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Polyéthylène basse densité (LDPE) vs. polyéthylène haute densité (HDPE) vs. polyéthylène (PE)
Le polyéthylène basse densité (PEBD) est un polymère thermoplastique fabriqué à partir du monomère éthylène.
Il s’agit d’un plastique hautement ramifié, ce qui lui confère une faible densité, ainsi qu’une dureté, une rigidité et un taux de température de fusion.
Le PEBD a été produit pour la première fois en 1933 par le Dr John C. Swallow et M.W. Perrin de l’Imperial Chemical Industries (ICI) à l’aide d’un procédé à haute pression par polymérisation radicalaire.
Cette méthode de production nécessite de la chaleur et de la pression et est réalisée dans des autoclaves ou des réacteurs tubulaires en grandes quantités.
Malgré la concurrence de polymères plus modernes, le PEBD reste un plastique important.
Il est utilisé dans une grande variété d’applications, notamment les conteneurs en plastique, les tuyaux, les articles ménagers, les boîtiers de batterie, les pièces automobiles, les composants électriques, les films, l’emballage, l’isolation et les dispositifs médicaux.
Le PEBD est populaire en raison de sa flexibilité, de sa faible cristallinité sa résistance à l’humidité et à la corrosion.
C’est un polymère transparent, inodore et 100 % recyclable, utilisé dans des produits tels que les sacs alimentaires et les sacs poubelles, les films, les emballages, les plateaux, les anneaux de six packs pour les canettes de boissons, les tuyaux, les prothèses, les bouteilles de lavage, les bacs à glaçons et les pièces moulées par extrusion.
PROPERTIES | LDPE | HDPE | POLYETHYLEN |
|---|---|---|---|
| Density: | Low (0,910–0,940 g/cm3) | High (0,941–0,965 g/cm3) | 0.915–0.96 g/cm3 |
| Structure: | Branched | Linear | Branched/Linear/Cross-linked |
| Transparency: | Transparent | Opaq | Transparent/Opaq |
| Hardness: | Low | High | Low to high (depends on the polyethylene grade) |
| Flexibility: | High | Low | High to low (depends on the polyethylene grade) |
| Melting temperature: | Low (starts to melt at 105°C) | High (starts to melt at 125°C) | Different (depends on the type of polyethylene) |
| Applications: | Films, packaging, containers | Tubes, bottles, containers, closures | Various, depending on the structure |
La cristallinité du LDPE
Le PEBD est un polymère hautement ramifié à faible cristallinité. Sa forte ramification lui confère une faible densité ainsi qu’une dureté, une rigidité et une température de fusion inférieures à celles des autres types de polyéthylène.
En raison de sa faible cristallinité, le PEBD est un polymère amorphe, ce qui signifie qu’il n’a pas de structure cristalline régulière. Il se compose plutôt d’un arrangement irrégulier de chaînes de polymères, ce qui donne une structure amorphe et non cristalline.
Cette faible cristallinité confère au PEBD sa souplesse et sa résistance caractéristiques, ce qui le rend adapté à des applications telles que les films, les emballages et les conteneurs. La cristallinité du PEBD peut être mesurée à l’aide d’un calorimètre à balayage différentiel (DSC), qui mesure la quantité de chaleur qu’un matériau absorbe ou libère lors d’une augmentation contrôlée de la température, ce qui permet de déterminer les points de fusion et de ramollissement et d’étudier les transitions de phase.
Le PEBD ayant une faible cristallinité, il fond à des températures plus basses que les polymères hautement cristallins, ce qui le rend adapté à des processus tels que le moulage par injection et d’autres techniques de transformation.
Le point de fusion du polyéthylène basse densité
Le point de fusion du PEBD se situe entre 105 et 115°C, ce qui lui confère une faible densité et une grande flexibilité.
La température de fusion du PEBD peut être mesurée à l’aide d’un calorimètre à balayage différentiel (DSC). Calorimètre différentiel à balayage (DSC) qui mesure la quantité de chaleur qu’un matériau absorbe ou libère lors d’une augmentation contrôlée de la température, ce qui permet de déterminer les points de fusion et de ramollissement.
Le PEBD est un matériau très souple qui présente des propriétés d’écoulement uniques, ce qui le rend particulièrement adapté à des applications telles que les sacs à provisions et d’autres films plastiques.
Un exemple notable est la production de films rétractables.
Lors de la fabrication de ces films, le PEBD est généralement chauffé à des températures proches de son point de fusion, souvent autour de 110°C.
