kleben.

Grundsätzlich steigt die Chemikalienbeständigkeit von PE mit der Dichte. Die Gas- und Wasserdampfdurchlässigkeit ist höher als bei den meisten Kunststoffen. Durch Sonneneinstrahlung kann bei PE eine Versprödung eintreten, meist wird Ruß als UV-Stabilisator eingesetzt.

Generelle Eigenschaften des Polyethylen:

  • niedrige Dichte (0,915–0,965 g/cm³)
  • hohe Zähigkeit und Reißdehnung
  • gutes Gleitverhalten, geringer Verschleiß (v.a. PE-UHMW)
  • Temperaturbeständigkeit von -85°C bis +90°C
  • optisch, milchig weiß
  • sehr gutes elektrisches und dielektrisches Verhalten (spezifischer Durchgangswiderstand ca. 1018 Ohm/cm)
  • sehr geringe Wasseraufnahme
  • sehr gut spanabhebend und spanlos zu Verarbeiten
  • Brennt gut; rückstandsfrei: CO2 + H2O als Verbrennungsprodukte
  • PE ist beständig gegen fast alle polaren Lösungsmittel (T<60°c), s="" uren="" laugen="" wasser="" alkohole="" l="" hd-pe="" auch="" gegen="" benzin="" li="">

Herstellung

Polyethylen wird durch Polymerisation von Ethylengas hergestellt. Im Hochdruckverfahren entsteht Weich-Polyethylen (PE-LD), im Niederdruckverfahren entsteht das Hart-Polyethylen (PE-HD). Bei beiden Herstellungsverfahren fällt es zunächst als zähe Flüssigkeit an.

  • PE-LD wird bei Drücken von 1000 bis 3000 bar und Temperaturen von 100°C bis 300°C unter Einsatz von Initiatoren (Radikalstarter) (Sauerstoff oder Peroxide) aus dem Monomer Ethen hergestellt.
  • PE-HD wird industriell nach dem Ziegler-Natta-Verfahren produziert. Kennzeichnend sind bei diesem Verfahren der geringe Druck (1 bis 50 bar) und die niedrige Temperatur (20°C bis 150°C). Als Katalysatoren werden Titanester, Titanhalogenide oder Aluminiumalkyle verwendet. Alternativ erhält man PE-HD auch mit dem Phillips-Verfahren bei Temperaturen von 85 bis 180°C und Drücken von 30 bis 40 bar.
  • PE-UHMW ist mit modifizierten Ziegler-Katalysatoren herstellbar.

Polyethylen ist mit einem Anteil von ca. 29 Prozent der weltweit am meisten produzierte Kunststoff. Im Jahr 2001 wurden 52 Millionen Tonnen hergestellt.

Anwendungsgebiete

  • PE-LD und PE-LLD: das Material wird vor allem in der Folienproduktion eingesetzt. Typische Produkte sind Müllsäcke, Schrumpffolien und Landwirtschaftsfolien. In geringem Umfang wird PE-LD und PE-LLD auch zur Herstellung von Kabelummantelungen, Rohren und Hohlkörpern verwendet.
  • PE-HD: wichtigstes Anwendungsgebiet sind im Blasformverfahren hergestellte Hohlkörper, beispielsweise Flaschen für Reinigungsmittel im Haushalt, aber auch großvolumige Behälter mit einem Fassungsvermögen von bis zu 1000 l (so genannte IBC). Außerdem wird PE-HD zu Spritzgußteilen (überwiegend Verpackungen)verarbeitet, zudem werden Folien und Rohre aus Polyethylen im Extrusionsverfahren hergestellt.
  • PE-UHMW: wird beispielsweise für Pumpenteile, Zahnräder, Gleitbuchsen, Implantate und Prothesen verwendet. Fasern aus PE-UHMW gehören, auf ihr Gewicht bezogen, zu den stärksten bekannten künstlichen Fasern (Dyneema©, DSM). Sie werden als chirurgisches Nahtmaterial verwendent. Sie sind wohl die einzigen bisher bekannten Fasern welche als Material für einen Weltraumlift im Gespräch sind.
  • PE-X: wird unter anderem für Warmwasser-Rohre und als Isolation von Mittel- und Hochspannungskabeln eingesetzt.
  • HDPE: ist eines der Materialien, aus denen Mörser hergstellt werden, aus denen bei professionellen Großfeuerwerken Feuerwerkskörper verschossen werden.

Dieser Artikel basiert auf dem Artikel Polyethylen aus der freien Enzyklopädie Wikipedia und steht unter der GNU-Lizenz für freie Dokumentation. In der Wikipedia ist eine Liste der Autoren verfügbar.

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