Die „drei Brüder“ der Kunststoffindustrie: Worin genau liegen die Unterschiede zwischen LDPE, HDPE und LLDPE?
Kennen Sie das? Im Supermarkt kaufen Sie Frischhaltefolie, auf deren Verpackung „Hergestellt aus LDPE“ steht; auf einer Aufbewahrungsbox findet sich die Aufschrift „Hergestellt aus HDPE“; und Müllsäcke sind mit „Hergestellt aus LLDPE“ gekennzeichnet. Sind Sie angesichts dieser ähnlichen Abkürzungen auch so verwirrt? Was genau unterscheidet die verschiedenen Kunststoffe? Warum sind manche Kunststoffprodukte weich und transparent, während andere hart und widerstandsfähig sind?
Heute sprechen wir über die drei Brüder der Kunststoffindustrie: Polyethylen niedriger Dichte (LDPE), Polyethylen hoher Dichte (HDPE) und lineares Polyethylen niedriger Dichte (LLDPE). Obwohl sie alle zur Polyethylen-Familie gehören, weisen sie sehr unterschiedliche Eigenschaften auf.
Zunächst einmal wollen wir darüber sprechen, wie sie hergestellt werden.
Polyethylen (PE) ist ein thermoplastischer Kunststoff, der durch Polymerisation von Ethylen gewonnen wird. Vereinfacht gesagt besteht er aus unzähligen kleinen Ethylenmolekülen, die zu langen Makromolekülketten verknüpft sind. Er ist ungiftig, geruchlos und hat eine wachsartige Textur. Er zeichnet sich durch eine ausgezeichnete Kältebeständigkeit aus und behält seine Eigenschaften selbst bei Temperaturen bis zu -100 °C.
1933 entdeckten Wissenschaftler der Imperial Chemical Industries (ICI) in Großbritannien Polyethylen zufällig bei einem Experiment. In den fast hundert Jahren seither hat sich Polyethylen zu einer umfangreichen Familie entwickelt, wobei LDPE, HDPE und LLDPE die drei gängigsten Sorten sind.
Einfach ausgedrückt: Ihre größten Unterschiede liegen in ihren Molekülstrukturen und Dichten.
LDPE: Der weiche und flexible ältere Bruder
LDPE, in der Industrie auch als Hochdruckpolyethylen bekannt, wird durch Hochdruckpolymerisation hergestellt. Mit einer Dichte von 0,910 bis 0,940 g/cm³ ist es das leichteste Polyethylen.
Seine Molekularstruktur ist charakteristisch: Die Hauptpolymerkette weist zahlreiche Verzweigungen auf. Pro 1000 Kohlenstoffatome finden sich etwa 20 bis 30 Ethyl-, Butyl- oder längere Seitenketten. Diese Verzweigungen ähneln ungeordneten Zweigen eines Baumes, verhindern eine geordnete Molekülausrichtung und führen zu einer geringen Kristallinität von lediglich 50 bis 55 %.
Dank seiner lockeren Molekularstruktur zeichnet sich LDPE durch hervorragende Weichheit, Transparenz und Duktilität aus. Sein Erweichungspunkt liegt bei 90–100 °C, die maximale Einsatztemperatur bei 80–90 °C. Damit ist es von den drei Materialien das am wenigsten hitzebeständige. Dennoch bietet es eine außergewöhnliche Tieftemperaturbeständigkeit und bleibt selbst bei -70 °C flexibel.
Zu den wichtigsten Vorteilen von LDPE zählen hohe Transparenz, hervorragende Verarbeitbarkeit, Ungiftigkeit und Geruchslosigkeit. Es zeichnet sich außerdem durch günstige chemische Stabilität aus, ist beständig gegen Korrosion durch die meisten Säuren und Laugen und besitzt hervorragende elektrische Isolationseigenschaften.
Seine Nachteile sind ebenso deutlich: Es weist eine relativ geringe mechanische Festigkeit auf, und seine Feuchtigkeits-, Gas- und Lösungsmittelbeständigkeit sind den anderen beiden Polyethylen-Typen unterlegen.
Wo wird es angewendet?
Folien machen den größten Markt für LDPE aus und verbrauchen rund 77 % der Gesamtproduktion. Die meisten Frischhaltebeutel und Plastikfolien, die Sie täglich verwenden, bestehen aus LDPE. Es wird auch häufig für Gewächshausfolien und Mulchfolien in der Landwirtschaft eingesetzt. Darüber hinaus dient LDPE als Beschichtung für Milchkartons und als Isolierschicht für Drähte und Kabel.
