Polyethen
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Einordnung: Kunststoff | Chemische Verbindung
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Polyethen (Abkürzung PE, veraltet: Polyethylen, Polyäthylen) ist ein durch Polymerisation von Ethen <math>[CH_2=CH_2]<math> hergestellter, teilkristalliner, thermoplastischer Kunststoff mit der Formel <math>\left[-CH_2-CH_2-\right]_n<math>. Es gehört zur Gruppe der Polyolefine.
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Historische Informationen
Polyethen wurde 1898 von dem Chemiker Hans von Pechmann entdeckt. Polyethen wurde am 27. März 1933 zum ersten Mal durch Reginald Gibson und Eric Fawcett in den ICI-Laboratorien in England industriell, unter einem Druck von mehreren hundert bar und bei einer Temperatur von 170° C, hergestellt. Erst 1940 konnte ein wirtschaftlich rentables Verfahren entwickelt werden. 1953 entwickelten der Deutsche Karl Ziegler und der Italiener Giulio Natta den Ziegler-Natta-Katalysator, mit dessen Hilfe eine Polymerisation von Ethen auch bei Normaldruck möglich wurde. Die beiden erhielten dafür 1963 den Nobelpreis in Chemie. Kommerziell wird Polyethen in grossen Mengen seit 1957 - vor allem in Rohrleitungssystemen für die Gas- und Wasserversorgung und in Verpackungsmaterialien - eingesetzt.
Unterscheidung
Man unterscheidet zwischen PE-LD und PE-HD. Dies sind Polyethene mit geringer Dichte (low density, LD) bzw. hoher Dichte (high density, HD). Dabei ist die Dichte zwischen 0,91 g/cm3 und 0,96 g/cm3.
Weiterhin gibt es noch:
- lineares Polyethen niederer Dichte (PE-LLD), dessen Polymermolekül nur sehr wenige und kurze Verzweigungen aufweist
- hochmolekulares Polyethen (PE-HD-HM)
- ultrahochmolekulares Polyethen (PE-HD-UHMW) (Dichte bis 0,99 g/cm3)
- vernetztes Polyethen (PE-X)
Vernetztes Polyethylen (PE-X) wird noch nach den verschiedenen Verfahren der Herstellung unterschieden.
- PE-Xa (chemisch vernetztes Polyethen, umgangssprachlich wird es auch hochdruckvernetztes Polyethen genannt)
- PE-Xb
- PE-Xc (strahlenvernetztes Polyethen)
Eigenschaften
Im Gegensatz zu PVC besteht Polyethen lediglich aus Wasserstoff und Kohlenstoff, das heißt es kann in der Müllverbrennung im Idealfall zu Kohlendioxid und Wasserdampf verbrennen. Es verbrennt mit tropfender, heller Flamme und brennt auch weiter wenn man die Flamme wegnimmt. Die Ökobilanz ist gut. Polyethen besitzt eine hohe Beständigkeit gegen den Angriff von Säuren, Laugen und weiteren Chemikalien. Polyethen ist teilkristallin, mit steigendem Kristallinitätsgrad steigt die Dichte. Durch höher Kristallinheit erhöhen sich auch mechanische und chemische Stabilität. Polyethen nimmt kaum Wasser auf, es schwimmt auf Wasser, weniger als 0,1 Prozent, und quillt in polaren Lösungsmitteln praktisch nicht. Für Wasserdampf ist es undurchlässig, Sauerstoff, Kohlendioxid und Aromatstoffe lässt es hingegen gut durch. Seine Eigenschaften lassen sich durch geeignete Copolymere gezielt ändern.
Ein Nachteil des Polyethens ist, dass es bei Temperaturen von über 80 °C nicht beständig ist. Ungefärbtes Polyethen ist milchig-trüb und matt. Polyethen fühlt sich wachsartig an, es ist ritzbar.
Herstellung
PE-LD werden bei Drücken von 1000 bis 3000 bar und Temperaturen von 100°C bis 300°C unter Zuhilfenahme von Katalysatoren (Sauerstoff oder Peroxide) aus dem Monomer Ethen hergestellt. Die Polymerisation zu PE-HD geschieht industriell nach dem Ziegler-Verfahren. Kennzeichnend sind bei diesem Verfahren der geringe Druck (1 bis 50 bar) und die niedrige Temperatur (20°C bis 150°C). Als Katalysatoren werden Titanester, Titanhalogenide oder Aluminiumalkyle verwendet. Alternativ erhält man PE-HD auch mit dem Phillips-Verfahren bei Temperaturen von 85 bis 180°C und Drücken von 30 bis 40 bar. PE-HD-UHMW ist mit modifizierten Ziegler-Katalysatoren herstellbar. PE-Xa wird mit einer Mischung aus Polyethengranulat und chemischen Bestandteilen unter hohen Druck hergestellt. Bei PE-Xc wird unter radioaktiver Bestrahlung die Vernetzung des Polyethylen erreicht.
Polyethen ist mit einem Anteil von ca. 29 Prozent der weltweit am meisten produzierte Kunststoff. Im Jahr 2001 wurden 52 Millionen Tonnen hergestellt.
Verwendung
Im Alltag finden vor allem PE-LD Verwendung. Produkte aus PE werden mit einem "PE" in einem aus Pfeilen gebildeten Dreieck markiert. Polyethen wird für Verpackungen, speziell für Folien verwendet.
In der Medizintechnik werden aus PE-HD-UHMW beispielsweise Hüftgelenksendoprothesen gefertigt.
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