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Polyethylen niedriger Dichte (LDPE) vs. Polyethylen hoher Dichte (HDPE) vs. Polyethylen (PE)
Polyethylen niedriger Dichte, LDPE, ist ein thermoplastisches Polymer, das aus dem Monomer Ethylen hergestellt wird. Es handelt sich um einen hochverzweigten Kunststoff, was ihm eine geringe Dichte sowie eine niedrigere Härte, Steifigkeit und Schmelztemperatur verleiht.
LDPE wurde erstmals 1933 von Dr. John C. Swallow und M.W. Perrin von Imperial Chemical Industries (ICI) mittels eines Hochdruckverfahrens über eine freie radikalische Polymerisation hergestellt. Diese Herstellung erfordert Hitze sowie Druck und wird in Autoklaven oder Rohrreaktoren in großen Chargen durchgeführt.
Trotz des Wettbewerbs durch modernere Polymere bleibt LDPE ein wichtiger Kunststoff. Es wird in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt, darunter Kunststoffbehälter, Rohre, Haushaltswaren, Batteriegehäuse, Autoteile, elektrische Komponenten, Folien, Verpackungen, Isolierungen und medizinische Geräte.
LDPE ist aufgrund seiner Flexibilität, geringen Kristallinität, Feuchtigkeits- und Korrosionsbeständigkeit beliebt. Es ist ein transparentes, geruchloses und zu 100 % recycelbares Polymer, das in Produkten wie Lebensmittel- und Müllbeuteln, Folien, Verpackungen, Trays, Sechserpack-Ringen für Getränkedosen, Schläuchen, Prothesen, Waschflaschen, Eisdeckeln und Extrusionsformteilen verwendet wird.
EIGENSCHAFTEN | LDPE | HDPE | POLYETHYLEN |
|---|---|---|---|
| Dichte: | Niedrig (0,910–0,940 g/cm3) | Hoch (0,941–0,965 g/cm3) | 0.915–0.96 g/cm3 |
| Struktur: | Verzweigt | Linear | Verzweigt/Linear/Cross-linked |
| Transparenz: | Transparent | Opaq | Transparent/Opaq |
| Härte: | Niedrig | Hoch | Niedrig bis Hoch (Kommt auf die Polyethylen-Sorte an) |
| Flexibilität: | Hoch | Niedrig | Hoch bis Niedrig (Kommt auf die Polyethylen-Sorte an) |
| Schmelztemperatur: | Niedrig (beginnt bei 105°C zu schmelzen) | Hoch (beginnt bei 125°C zu schmelzen) | Unterschiedlich (Kommt auf die Polyethylen-Sorte an) |
| Anwendungen: | Folien, Verpackungen, Behälter | Rohre, Flaschen, Behälter, Verschlüsse | Verschiedene, je nach Struktur |
Die Kristallinität von LDPE
LDPE ist ein hoch verzweigtes Polymer, das eine geringe Kristallinität aufweist. Seine hohe Verzweigung verleiht ihm eine niedrige Dichte sowie eine geringere Härte, Steifigkeit und Schmelztemperatur im Vergleich zu anderen Polyethylenarten.
Aufgrund seiner geringen Kristallinität ist LDPE ein amorphes Polymer, was bedeutet, dass es keine regelmäßige kristalline Struktur aufweist. Stattdessen besteht es aus einer unregelmäßigen Anordnung von Polymerketten, die zu einer amorphen, nicht kristallinen Struktur führt.
Diese geringe Kristallinität verleiht LDPE seine charakteristische Flexibilität und Zähigkeit, die es für Anwendungen wie Folien, Verpackungen und Behälter geeignet macht. Die Kristallinität von LDPE kann mit einem Dynamischen Differenzkalorimeter (DSC) gemessen werden, das die Wärmemenge misst, die ein Material während eines kontrollierten Temperaturanstiegs aufnimmt oder abgibt, und so die Bestimmung von Schmelz- und Erweichungspunkten sowie die Untersuchung von Phasenübergängen ermöglicht.
Da LDPE eine geringe Kristallinität aufweist, schmilzt es bei niedrigeren Temperaturen im Vergleich zu hoch kristallinen Polymeren, was es für das Spritzgießen und andere Verarbeitungstechniken geeignet macht.
Der Schmelzpunkt von Polyethylen niedriger Dichte
Der Schmelzpunkt von LDPE liegt im Bereich von 105 bis 115°C, wodurch es sich durch eine geringe Dichte und eine hohe Flexibilität auszeichnet. Die Schmelztemperatur von LDPE kann mit einem Dynamischen Differenzkalorimeter (DSC) gemessen werden, das die Wärmemenge misst, die ein Material während eines kontrollierten Temperaturanstiegs aufnimmt oder abgibt, und so die Bestimmung von Schmelz- und Erweichungspunkten ermöglicht.
LDPE ist ein sehr flexibles Material mit einzigartigen Fließeigenschaften, das sich besonders für Anwendungen wie Einkaufstüten und andere Kunststofffolien eignet. Ein bemerkenswertes Beispiel hierfür ist die Herstellung von Schrumpffolien.
Bei der Herstellung dieser Folien wird LDPE in der Regel auf Temperaturen nahe seinem Schmelzpunkt erhitzt, häufig auf etwa 110 °C. In diesem Zustand wird das Material dehnbar und leicht formbar. Sobald die Folie wie gewünscht geformt ist, wird sie schnell abgekühlt, um ihre Struktur zu fixieren.