Interessanterweise sind LDPE-Folien wasserdicht, aber dennoch luftdurchlässig. Wenn man einen Goldfisch in einen verschlossenen LDPE-Folienbeutel steckt, erstickt er nicht, da Sauerstoff durch die Folie hindurchdringen kann.
HDPE: Der robuste und steife zweite Bruder
HDPE, auch als Niederdruck-Polyethylen bezeichnet, wird unter niedrigem Druck mit Ziegler-Katalysatoren polymerisiert. Es besitzt eine Dichte von 0,940–0,976 g/cm³, die höchste der drei Materialien.
HDPE besteht im Wesentlichen aus linearen Molekülketten mit sehr wenigen Seitenverzweigungen – durchschnittlich nur wenige Verzweigungen pro 1000 Kohlenstoffatome. Diese regelmäßige Struktur ermöglicht eine geordnete Anordnung der Moleküle und führt zu einer hohen Kristallinität von 85 % bis 95 %, dem höchsten der drei Qualitäten.
Die hohe Kristallinität verleiht HDPE hohe Festigkeit, große Steifigkeit, hohe Härte und ausgezeichnete Hitzebeständigkeit. Sein Erweichungspunkt liegt zwischen 125 °C und 135 °C, und seine maximale Einsatztemperatur kann 100 °C erreichen, sodass daraus hergestellte Produkte mit kochendem Wasser desinfiziert werden können.
Hinsichtlich der mechanischen Eigenschaften übertrifft HDPE LDPE in Härte, Zugfestigkeit und Kriechfestigkeit und zeichnet sich zudem durch eine gute Verschleißfestigkeit aus. Es besitzt außerdem eine hervorragende chemische Stabilität: Es ist bei Raumtemperatur in keinem organischen Lösungsmittel löslich, beständig gegen Korrosion durch Säuren, Laugen und Salze und kann sogar der Erosion durch starke Oxidationsmittel widerstehen.
Zu seinen Nachteilen zählen eine geringere Alterungsbeständigkeit und eine schlechtere Beständigkeit gegen umweltbedingte Spannungsrisse im Vergleich zu LDPE; thermische Oxidation verschlechtert seine Eigenschaften.
Wo wird HDPE eingesetzt?
HDPE wird am häufigsten für alle Arten von Flaschen, Eimern und Dosen verwendet. Viele Shampooflaschen, Waschmittelbehälter und Milchflaschen für den Hausgebrauch werden aus HDPE blasgeformt.
Darüber hinaus wird HDPE in großem Umfang für Rohre verwendet, darunter Wasserleitungen und Gaspipelines. Dank seiner Druck- und Korrosionsbeständigkeit ist es ein bevorzugtes Material für unterirdische Rohrnetze. Es findet außerdem breite Anwendung bei Verpackungskartons, Paletten, Drähten und Kabeln.
HDPE-Produkte sind milchig-weiß, in dünnen Schnitten leicht durchscheinend und fühlen sich deutlich steifer an als LDPE. Sie lassen sich selbst bei starkem Druck nicht leicht verformen.
LLDPE: Der vielseitige jüngste Bruder
Lineares Polyethylen niedriger Dichte (LLDPE) ist das jüngste der drei Polyethylen-Derivate und entstand Ende der 1970er und Anfang der 1980er Jahre. Es handelt sich um ein Copolymer, das aus Ethylen und einer geringen Menge α-Olefinen (wie 1-Buten, 1-Hexen, 1-Octen usw.) unter Einwirkung von Katalysatoren polymerisiert wird und eine Dichte von 0,915 bis 0,940 g/cm³ aufweist.
LLDPE zeichnet sich durch eine besondere Molekularstruktur aus, die durch eine lineare Hauptkette ohne lange Seitenketten, aber mit wenigen kurzen Seitenketten gekennzeichnet ist. Durch das Fehlen langer Seitenketten weist es eine höhere Kristallinität als LDPE auf, wodurch seine Eigenschaften zwischen denen von HDPE und LDPE liegen und gleichzeitig die Vorteile beider Materialien vereint werden. Vereinfacht gesagt, besitzt LLDPE die Flexibilität von LDPE und die Festigkeit von HDPE. Es bietet hervorragende Reißfestigkeit, Durchstoßfestigkeit und Beständigkeit gegen Spannungsrisskorrosion.
