Polyolefin Agglomerat — die wichtigste Kunststoffgruppe auf dem Markt
Das Polymer Polyolefin deckt knapp die Hälfte des jährlichen Kunststoffverbrauchs in Europa ab. Zu den Haupteigenschaften des Polyolefins gehören seine elektrische Isolierfähigkeit und seine hohe Chemikalienbeständigkeit. Der weltweit am meisten produzierte Kunststoff wird in allen erdenklichen Massenanwendungen eingesetzt.
Herstellung und chemische Eigenschaften
Das Polyolefin ist ein teilkristalliner gesättigter Kohlenwasserstoff, welcher unter anderem aus den Rohstoffen Ethen, Propen und C4-Olefinen hergestellt wird. Die Rohstoffe werden meist aus Abfällen der Erdöl-Raffination genommen, und es werden keine zusätzlichen Lösungsmittel oder Weichmacher hinzugesetzt. Die Hauptkette des Polyolefins besteht ausschließlich aus Kohlenstoffatomen. Es ist ein unpolares Polymer mit geringer Oberflächenenergie. Bevor Polyolefin verklebt, bedruckt oder beschichtet werden kann, muss es aktiviert werden. Polyolefin weist eine hohe Beständigkeit gegenüber Säuren, Ölen, Basen und Fetten auf. Wegen seiner geringen Dichte hat Polyolefin einen relativ niedrigen Kristallisationsgrad. Die Polymerisation von Propen und Ethen erfordert hohe Temperaturen sowie den Einsatz von Titan-/Aluminiumkatalysatoren.
Einsatzbereiche
Das widerstandsfähige und zugleich flexible Polyolefin wird hauptsächlich im Verpackungsbereich eingesetzt. Der günstige Kunststoff lässt sich gut in seine Rohstoffe trennen und kann mit hohem Brennwert energetisch recycelt werden. Es handelt sich daher um einen verhältnismäßig umweltverträglichen Kunststoff. Trotz der hohen Temperaturen, die bei der Synthese von Polyolefin notwendig sind, ist der gesamte Energieaufwand für die Herstellung gering im Vergleich zu anderen Kunststoffen (PVC oder Polyurethan). Das Herstellungsverfahren ist außerdem deutlich risikoärmer. Des Weiteren werden Bauprodukte wie Rohre, Bodenbeläge und Dichtungen aus Polyolefinen hergestellt. PVC-freie Bodenbeläge (beispielsweise Laminat oder Linoleum) werden aufgrund der Robustheit und Abriebfestigkeit des Kunststoffs größtenteils aus Polyolefin hergestellt. Zu der langen Liste der Anwendungsbereiche des Kunststoffs gehören außerdem Füllstoffe, Klebstoffe, Spachtelmassen, Estriche und Dichtungsbahnen.
Bei der Herstellung von Formteilen im Spritzgussverfahren greifen Hersteller auf Polyolefine mit hoher Molmasse zurück. Polyolefine können Dauergebrauchstemperaturen von 150°C haben.
Wichtige Polyolefine: Polyethylen
Die wichtigsten Endprodukte der Polymerisation sind das Polymethylpenten, das Polypropylen und das Polyethylen. Letzteres stellt mit einem Marktanteil von 30% den am meist verwendeten Kunststoff dar. Der Thermoplast kann in vier Haupttypen gegliedert werden:
- Low-Density Polyethylen (LDPE / PE-LD)
— Linear-low-density Polyethylen (LLDPE / PE-LLD)
— Medium-density Polyethylen (MDPE / PE-MD)
— High-density Polyethylen (HDPE / PE-HD)
Folien, Beschichtungen und Verpackungen werden oft aus Low-Density Polyethylen hergestellt. Aus dem Linear-low-density Polyethylen werden festere Verpackungen und Behälter gemacht. Bei der Produktion von robusterem Material wie Spielzeug, Rohren, Benzintanks und Haushaltswaren kommt das High-density Polyethylen in Einsatz. Die Schmelztemperatur des PE-HD liegt höher als alle anderen Polyethylentypen und hat daher eine höhere Schmelztemperatur. Das flexiblere PE-LD ist besonders lichtdurchlässig — Frischhaltefolien werden typischerweise aus PE-LD hergestellt. PE-HD ist kohlenwasserstoffbeständig und wird daher für Kraftstoffbehälter eingesetzt. Dabei werden die Behälterwände oft mit Plasmabeschichtungen oder Barrierefolien beschichtet, um der hohen Permeation des Polyethylens entgegenzuwirken.
Halbzeuge und Chlorierung
Findet das Polyolefin in allen erdenklichen Massenanwendungen Einsatz, so wird es nur selten als technischer Kunststoff gebraucht. Die durch Extrusion und Pressung erhaltenen Halbzeuge besitzen bessere mechanische Eigenschaften und können somit als technische Kunststoffe eingesetzt werden. Halbzeuge, die aus Ultra-Hochmolekularem Polyethylen gewonnen werden, finden aufgrund ihrer Feuerfestigkeit und antistatischen Eigenschaften vielerorts in der Industrie Anwendung. Grundsätzlich jedoch ist das Polyolefin weicher und flexibler als andere Thermoplasten. Der Vorteil des Polyolefins liegt in seiner Dehnbarkeit und hohen Kälteschlagfestigkeit sowie auch in seinem guten Gleitreibverhalten. Wenngleich Polyolefin sich unter anderem durch seine hohe Chemikalienbeständigkeit auszeichnet, so greifen starke Oxidationsmittel (Halogene und starke anorganische Säuren) den Kunststoff an. Aufgrund seiner geringen Witterungsbeständigkeit und Flammbarkeit kommen Additive zum Einsatz. Dies kann durch Chlorierung geschehen, wodurch das Polyolefin witterungsbeständiger und schlagzäher wird. Nach Chlorsulfonierung kann das nunmehr kautschukartige Polyethylen in der Herstellung von ozonbeständigem Kautschuk eingesetzt werden. Chlorsulfoniertes Polyethylen wird in Schlauchbote, Schlauchdecken und Dachfolien verarbeitet. Die hohe elektrische Isolatoreigenschaft des Polyolefins kommt in Kabelisolationen zum Einsatz.