Encyklopedie plastů: POLYETHYLENY (PE, LDPE i HDPE)

Tentokrát nás seriál Plastivěda zavede do světa polyethylenů, konkrétně se podíváme na základní informace o hojně používaných zástupcích, kterými jsou vysokohustotní (HDPE) a nízkohustotní (LDPE) polyethyleny. Tyto termoplasty patří v současné době mezi nejčastěji používané plasty. Kdy polyethylen vznikl a jak se vyrábí? Patří do kontejnerů na plasty? A jak je to s tříděním a recyklací?

Polyethylen byl objeven už na konci 19. století, k jeho průmyslovému využití však došlo v Anglii až v roce 1939.
O rozvoj (průmyslového) beztlakového způsobu polymerace se zasloužil Karl Ziegler, který své práce zveřejnil v roce 1955.

Výroba a charakteristika polyethylenů LDPE a HDPE

Výchozí surovinou pro výrobu je ethylen (ethen), plyn s bodem varu
104 °C. Jeho polymerace vyžaduje absolutní čistotu, která byla jednou z největších překážek a důvodem dlouhého vývoje jeho průmyslového využití.

Stupeň polymerace určuje mechanicko-fyzikální vlastnosti konečného produktu. Řetězec polyethylenu je tvořen skupinami metylenovými, popř. metylovými a strukturálně patří mezi nejjednodušší plasty.
Polyethyleny vyrobené nízkotlakými způsoby mají pravidelnější strukturu než vysokotlaké a jsou hlavní příčinou rozdílných vlastností jednotlivých typů polyethylenů.

Konečný produkt je ve formě granulí. (Zdroj: Pixabay.com)

Jak se vyrábí vysokotlaký (nízkohustotní) LDPE a jaké má vlastnosti?

K výrobě dochází prostřednictvím polymerace ethylenu při teplotě 150–200 °C a tlaku 15 000–20 000 MPa.

Vysokotlaký polyethylen má lepší elektroizolační vlastnosti než HDPE. Je netoxický, stálý vůči bezkyslíkatým kyselinám, louhům a solím. Při vyšších teplotách se rozpouští v organických rozpouštědlech, je bez chuti, zápachu, nepřijímá vodu.
Je semikrystalický, podle hustoty poddajný až měkký, houževnatý a dobře hořlavý.
Se stoupající hustotou roste i pevnost v tahu, tvrdost i tuhost.
Flexibilita LDPE klesá se stoupajícím polymeračním stupněm (n), stoupá odolnost vůči korozi z napětí.
LDPE neodolává aromatům, chlorovaným uhlovodíkům, tenzoaktivnímu prostředí. Mezi výhody patří zdravotní nezávadnost.

Jak se vyrábí nízkotlaký (vysokohustotní) HDPE a jaké má vlastnosti? 

Zieglerův způsob výroby probíhá při teplotě 60–75 °C a při atmosférickém tlaku, přičemž katalyzátorem je chlorid titaničitý.

Mechanická pevnost je u nízkotlakého polyethylenu podstatně vyšší než u vysokotlakého. Tato vlastnost umožňuje vyrábět z nízkotlakého polyethylenu vstřikováním tenčí stěny než z vysokotlakého.
Propustnost par a plynů je u nízkotlakého třikrát nižší než u vysokotlakého.

Středotlaký způsob polymerace je podobný nízkotlakému, a jelikož pracuje při zvýšeném tlaku, nazýváme ho středotlaký.

Způsoby zpracování polyethylenů

Fyzikální a mechanické vlastnosti jednotlivých polyethylenů umožňují zpracování nejrůznějšími technologickými postupy – je jich opravdu celá řada.

Vstřikování polyethylenů       

Granulovaný polyethylen se při vstřikování roztaví v komoře vstřikovacího lisu při 200–300 °C. Roztavená hmota se tlakem pístu vstřikuje do formy zahřáté na 30–60 °C. Tímto způsobem se vyrábějí např. předměty denní potřeby (pohárky, kbelíky atd.). Z předlisku se mohou vyfukovat i duté předměty (láhve).

Vytlačování polyethylenů   

Tento postup výroby je jednou z nejdůležitějších technologií zpracování polyethylenu. Ten je zpracováván (tvarován) na vytlačovacích šnekových strojích (lisech) se speciálně upravenými hubicemi.
Tímto způsobem se vyrábějí různé druhy profilů a trubky do průměru 300 mm. Trubky do průměru 1 500 mm se vyrábějí odstředivým litím nebo svařováním desek. Podobného způsobu se používá i při oplášťování kabelů.   