Dans cet état, le matériau devient extensible et facilement moulable.
Une fois que le film a pris la forme souhaitée, il est rapidement refroidi pour fixer sa structure.
Lorsqu’il est exposé à une source de chaleur, telle qu’un pistolet thermique, le film rétractable LDPE commence à se rétracter à des températures comprises entre 90°C et 110°C environ.
Ce processus de rétraction permet de créer un emballage protecteur bien ajusté pour les marchandises.
La stabilité thermique du LDPE
Le polyéthylène basse densité est thermiquement stable dans la plage de température de -50 à 85°C et, en l’absence d’oxygène, jusqu’à un degré de 290°C. Au-delà, il commence à se décomposer en formant des produits thermoplastiques de poids moléculaire inférieur.
À des températures supérieures à 350°C, une quantité accrue de produits gazeux se forme, contenant principalement du butène au lieu de l’éthylène. En présence d’oxygène, le PEBD est moins stable. La stabilité thermique du PEBD peut être mesurée à l’aide d’un STA PT 1000 ou d’un Chip-DSC, qui permet d’analyser les propriétés thermiques des matériaux, y compris leur comportement de décomposition.
La stabilité thermique du PEBD permet de l’utiliser dans des applications quotidiennes, telles que la production de films étirables pour la conservation des aliments, car il peut résister à une large gamme de températures sans se décomposer. Les films LDPE protègent efficacement les aliments de l’air et de l’humidité, prolongeant ainsi leur durée de conservation.
Grâce aux propriétés thermiques du PEBD, ce film peut être utilisé en toute sécurité dans le four à micro-ondes sans fondre ni se décomposer, tant qu’il n’est pas exposé à des températures extrêmes. En outre, il adhère facilement à lui-même et à d’autres matériaux, formant une barrière efficace contre les influences extérieures et préservant la saveur des aliments.
Température de transition vitreuse du polyéthylène basse densité
La température de transition vitreuse (Tg) du PEBD est d’environ -100 degrés Celsius.
En dessous de cette température, le PEBD est dur et rigide.
Au-dessus de la Tg, le PEBD devient mou et caoutchouteux.
La température de transition vitreuse est un paramètre important qui influence les propriétés mécaniques et l’aptitude à la transformation du PEBD.
La Tg peut être mesurée à l’aide de différentes méthodes, notamment l’analyse thermomécanique (TMA) et la calorimétrie différentielle dynamique à balayage (DSC).
A DIL L75 ou TMA peut être utilisé pour mesurer les propriétés mécaniques telles que la résistance et la formabilité du matériau.
La Tg est un paramètre critique qui détermine la transformabilité et les applications potentielles du PEBD.
Différents types de PEBD
Les différents types de PEBD, qui se distinguent par leur poids moléculaire et leur ramification, donnent lieu à des produits dont les propriétés physiques et les applications diffèrent.
Voici quelques exemples spécifiques de produits LDPE et une explication de leurs propriétés particulières :
Sacs à provisions :
- Les sacs à provisions en PEBD sont omniprésents dans les supermarchés et les magasins. Ils offrent une bonne combinaison de résistance et de flexibilité, ce qui leur permet de transporter en toute sécurité une grande variété d’articles. Leur flexibilité, attribuée à la faible densité et à la température de transition vitreuse du PEBD, permet de les plier et de les ranger facilement. En outre, ils sont généralement résistants à la déchirure, grâce à la résistance à la traction du PEBD utilisé.
Jouets :
- De nombreux jouets pour enfants, en particulier ceux qui nécessitent un certain degré de flexibilité, comme les jouets de bain ou les balles, sont fabriqués à partir de PEBD. La résistance chimique du PEBD garantit que ces jouets ne sont pas facilement endommagés par le contact avec l’eau ou la salive. En outre, ils bénéficient de la souplesse et de la flexibilité du PEBD, ce qui réduit le risque de blessures.
Couvertures de câbles :
- Le PEBD est souvent utilisé pour isoler les câbles électriques, principalement en raison de ses propriétés d’isolation électrique. Le revêtement en PEBD protège les conducteurs internes contre les dommages physiques et empêche les courts-circuits. Le PEBD étant également flexible, les câbles peuvent être facilement pliés et installés sans que le matériau ne se déchire ou ne se déforme.
Revêtements LDPE :
- Utilisé pour les briques de lait en papier couché et les gobelets pour boissons chaudes et froides.
LDPE Bouteilles :
- Utilisé pour certains flacons à presser (miel, moutarde), récipients alimentaires et couvercles de récipients.
