Polyethylen – PE

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Polyethylen ist ein durch Polymerisation von Ethen hergestellter, teilkristalliner, thermoplastischer Kunststoff mit der Formel:
-[-H2C-CH2-]n-. Es gehört zur Gruppe der Polyolefne.
Bekannte Handelsnamen sind: Alathon, Hostalen, Lupolen, Vestolen, Trolen.

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/cm3, und quillt in polaren Lösungsmitteln praktisch nicht. Für Wasserdampf ist es undurchlässig, Sauerstoff, Kohlendioxid und Aromastoffe lässt es hingegen gut durch. Seine Eigenschaften lassen sich durch geeignete Copolymerisation gezielt ändern. 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 Oberfäche ist Polyethylen ohne geeignete Vorbehandlung (z. B. Coronarentladung oder Abfammen) 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 (spez. Durchgangswiderstand ca. 1018 Ω/cm)
• sehr geringe Wasseraufnahme
• sehr gut spanabhebend und spanlos zu Verarbeiten
• brennt gut; rückstandsfrei: CO2
PE ist beständig gegen fast alle polaren Lösungsmitteln
• (T < 60°C), Säuren, Laugen, Wasser, Alkohole, Öl, HD-PE, auch gegen Benzin.

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 Drucken 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  + H2O als Verbrennungsprodukte auch mit dem Phillips-Verfahren bei Temperaturen von 85 bis 180°C und Drücken von 30 bis 40 bar.
• PE-UHMW ist mit modifzierten Ziegler-Katalysatoren herstellbar. Polyethylen ist mit einem Anteil von ca. 29 % 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 werden 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.
PE-X: wird unter anderem für Warmwasser-Rohre und als Isolation von Mittel- und Hochspannungskabeln eingesetzt.