Polyethylenové fólie větších tlouštěk se vyrábějí vytlačováním z hubice, fólie pod 0,1 mm se vyrábějí na speciálních vytlačovacích lisech s kruhovou štěrbinou vyfukováním horkým vzduchem.

Odstředivé lití polyethylenů

Používá se hlavně při výrobě trubek větších průměrů. Otočná forma se naplní dávkou granulí, zahřívá se a točí. Roztavená hmota se stejnoměrně rozvrství na stěny. Nevýhodou je omezená délka.

Nanášení polyethylenů na kov

Pro ochranu povrchu kovů tzv. žárovým stříkáním. Na předehřáté plochy (180–250 °C) se z pistole stříká práškový polyethylen. Menší díly se ponořují předehřáté do jemného prášku z polyethylenu nadlehčovaného plynem.

Lehčení polyethylenů

Používá se např. při výrobě kabelů – lehčením se zlepšují dielektrické vlastnosti polyethylenu. Zpracovává se na vytlačovacích strojích, ohřevem se rozkládá nadouvadlo.

Lisování polyethylenových desek       

Probíhá mezi topnými deskami v etážovém lisu. Desky se používají hlavně pro vykládání stěn nádob pro korozivní kapaliny.

Recyklace polyethylenů

Je možno je zpracovávat několikrát – čisté odpady se přidávají k surovině, nebo se odpady drží a zpracovávají na méně hodnotné výrobky.

Opracování a spojování polyethylenů

Dobře se obrábějí ostrými nástroji, ale obtížně se lepí pro svou nepolárnost. Spojují se svařováním, buď sálavým teplem, nebo elektrickými tepelnými impulsy.
Desky z lineárního polyethylenu se dají svařovat pomocí polyethylenového svařovacího drátu svařovací pistolí. Po speciální úpravě se může polyethylen potiskovat barvami.

Polyethylen se využívá například ve stavebnictví, zdravotnictví, v chemickém a kabelářském průmyslu. (Zdroj: Facebook.com/Information)

Kde a jak polyethyleny používáme?

Na polyethyleny narážíme doslova na každém kroku – možnosti využití jsou opravdu velmi široké.

Nejčastěji se polyethyleny používají k výrobě fólií a desek, především pro obaly. Obalová technika z polyethylenů je všude kolem nás, zejména pak slouží k ochraně potravin.

Při výrobě produktů do domácností slouží např. k výrobě mís, kbelíků, součástí chladniček, plastových košů, vysavačů, telefonních a rozhlasových přijímačů.

Ve stavebnictví polyethylen najdeme zejména jako ochranu a izolaci – trubky pro rozvod vody. Polyethylen v zemědělství slouží nejčastěji k výrobě fólií, pařenišť, skleníků, siláží, k melioračním pracím, do závlahových systémů.
V chemickém průmyslu se s polyethyleny nejčastěji setkáváme ve větracích komínech, odsávání, chemických aparaturách a jejich součástech.
V kabelářském průmyslu slouží k oplášťování speciálních kabelů – např. jako izolace telefonních, koaxiálních a podmořských kabelů. Ve zdravotnictví slouží nejčastěji k výrobě hadiček, stříkaček, aparatur, obalů.

Třídění a recyklace polyethylenů

Polyethyleny lze třídit do sběrných nádob na plasty, kde jsou nejčastěji zastoupeny právě LDPE plasty (zejména jako fólie, ale i ostatní výrobky), nebo do sběrných dvorů, a znovu zpracovat.
Obecně jsou pro recyklaci problematické kombinace s jinými materiály, ten největší problém paradoxně představuje kombinace s jinými plasty, které je těžké od sebe oddělit.

Současně je třeba dodržovat další obecně platná pravidla pro třídění odpadu: plastový odpad by neměl být mastný, znečištěný, obsahovat nebezpečné látky, zbytky a nežádoucí příměsi a měli bychom se snažit zmenšit objem odpadu, aby se ho do kontejnerů vešlo větší množství.

V dalších dílech encyklopedického seriálu o plastech se budeme podrobněji samostatně věnovat LDPE a HDPE plastům.
Základní informace o plastech a více o seriálu najdete v úvodním dílu seriálu Plastivěda.