Profile aus extrudiertem
PE-Schaum (Zellpolyethylen)

Der Werkstoff Polyethylen

Polyethylen gehört ebenso wie beispielsweise Polypropylen (PP) und Ethylen-Vinylacetat (EVA) zur Gruppe der Polyolefine. Unter allen Kunststoffen nehmen diese bezüglich Produktion und Verwendung einen weltweiten Spitzenplatz ein.

Die Geschichte des Polyethylens begann 1933 in den Laboratorien der Imperial Chemical Industries (ICI) in Groß Britannien. Dort fand man in einem Autoklaven die ersten geringen Mengen eines weißen Pulvers, das sich als Polyethylen herausstellte. Es vergingen aber noch mehrere Jahre, bis die erste Anlage zur Herstellung von PE anlief. Da die Reaktion von Ethylen zu Polyethylen bei sehr hohen Drücken erfolgte, sprach man damals noch von „Hochdruckpolyethylen“, das in Deutschland lange als HD-PE bezeichnet wurde.

Diese Einteilung wurde dann fallengelassen, und man schloss sich der international üblichen Bezeichnung nach der Dichte an, die später auch genormt wurde. Die heute gängige Bezeichnung lautet dementsprechend PE-LD (low-density). Dies war auch deswegen notwendig geworden, weil es 1953 Chemikern des Max-Planck-Instituts in Essen-Mühlheim bzw. der US-amerikanischen Firma Phillips Petroleum Comp. gelang, die Polymerisation von Ethylen mit Hilfe bestimmter Katalysatoren auch bei niedrigen Drücken durchzuführen. Da dieses „Niederdruckpolyethylen“ eine höhere Dichte aufwies, wurde es als PE-HD (high-density) bezeichnet.

Heute gibt es eine Reihe von Verfahren zur Herstellung von Polyethylen, wobei sich die jeweils hergestellten Typen in ihrem Aufbau und ihren Eigenschaften voneinander unterscheiden. Dazu zählen:

• E-HD („high-density“)
  … wird bei niedrigen Drücken mit bestimmten Katalysatoren hergestellt und weist bei geringer Verzweigung eine hohe Dichte sowie eine höhere Kristallinität auf. PE-HD wird besonders im Verpackungsbereich eingesetzt, z.B. für Reinigungsmittelflaschen.
  
  
• PE-LD („low-density“)
  … wird bei hohen Drücken und Temperaturen hergestellt, wodurch stark verzweigte Polymerketten und niedrige Dichten entstehen. PE-LD wird vor allem für Tüten und Folien verwendet.
  
  
• PE-LLD („linear-low-density“)
  … lineares Polyethylen mit sehr niedriger Dichte, dessen Polymermolekül nur kurze Verzweigungen aufweist. PE-LLD ist sehr widerstandsfähig und flexibel. Darum und wegen seiner relativen Transparenz wird es vor allem für die Herstellung von Frischhalte- und Luftpolsterfolie eingesetzt.
  
  
• PE-MD („medium-density“)
  … Polyethylen mittlerer Dicht, das durch Mischung von PE-HD und PE-LD oder durch Copolymerisation hergestellt wird. (Dabei werden im Zuge der Polymerisation statt eines Monomers zwei oder mehr chemisch unterschiedliche Monomere eingesetzt).
  
  
• PE-X („crosslinked“)
  … vernetztes Polyethylen mittlerer bis hoher Dichte, welches Verbindungen zwischen den Makromolekülketten aufweist. Dadurch werden sowohl die Temperatur- wie auch die Chemikalienbeständigkeit verbessert.

Polyethylene lassen sich relativ problemlos nach fast allen gängigen Verfahren verarbeiten. Die am häufigsten angewendeten Verfahren sind: Spritzgießen, Extrudieren und Blasformen.

Der Werkstoff Polyethylenschaum (PE-Schaum)

PE-Schäume (auch Zellpolyethylen genannt) sind geschlossenzellige Materialien mit sehr geringer Dichte und sehr guten mechanischen Eigenschaften, die auf unterschiedlichem Wege hergestellt werden. Grundsätzlich unterscheidet man vernetzten und unvernetzten PE-Schaum (PE-X und PE-E). Bei vernetzten Materialien sind die Polymerketten an bestimmten Punkten untereinander verbunden und bilden dadurch ein dreidimensionales Netzwerk. Bei unvernetzten Materialien gibt es keine Verbindung der Ketten untereinander.

• Zellpolyethylen, chemisch vernetzt
  Hier werden die langen Kohlenwasserstoff-Ketten durch eine chemische Reaktion miteinander verbunden. Es entstehen Makromoleküle. Die thermische und mechanische Stabilität des Schaums wird dadurch effektiv gesteigert.
  
  
• Zellpolyethylen, physikalisch vernetzt
  Hier erfolgt die molekulare Vernetzung durch ein hochenergetisches Elektronenstrahlfeld. Dies ist aber nur bei dünnen Schäumen (Bahnenware) möglich.
  
  
• Zellpolyethylen, unvernetzt
  Die Molekülketten des Materials sind untereinander nicht verbunden. So wird beispielsweise bei der Extrusion von PE-Schaum aufgeschmolzenes Polyethylen unter hohem Druck mit Treibgas (z.B. Pentan oder CO2) versetzt und dadurch aufgeschäumt. Die fehlende Vernetzung bringt eine geringere Belastbarkeit gegenüber mechanischen und thermischen Einflüssen mit sich.