Im Vergleich zu LDPE zeichnet sich LLDPE durch höhere Festigkeit, bessere Zähigkeit, größere Steifigkeit sowie überlegene Wärme- und Kältebeständigkeit aus. Gegenüber HDPE behält es seine günstige Flexibilität. Dank seiner ausgewogenen Eigenschaften kann LLDPE in nahezu allen Marktsegmenten eingesetzt werden, die auch von LDPE und HDPE genutzt werden.
Wo wird LLDPE verwendet?
Folien sind der größte Anwendungsbereich von LLDPE und es bewährt sich hervorragend in Bereichen mit hohen Anforderungen, wie z. B. Stretchfolien und Schwerlastverpackungsfolien. Die Stretchfolie, mit der Ihre Expresspakete umwickelt sind, besteht höchstwahrscheinlich aus LLDPE – sie zeichnet sich durch hohe Durchstoßfestigkeit und Dehnbarkeit aus und sichert Kartons zuverlässig.
Heutzutage wird LLDPE auch häufig für Gewächshausfolien in der Landwirtschaft eingesetzt. Seine hohe mechanische Festigkeit ermöglicht die Herstellung dünnerer Folien bei gleichzeitig besserer Lichtdurchlässigkeit. Darüber hinaus findet LLDPE Anwendung in Spritzgussteilen, Drähten und Kabeln, Kunststoffrohren und weiteren Bereichen.
Wie lassen sich diese drei Kunststoffarten unterscheiden?
Wie kann man die Art eines unbeschrifteten Kunststoffteils bestimmen?
Beim Tastsinn: LDPE ist am weichsten, hat eine wachsartige Textur und eine relativ gute Transparenz; LLDPE ist etwas härter und hat eine glänzende Oberfläche; HDPE ist am steifsten, lässt sich auch mit Kraft kaum biegen und erscheint milchig-weiß und undurchsichtig.
Brenntest (nicht für gelegentliches Verbrennen empfohlen): LDPE brennt mit gelber oberer und blauer unterer Flamme, erzeugt keinen Rauch und riecht nach Paraffinwachs; es schmilzt, tropft und zieht leicht Fäden. HDPE brennt ähnlich, ist aber feuerbeständiger.
Temperaturbeständigkeit: LDPE wird in kochendem Wasser weich und verformt sich; HDPE ist beständig gegen Desinfektion durch Kochen; LLDPE liegt irgendwo dazwischen.
Jeder spielt seine eigene Rolle im Alltag.
Nachdem Sie die besonderen Eigenschaften dieser drei Polyethylen-Sorten kennengelernt haben, können Sie Kunststoffprodukte im Alltag leicht erkennen:
Müllsäcke: Die meisten bestehen aus LDPE oder LLDPE. Sie sind preiswert, weich und erfüllen ihren Zweck; zu steife Müllsäcke lassen sich nur schwer zubinden.
Einkaufstüten aus dem Supermarkt: LDPE war früher weit verbreitet. Heutzutage werden immer häufiger Mischungen aus LLDPE und LDPE verwendet, um die Festigkeit zu erhöhen und gleichzeitig die Folie zu dünnen, um den Plastikverbrauch zu reduzieren.
Shampooflaschen und Waschmittelbehälter: Fast alle werden aus HDPE hergestellt, das sich durch hohe Steifigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Dichtigkeit auszeichnet.
Plastikfolie und Frischhaltebeutel: Vorwiegend aus LDPE, geschätzt für seine Transparenz, Weichheit und ausgezeichnete Haftung.
Express-Stretchfolie und hochbelastbare Verpackungsfolien: LLDPE ist das Hauptmaterial und bietet hervorragende Zugfestigkeit und Durchstoßfestigkeit.
Gewächshausfolien für die Landwirtschaft: Hersteller bevorzugen heute LLDPE- oder LDPE-LLDPE-Mischungen, um ein Gleichgewicht zwischen mechanischer Festigkeit und Verarbeitbarkeit zu erreichen.
Wasserversorgungsrohre und Gasleitungen: HDPE ist die erste Wahl, da es Druck und Korrosion standhält und eine Lebensdauer von mehreren Jahrzehnten aufweist.
