Polyolefine

Polyolefine sind teilkristalline Polymere aus der Gruppe der Thermoplaste. Die wichtigsten Vertreter sind hierbei Polyethylen (PE) und Polypropylen (PP), die zusammen rund die Hälfte der gesamten Kunststoffproduktion vereinen. Der dritte Vertreter der Gruppe ist Polymethylpenten (PMP).

Diese Kunststoffe zeichnen sich neben Ihrer geringen Dichte vor allem durch eine gute chemische Beständigkeit, eine geringe Wasseraufnahme und gute elektrischen Isoliereigenschaften aus.
Polyolefine sind Kunststoffe auf Basis reiner Kohlenwasserstoffe und ihre Hauptketten bestehen ausschließlich aus Kohlenstoffatomen. Die Strukturformeln sind in Abb. 1 dargestellt.

Abb. 1 Strukturformeln von Polyolefinen

Es sind preiswerte und relativ umweltverträgliche Kunststoffe, da gut rohstofflich zu recyclen und auch beim energetischen Recycling ähnlich zu handhaben wie fossile Brennstoffe, wobei auch der Brennwert vergleichbar ist.
Polyolefine sind unpolar, haben geringe Oberflächenenergie und müssen vor der Verklebung, Beschichtung und Bedruckung aktiviert werden. Dank seiner zahlreichen Einsatzmöglichkeiten, gehören die Polyolefine zu den am meisten verwendeten Kunststoffen.

Polyethylen

Polyethylen (Kurzzeichen PE) hat den einfachsten chemischen Bau aller Polymere, Der Thermoplast ist teilkristallin, seine Kennwerte sind in Tab. 1 dargestellt. Polyethylen wird seit 1950 industriell hergestellt.

Wir unterscheiden vier Arten von Polyethylen: PE-LD (Polyethylen niedriger Dichte „Low Density“) und PE-HD (Polyethylen hoher Dichte „High Density“) sowie PE-UHMV (Polyethylen ultrahochmolekular) und PE-HMW (Polyethylen hochmolekular). Der Dichteunterschied spiegelt sich in den Eigenschaften wider, was in Tab.1 ersichtlich wird.

Tab. 1 Kennwerte von Polyethylen PE

Kennwert PE-LD PE-HD
 Dichte  0,919 g/cm3  0,963 g/cm3
 E-Modul  200 MPA  1.350 MPa
 Streckspannung  9 MPa  30 MPa
 Kugeleindruckhärte  H49/30 15 MPa  H132/30 57 MPa
 Kerbschlagzähigkeit-Izod bei 23 °C  nicht gebrochen  nicht gebrochen
 Glasübergangstemperatur  -100 °C  -70 °C
 Schmelztemperatur  110 °C  135 °C
 Wärmebeständigkeit HDT/B  41 °C  86 °C
 Dauergebrauchstemperatur max./min.  70 °C / 0°C  100 °C / -30 °C

Polyethylen hat eine sehr niedrige Dichte und eine niedrige Festigkeit. Zu seinen weiteren Eigenschaften gehören eine hohe Zähigkeit, eine sehr gute Chemikalienbeständigkeit sowie eine sehr geringe Wasseraufnahme.
Polyethylen zeichnet sich durch eine wachsartige antiadhäsive Oberfläche aus. Es lässt sich sehr gut ver- und bearbeiten und ist preiswert. Seine Anwendung beruht vor allem auf der guten chemischen Beständigkeit. Es wird sehr häufig für Tragetaschen und Folien verwendet (Abb. 2). Kraftstofftanks, Fässer und andere Behälter werden aus PE hergestellt. Beispiele für Handelsnamen von Polyethylen sind: Baylon, Hostalen, Lupolen und Vestolen A.