Wird die LDPE-Schrumpffolie einer Wärmequelle, z. B. einer Heißluftpistole, ausgesetzt, beginnt sie bei Temperaturen von etwa 90 °C bis 110 °C zu schrumpfen. Durch diesen Schrumpfungsprozess entsteht eine eng anliegende, schützende Verpackung für Waren.
Die Thermische Stabilität von LDPE
Polyethylen niedriger Dichte ist im Temperaturbereich von -50 bis 85°C, in Abwesenheit von Sauerstoff bis zu einer Gradzahl von 290 °C, thermisch stabil. Dort beginnt es zu zersetzen und bildet thermoplastische Produkte niedrigeren Molekulargewichts.
Über 350°C werden vermehrt gasförmige Produkte gebildet, die hauptsächlich Buten anstelle von Ethylen enthalten. In Anwesenheit von Sauerstoff ist LDPE weniger stabil. Die thermische Stabilität von LDPE kann mit einer STA PT 1000 oder einer Chip-DSC gemessen werden, die die thermischen Eigenschaften von Materialien, einschließlich ihres Zersetzungsverhaltens, analysieren können.
Die thermische Stabilität von LDPE ermöglicht den Einsatz in alltäglichen Anwendungen, z. B. bei der Herstellung von Frischhaltefolien für die Konservierung von Lebensmitteln, da es einem breiten Temperaturbereich standhalten kann, ohne sich zu zersetzen. LDPE-Klebefolien schützen Lebensmittel wirksam vor Luft und Feuchtigkeit und verlängern ihre Haltbarkeit.
Aufgrund der thermischen Eigenschaften von LDPE kann diese Folie sicher in der Mikrowelle verwendet werden, ohne zu schmelzen oder sich zu zersetzen, solange sie keinen extremen Temperaturen ausgesetzt wird. Außerdem haftet sie leicht an sich selbst und an anderen Materialien, bildet eine wirksame Barriere gegen äußere Einflüsse und bewahrt den Geschmack der Lebensmittel.
Die Glasübergangstemperatur von Polyethylen niedriger Dichte
Die Glasübergangstemperatur (Tg) von LDPE liegt bei etwa -100 Grad Celsius. Unterhalb dieser Temperatur ist das LDPE in einem harten und starren Zustand.
Oberhalb der Tg wird das LDPE weich und gummiartig. Die Glasübergangstemperatur ist ein wichtiger Parameter, der die mechanischen Eigenschaften und die Verarbeitbarkeit von LDPE beeinflusst.
Die Tg kann mit verschiedenen Methoden gemessen werden, darunter die thermomechanische Analyse (TMA) und die Dynamische Differenzkalorimetrie (DSC).
Mit einem DIL L75 oder einer TMA können die mechanischen Eigenschaften, wie die Festigkeit und die Formbarkeit des Materials, gemessen werden. Die Tg ist ein wichtiger Parameter, der die Verarbeitbarkeit und die Anwendungsmöglichkeiten von LDPE bestimmt.
Verschiedene LDPE-Arten
Verschiedene Typen von LDPE, die durch Unterschiede im Molekulargewicht und in der Verzweigung variieren, führen zu Produkten mit unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften und Anwendungsbereichen.
Hier sind einige konkrete Beispiele für LDPE-Produkte und eine Erläuterung ihrer speziellen Eigenschaften:
Einkaufstaschen:
- Einkaufstaschen aus LDPE sind allgegenwärtig in Supermärkten und Geschäften. Sie bieten eine gute Mischung aus Festigkeit und Flexibilität, was es ihnen ermöglicht, eine Vielzahl von Artikeln sicher zu tragen. Ihre Flexibilität, die durch die niedrige Dichte und Glasübergangstemperatur von LDPE bedingt ist, ermöglicht es, dass sie einfach zusammengefaltet und verstaut werden können. Außerdem sind sie in der Regel reißfest, was auf die Zugfestigkeit des verwendeten LDPE zurückzuführen ist.
Spielzeug:
- Viele Kinder-Spielzeuge, insbesondere solche, die eine gewisse Flexibilität erfordern, wie Badespielzeug oder Bälle, sind aus LDPE gefertigt. Die chemische Beständigkeit von LDPE gewährleistet, dass diese Spielzeuge nicht leicht durch den Kontakt mit Wasser oder Speichel beschädigt werden. Zudem profitieren sie von der Weichheit und Biegsamkeit des LDPE, wodurch Verletzungsrisiken minimiert werden.
Kabelummantelungen:
- LDPE wird oft für die Isolierung von elektrischen Kabeln verwendet, vor allem wegen seiner elektrischen Isolationseigenschaften. Die LDPE-Ummantelung schützt die inneren Leiter vor physischen Schäden und verhindert Kurzschlüsse. Da LDPE zudem flexibel ist, können die Kabel leicht gebogen und installiert werden, ohne dass das Material reißt oder sich verformt.
LDPE-Beschichtungen:
- Werden für beschichtete Papiermilchkartons und heiße und kalte Getränkebecher verwendet.
LDPE-Flaschen:
- Werden für einige Quetschflaschen (Honig, Senf), Lebensmittelbehälter und Behälterdeckel verwendet.
