"Trije bratje" v industriji plastike: Kakšne so razlike med LDPE, HDPE in LLDPE?
Ste že kdaj imeli to izkušnjo: ko greš v supermarket kupit plastično folijo, na embalaži opaziš napis "Izdelano iz LDPE"; ko vzameš koš za shranjevanje, je nalepka "Izdelano iz HDPE"; vreče za smeti pa so označene z "Izdelano iz LLDPE" ... Se ob pogledu na te podobne okrajšave počutiš popolnoma zmedeno? Kaj jih točno loči? Zakaj so nekateri plastični izdelki mehki in prozorni, drugi pa togi in trdi?
Danes se pogovorimo o treh bratih v industriji plastike: polietilenu nizke gostote (LDPE), polietilenu visoke gostote (HDPE) in linearnem polietilenu nizke gostote (LLDPE). Čeprav vsi spadajo v družino polietilena, imajo zelo različne lastnosti.
Najprej se pogovorimo o tem, kako so proizvedeni.
Polietilen (PE) je termoplastična smola, pridobljena s polimerizacijo etilena. Preprosto povedano, sestavljena je iz neštetih drobnih molekul etilena, povezanih skupaj v dolge makromolekularne verige. Je nestrupena, brez vonja in ima voskasto teksturo. Ponaša se z odlično odpornostjo na nizke temperature in ohranja svoje lastnosti tudi pri temperaturah do -100 °C.
Leta 1933 so znanstveniki v podjetju Imperial Chemical Industries (ICI) v Združenem kraljestvu med poskusom po naključju odkrili polietilen. V skoraj sto letih od takrat se je polietilen razvil v obsežno družino, med katero so LDPE, HDPE in LLDPE tri najbolj razširjene različice.
Povedano preprosto, njihove največje razlike so v molekularnih strukturah in gostotah.
LDPE: Mehak in prožen najstarejši brat
LDPE, v industriji znan tudi kot visokotlačni polietilen, se sintetizira z visokotlačno polimerizacijo. Njegova gostota se giblje od 0,910 do 0,940 g/cm³, zaradi česar je najlažja vrsta v družini polietilena.
Njegova molekularna struktura je značilna: glavna polimerna veriga ima veliko razvejanih verig. Na 1000 atomov ogljika obstaja približno 20 do 30 etilne, butilne ali daljše stranske veje. Te veje so podobne neurejenim vejicam na drevesu, kar preprečuje lepo molekularno poravnavo in ima za posledico nizko kristaliničnost, le 50 % do 55 %.
Zaradi svoje ohlapne molekularne strukture se LDPE odlikuje z izjemno mehkobo, prosojnostjo in duktilnostjo. Njegova točka mehčišča je pri 90–100 °C, najvišja delovna temperatura pa je 80–90 °C, zaradi česar je med tremi materiali najmanj odporen na vročino. Kljub temu zagotavlja izjemno odpornost na nizke temperature in ostaja prožen tudi pri -70 °C.
Glavne prednosti LDPE so visoka prosojnost, odlična predelovalnost, netoksičnost in brez vonja. Ponaša se tudi z ugodno kemijsko stabilnostjo, odpornostjo proti koroziji, ki jo povzroča večina kislin in alkalij, ter vrhunskimi električnimi izolacijskimi lastnostmi.
Njegove pomanjkljivosti so prav tako izrazite: kaže relativno slabo mehansko trdnost, njegova zapora za vlago, plinska zapora in odpornost na topila pa so slabše od drugih dveh vrst polietilena.
Kje se uporablja?
Folije predstavljajo največji trg LDPE, saj porabijo približno 77 % celotne proizvodnje. Večina vrečk za shranjevanje svežih živil in plastičnih folij, ki jih uporabljate vsak dan, je izdelanih iz LDPE. Pogosto se uporablja tudi za folije za kmetijske rastlinjake in folije za zastirko. Poleg tega LDPE služi kot premaz za kartone za mleko in izolacijska plast žic in kablov.
Zanimivo je, da so LDPE folije vodoodporne, a hkrati prepustne za zrak. Če zlato ribico daste v zaprto vrečko iz LDPE folije, se ne bo zadušila, ker lahko kisik prehaja skozi folijo.
HDPE: Trpežen in tog drugi brat
HDPE, imenovan tudi nizkotlačni polietilen, se polimerizira pod nizkim tlakom z Zieglerjevimi katalizatorji. Ima gostoto 0,940–0,976 g/cm³, kar je največja gostota med tremi materiali.
HDPE ima v osnovi linearne molekularne verige z zelo malo stranskimi vejami – v povprečju le peščico vej na 1000 atomov ogljika. Ta pravilna struktura omogoča molekulam, da se lepo razporedijo, kar zagotavlja visoko kristaliničnost od 85 % do 95 %, kar je največ od treh stopenj.
Visoka kristalnost daje HDPE visoko trdnost, veliko togost, visoko trdoto in odlično toplotno odpornost. Njegova točka mehčišča se giblje od 125 °C do 135 °C, najvišja delovna temperatura pa lahko doseže 100 °C, zato je izdelke iz njega mogoče razkužiti z vrelo vodo.