Polypropylen

Polypropylen (Kurzzeichen PP) ist chemisch dem Polyethylen ähnlich. Der Thermoplast ist teilkristallin und hat mit 0,903 g/cm³ sehr nidrige Dichte. Ausgewählte Kennwerte von Polypropylen sind in Tab.2 dargestellt.
Auf dem Markt werden, neben dem Homopolymer, meist mit kurzen Glasfasern (GF) verstärkte Sorten angeboten (z. B. PP GF30 mit 30 % Glasfasern). Der Zusatz von Glasfasern erhöht die mechanischen Eigenschaften sehr stark, was in Tab. 2 ersichtlich wird.

Tab. 2 Kennwerte von Polypropylen PP

Kennwert PP PP GF30
 Dichte  0,903 g/cm3  1,12 g/cm3
 E-Modul  1.450 MPA  7.000 MPa
 Streckspannung  33 MPa  100 MPa
 Kugeleindruckhärte H358/30  72 MPa  110 MPa
 Kerbschlagzähigkeit-Izod bei 23 °C  5 kJ/m2  12 kJ/m2
 Glasübergangstemperatur  -10 °C  -10 °C
 Schmelztemperatur  163 °C  165 °C
 Wärmebeständigkeit HDT/B  85 °C  159 °C
 Dauergebrauchstemperatur max./min.  10 °C / 0°C  100 °C / -30 °C

Polypropylen kann bis ca. 100 °C verwendet werden. Seine Festigkeit und Härte sind höher als die des Polyethylens. Seine hohe Zähigkeit und gute Chemikalienbeständigkeit sind weitere Eigenschaften des Thermoplasten. Polypropylen zeichnet sich durch eine glatte Oberfläche aus. Es lässt sich gut ver- und bearbeiten und ist wie Polyethylen preiswert. Seine Anwendung ist jedoch breiter als die von Polyethylen. Es wird für Wasserleitungen, Einwegprodukte, Behälter, Teppiche, Gartenmöbel, Kunstrasen verwendet, bis hin zu Batteriegehäusen. Zwei Anwendungsbeispiele sind in Abb. 2 gezeigt. Behälter aus Polypropylen können in der Mikrowelle aufgewärmt werden. Es können PP-Fasern hergestellt werden. Beispiele für Handelsnamen von Polypropylen sind: Hostalen PP, Vestolen P, Luparen und Novolen.

                   Abb. 2 Anwendungsbeispiele für Polyethylen PE und Polypropylen PP

Polymethylpenten

Polymethylpenten (Kurzzeichen PMP) ist ähnlich wie Polypropylen(PP) aufgebaut, doch sind die Methylgruppen durch Isobutylgruppen ersetzt. Es hat mit 0,83 g/cm3 die niedrigste aller technischen Kunststoffen Dichte. Polymethylpenten zeichnet sich durch eine hohe Transparenz (90 %) aus, die im ultravioletten Bereich höher als bei Glas oder anderen transparenten Kunststoffen ist. Die für einen teilkristallinen Werkstoff ungewöhnlich hohe Transparenz beruht darauf, dass die amorphen und kristallinen Bereiche annähernd den gleichen Brechungsindex besitzen. Der Brechungsindex liegt bei 1,463 und die Oberflächenspannung ist mit 24 mN/m geringer als von einigen Fluorpolymeren. PMP hat eine etwa zehnmal höhere Gasdurchlässigkeit als Polyethylen.

Polymethylpenten wird für medizinische und labortechnische Zwecke, Kosmetikbehälter, Haushaltswaren (Mikrowellengeschirr) sowie Schreibwaren verwendet bei denen Transparenz bei hoher Wärmeformbeständigkeit und/oder geringe Wasseraufnahme gefordert ist.

Kurz gefasst:

  • Polyolefine bilden die mengengrößte Gruppe der Kunststoffe.
  • Die wichtigsten Polyolefine sind Polyethylen und Polypropylen.
  • Alle Polyoelfine haben eine sehr niedrige Dichte und geringe Festigkeit.

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