Polyethylen

Polyethylen (griechisch polys: viel), chemische Verbindung, die aus einer Vielzahl von Ethylenbausteinen aufgebaut ist. Ethylen ist ein gasförmiger Kohlenwasserstoff mit einer Doppelbindung (Formel: CH₂9CH₂). Polyethylen, das häufig als PE abgekürzt wird, erhält man durch Verknüpfung einer großen Zahl von Ethylenmolekülen (siehe Polymere: Polymerisation). PE lässt sich am besten durch die Formel (8CH₂8CH₂8)_n beschreiben. Hierbei gibt der Index n die Zahl der Kettenglieder an, die bis zu einigen Hunderttausend betragen kann. Wegen der großen Kettenlängen kann die molare Masse des PE 5 Millionen Gramm pro Mol und mehr erreichen.

Polyethylen wird nach zwei verschiedenen Verfahren hergestellt. Im Hochdruckverfahren, das in den dreißiger Jahren entdeckt worden ist, wird bei einem Druck von 150 bis 300 Megapascal (1 500 bis 3 000 bar) und Temperaturen von 150 bis 320 °C gearbeitet. Die Polymerisation des Ethylens wird durch chemisch reaktive Stoffe (siehe Radikale) gestartet und verläuft in einer Radikalkettenreaktion. Das gebildete Polyethylen fällt dabei als geschmolzene Masse an, die direkt nach der Synthese weiterverarbeitet werden kann. Das im Hochdruckverfahren hergestellte PE besteht aus verzweigten, sperrigen Ketten und weist deswegen eine relativ niedrige Dichte von 0,92 bis 0,94 Gramm pro Kubikzentimeter auf. Man nennt es daher auch LDPE oder PE-LD (LD, englische Abkürzung für low density: niedrige Dichte).

Im Niederdruckverfahren wird nur bei bis zu 6 Megapascal (60 bar) und 60 bis 240 °C gearbeitet. Die Polymerisation wird hier mit Hilfe von Katalysatoren, die häufig Titan oder Magnesium enthalten, erreicht. Bei diesem Verfahren fällt das gebildete PE als unlösliches Pulver an, das für weitere Anwendungen zu Granulat verarbeitet wird. Es enthält einen großen Anteil linearer, unverzweigter Ketten und bildet dadurch sehr regelmäßige Strukturen aus. Man spricht auch von einem hohen Kristallinitätsgrad. Entsprechend seiner hoch geordneten Struktur hat es weniger Hohlräume und somit eine höhere Dichte von 0,94 bis 0,97 Gramm pro Kubikzentimeter. Man bezeichnet es auch als HDPE oder PE-HD (HD, englische Abkürzung für high density: hohe Dichte). Für die Entwicklung des Verfahrens zur Niederdruckpolymerisation mit Titanverbindungen als Katalysatoren erhielten Karl Ziegler und Giulio Natta 1963 den Nobelpreis für Chemie.

Polyethylen ist gegenüber Wasser, Säuren und Basen sowie den gängigen chemischen Lösungsmitteln unempfindlich. Es ist ein Thermoplast, d. h., Polyethylen wird bei höheren Temperaturen (etwa 130 °C) weich und lässt sich so gut in Spritz- und Gießverfahren verarbeiten. Die mechanischen Eigenschaften wie Härte bei Raumtemperatur, Zähigkeit, aber auch Transparenz und Schmelzbereich sind stark von der Kettenlänge und dem Verzweigungsgrad des PE abhängig. Da diese Parameter durch die Art der Herstellung beeinflusst werden können, ist es vielfach möglich, PE mit „maßgeschneiderten” Eigenschaften herzustellen.

Polyethylen ist ein besonders weit verbreiteter Werkstoff. Das weltweite Marktvolumen für PE beträgt etwa 20 Millionen Tonnen pro Jahr, wobei rund zehn Prozent der Herstellungskapazitäten in Deutschland zu finden sind. Da es leicht und stabil ist, wird PE für viele Haushaltsgegenstände verwendet. Fast alle gängigen Folien und Einkaufstüten sind aus PE. Auch Trinkwasserrohre oder Kabelisolierungen werden aus PE gefertigt. Es gilt als gesundheitlich unbedenklich und lässt sich rückstandslos verbrennen. Allerdings ist es gegenüber Umwelteinflüssen weitgehend resistent und wird auf Deponien nur sehr langsam abgebaut. Die Wiederverwertung (Recycling) von sortenreinem PE ist möglich.

Siehe auch Kunststoffe