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Polyethylen PE

Polyethylen wurde im Jahre 1898 vom Chemiker Hans von Pechmann entdeckt und am 27. März 1933 erstmals durch Reginald Gibson und Eric Fawcett in den ICI-Laboratorien in England industriell unter einem Druck von ca. 1400 bar und einer Temperatur von 170 °C hergestellt, wo es sich als weißer, wachsartiger Belag auf der Innenwand des Autoklaven bildete. Erst 1940 konnte ein wirtschaftlich rentables Herstellungs-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. Dafür erhielten die Wissenschaftler 1963 den Nobelpreis für Chemie. Als moderne Alternative zu Ziegler-Natta-Katalysatoren zählen die Metallocenkatalysatoren. Diese waren bereits 1950 bekannt, der Durchbruch gelang allerdings erst 1973, als Reichert und Meyer geringe Mengen Wasser zu einem System aus Titanocen und Alkylaluminiumchlorid hinzufügten. Die Metallocenkatalysatoren erzeugen Polyethylen mit engeren Molekulargewichtsverteilungen und gleichmäßigerem Co-monomereinbau als die Ziegler-Natta-Katalysatoren. Kommerziell wird Polyethylen in großen Mengen seit 1957, vor allem in Rohrleitungssystemen für die Gas- und Wasserversorgung für Kabelisolierungen und in Verpackungsmaterialien, etwa als Schrumpffolienverpackung, eingesetzt.

Man unterscheidet zwischen:
- PE-HD (HDPE): schwach verzweigte Polymerketten, daher hohe Dichte zwischen 0,94 g/cm3 und 0,97 g/cm3, („HD“ steht für „high density“).
- PE-LD (LDPE): stark verzweigte Polymerketten, daher geringe Dichte zwischen 0,915 g/cm3 und 0,935 g/cm3, („LD“ steht für „low density“).
- PE-LLD (LLDPE): lineares Polyethylen niederer Dichte, dessen Polymermolekül nur kurze Verzweigungen aufweist. Diese Verzweigungen werden durch Copolymerisation von Ethen und höheren a-Olefinen (typischerweise Buten, Hexen oder Okten) hergestellt.
- PE-HMW: hochmolekulares Polyethylen. Die Polymerketten sind länger als bei PE-HD, PE-LD oder PE-LLD, die mittlere Molmasse liegt bei 500 bis 1000 kg/mol.
- PE-UHMW: ultrahochmolekulares Polyethylen mit einer mittleren Molmasse von bis zu 6000 kg/mol und einer Dichte von 0,93 bis 0,94 g/cm3.

Eigenschaften:
Ungefärbtes Polyethylen ist milchig-trüb und matt. Es fühlt sich wachsartig an und ist ritzbar. Es verbrennt mit tropfender, heller Flamme und brennt auch weiter, wenn man die Flamme entfernt. Chemisch besteht es aus Wasserstoff und Kohlenstoff, in der Form hochmolekularer Alkane. Seine Eigenschaften lassen sich durch geeignete Copolymerisation gezielt ändern. Polyethylen besitzt eine hohe Beständigkeit gegen Säuren, Laugen und weiteren Chemikalien. Polyethylen ist teilkristallin. Durch höhere Kristallinität erhöhen sich die Dichte und auch die mechanische und chemische Stabilität. Polyethylen nimmt kaum Wasser auf, es schwimmt auf Wasser. Die Gas- und Wasserdampfdurchlässigkeit ist niedriger als bei den meisten Kunststoffen; Sauerstoff, Kohlendioxid und Aromastoffe lässt es hingegen gut durch. Die Verwendbarkeit wird dadurch eingeschränkt, dass es bei Temperaturen von über 80°C erweicht. Polyethylen ohne geeignete Vorbehandlung ist nicht oder nur schlecht zu bedrucken oder zu kleben. Durch Sonneneinstrahlung kann bei PE eine Versprödung eintreten, meist wird Ruß als UV-Stabilisator eingesetzt.

Eigenschaften im Überblick:
- niedrige Dichte (0,87–0,965 g/cm³)
- hohe Zähigkeit und Reißdehnung
- gutes Gleitverhalten, geringer Verschleiß (v.a. PE-UHMW)
- Temperaturbeständigkeit von -85°C bis +90°C (hängt von Kristallinität ab, je niedriger desto weniger beständig gegen hohe Temperaturen. Bei Typen mit einer Kristallinität von ca. 20% ist die obere Grenze der Temperaturbeständigkeit bei 30-50°C)
- optisch, milchig weiß (opak), je niedriger die Kristallinität (und damit die Dichte) desto durchsichtiger. Unterhalb einer Dichte von 0,9 g/cm³ ist PE durchsichtig.
- sehr gutes elektrisches und dielektrisches Verhalten (spezifischer Durchgangswiderstand ca. 1018 Ohm/cm)
- sehr geringe Wasseraufnahme
- sehr gut spanabhebend und spanlos zu verarbeiten
- Brennt gut; rückstandsfrei: CO2 + H2O als Verbrennungsprodukte
- PE ist beständig gegen fast alle polaren Lösungsmittel (T<60°C), Säuren, Laugen, Wasser, Alkohole, Öl, HDPE auch gegen Benzin
- Bei Raumtemperatur unlöslich, bei erhöhter Temperatur nur in wenigen Lösungsmitteln löslich, z.B. in 1,2,4-Trichlorbenzol, in Xylol oder in Hexan


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