Klassifizierung von Polyethylen hoher Dichte
Für die Klassifizierung der verschiedenen Arten von Polyethylen hoher Dichte gibt es verschiedene Kriterien, darunter:
Dichte, Monomergehalt, Molekulargewicht, Molekulargewichtsverteilung, Schmelzindex und Modifikation.Die am häufigsten verwendete Klassifizierung ist die nach der Dichte, da dieser Parameter ein guter Indikator für die Eigenschaften der verschiedenen Polyethylene ist, wobei im Allgemeinen höhere Dichten mit besseren mechanischen Eigenschaften einhergehen. Je nach Dichte lässt sich hochdichtes Polyethylen wie folgt unterteilen:
1. Polyethylen hoher Dichte
.
2. Polyethylen hoher Dichte mit hohem Molekulargewicht (PEAD-APM, englische Abkürzung HMW-HDPE).
3. Polyethylen mit ultrahohem Molekulargewicht
.
4. Vernetzte Polyethylen-Modifikate.
Der Monomergehalt bestimmt maßgeblich die Struktur des Ethylenpolymers, insbesondere den Verzweigungsgrad. Davon hängen wiederum die Eigenschaften des Kunststoffs ab.
Ethylenpolymere lassen sich anhand ihres Monomergehalts wie folgt klassifizieren:
Homopolymere
Copolymere
Das Copolymer weist kleine Methyl-, Ethyl-, Butyl- usw. Verzweigungen auf. Je nach Comonomer (Propylen, Buten, Hexen usw.) hängt die Anzahl dieser Verzweigungen vom jeweiligen Comonomer ab. Tatsächlich dient die Zugabe des Comonomers dazu, den Verzweigungsgrad des Polymers und damit dessen Eigenschaften zu steuern. Homopolymere weisen einen höheren Kristallisationsgrad auf als Copolymere, da sie weniger Verzweigungen besitzen. Aus diesem Grund hat das Homopolymer einen höheren Schmelzpunkt als das Copolymer.
Das Molekulargewicht oder der Polymerisationsgrad ist ein Maß für die Molekülänge. Mit steigendem Wert dieses Parameters verbessern sich in der Regel die mechanischen Eigenschaften sowie die Kriechfestigkeit in den Verarbeitungsmaschinen.
Die Molekulargewichtsverteilung bezieht sich auf die statistische Untersuchung der Kettenlänge und beschreibt eine im Allgemeinen normalverteilte Kurve, d. h. die „Gaußsche Glockenkurve“. Es werden zwei Arten von durchschnittlichen Molekulargewichten definiert: das gewichtsmittlere Molekulargewicht Mw und das zahlenmittlere Molekulargewicht Mn. Der relative Unterschied zwischen diesen beiden Durchschnittswerten hängt davon ab, wie breit oder schmal die Molekulargewichtsverteilung ist. Ihr Quotient Mw/Mn ist ein Maß für die Breite der Verteilung bzw. die Streuung. Mw/Mn ist immer größer als eins und weicht umso stärker von 1 ab, je größer die Streuung ist.
Wenn die Ketten, aus denen das Polymer besteht, alle Längen aufweisen, die sich nicht wesentlich voneinander unterscheiden, ist die Verteilung eng und Mw/Mn weicht nicht wesentlich von der Einheit ab. Das durchschnittliche Molekulargewicht und dessen Verteilung werden mithilfe verschiedener experimenteller Verfahren bestimmt, wie beispielsweise Osmometrie, Viskosimetrie, Lichtstreuung und Ausschlusschromatographie.
Sowohl das Molekulargewicht als auch die Molekulargewichtsverteilung hängen von der Art der Synthese des Polymers sowie von den Wahrscheinlichkeiten ab, mit denen die Polymerisationsreaktion von Polyethylen hoher Dichte endet, sei es durch Kopplung oder Disproportionierung.
Der Schmelzindex ist ein Parameter, der die Fließfähigkeit des Kunststoffs im geschmolzenen Zustand angibt. Diese Messung erfolgt unter standardisierten Laborbedingungen, wodurch Vergleiche unter ähnlichen Bedingungen möglich sind. Der Schmelzindex bzw. die Fließfähigkeit von Polyethylenen hängt nicht nur vom Molekulargewicht ab; auch die Molekulargewichtsverteilung und der Verzweigungsgrad sowie weitere Faktoren beeinflussen die Fließfähigkeit des Polymers.
Die Modifizierung von Polyethylenen umfasst Mischungen, Füllstoffe, Verstärkungsstoffe und Vernetzungsmittel, die die inhärenten Eigenschaften des reinen Polymers verändern. Vernetzungsmittel verändern, wie bereits erwähnt, das Verhalten des Polymers und verbessern unter anderem dessen Temperaturbeständigkeit und Verschleißfestigkeit.
Quelle: UNIVERSITÄT SAN CARLOS VON GUATEMALA, FAKULTÄT FÜR INGENIEURWESEN, FAKULTÄT FÜR CHEMIEINGENIEURWESEN – ERNESTO ROCA GIRÓN