Kar zadeva mehanske lastnosti, HDPE prekaša LDPE po trdoti, natezni trdnosti in odpornosti proti lezenju, poleg tega pa se ponaša tudi z dobro odpornostjo proti obrabi. Ima tudi izjemno kemijsko stabilnost: pri sobni temperaturi je netopen v nobenem organskem topilu, odporen je proti koroziji zaradi kislin, alkalij in soli ter celo prenese erozijo zaradi močnih oksidantov.
Njegove slabosti so slabša odpornost proti staranju in odpornost proti razpokam zaradi okoljskih napetosti v primerjavi z LDPE; termična oksidacija poslabša njegove lastnosti.
Kje se uporablja HDPE?
HDPE se najpogosteje uporablja za vse vrste steklenic, veder in pločevink. Številne steklenice za šampon, vedra za pralni prašek in steklenice za mleko so doma izdelane iz HDPE s pihanjem.
Poleg tega se HDPE pogosto uporablja za cevi, vključno z vodovodnimi cevmi in plinovodi. Zaradi svoje tlačne odpornosti in odpornosti proti koroziji je priljubljen material za podzemna cevovodna omrežja. Pogosto se uporablja tudi v embalažnih škatlah, paletah, žicah in kablih.
Izdelki iz HDPE so mlečno belega videza, rahlo prosojni, ko jih narežemo na tanko, in so na otip veliko bolj togi kot LDPE. Tudi če jih močno stisnemo, jih ni mogoče zlahka deformirati.
LLDPE: Vsestranski najmlajši brat
Linearni polietilen nizke gostote (LLDPE) je najmlajši od treh bratov, ki se je pojavil v poznih sedemdesetih in zgodnjih osemdesetih letih prejšnjega stoletja. Je kopolimer, polimeriziran iz etilena in majhne količine α-olefinov (kot so 1-buten, 1-heksen, 1-okten itd.) pod delovanjem katalizatorjev, z gostoto od 0,915 do 0,940 g/cm³.
LLDPE se ponaša z značilno molekularno strukturo, za katero je značilna linearna glavna veriga brez dolgih stranskih vej, vendar z majhnim številom kratkih stranskih vej. Odsotnost dolgih stranskih vej mu daje višjo kristaliničnost kot LDPE, kar ima za posledico lastnosti, ki se uvrščajo med HDPE in LDPE, hkrati pa združuje prednosti obeh materialov. Preprosto povedano, LLDPE ima fleksibilnost LDPE skupaj s trdnostjo HDPE. Zagotavlja izjemno odpornost na trganje, odpornost proti prebadanju in odpornost na razpoke zaradi okoljskih napetosti.
V primerjavi z LDPE ima LLDPE večjo trdnost, boljšo žilavost, večjo togost ter vrhunsko odpornost na vročino in nizke temperature. V primerjavi s HDPE ohranja ugodno fleksibilnost. Z dobro uravnoteženo celovito zmogljivostjo se lahko LLDPE uporablja v skoraj večini tržnih sektorjev, kjer sta prisotna LDPE in HDPE.
Kje se uporablja LLDPE?
Folije so tudi največja uporaba LLDPE in se izjemno dobro obnese v scenarijih visoke trdnosti, kot so raztegljive folije in folije za težko embalažo. Raztegljiva folija, s katero so oviti vaši ekspresni paketi, je najverjetneje izdelana iz LLDPE – ponaša se z veliko odpornostjo proti prebadanju in raztegljivostjo, kar tesno pritrdi škatle.
Dandanes se LLDPE pogosto uporablja tudi za folije za kmetijske rastlinjake. Njegova visoka mehanska trdnost omogoča izdelavo folij s tanjšo debelino, hkrati pa zagotavlja boljšo prepustnost svetlobe. Poleg tega se LLDPE uporablja tudi v izdelkih, izdelanih z brizganjem, žicah in kablih, plastičnih ceveh in na drugih področjih.
Kako ločiti te tri vrste plastike?
Če imate kos neoznačene plastike, kako lahko ugotovite, kakšna je?
Na otip: LDPE je najmehkejši z voskasto teksturo in relativno dobro prosojnostjo; LLDPE je nekoliko trši in ima sijočo površino; HDPE je najtrši, težko ga je upogniti tudi s silo, na videz pa je mlečno bel in neprozoren.
Preskus gorenja (ni priporočljivo za občasno gorenje): LDPE gori z rumenim zgornjim plamenom in modrim spodnjim plamenom, ne oddaja dima in diši po parafinu; zlahka se topi, kaplja in vleče niti. HDPE gori podobno, vendar je bolj odporen proti gorenju.
Temperaturna odpornost: LDPE se v vreli vodi zmehča in deformira; HDPE lahko prenese dezinfekcijo z vrelo vodo; LLDPE pa je nekje vmes.
Vsak igra svojo vlogo v vsakdanjem življenju
Ko se seznanite z različnimi značilnostmi teh treh vrst polietilena, lahko zlahka prepoznate plastične izdelke v vsakdanjem življenju:
Vreče za smeti: Večina jih je izdelanih iz LDPE ali LLDPE. So poceni, mehke in primerne za svoj namen; preveč toge vreče za smeti je nerodno zavezati.
Nakupovalne vrečke za supermarkete: LDPE se je v preteklosti pogosto uporabljal. Dandanes so mešanice LLDPE in LDPE vse pogostejše za povečanje trdnosti, hkrati pa tanjšanje folije za zmanjšanje plastike.
Steklenice za šampon in vedra za pralni prašek: Skoraj vsi so izdelani iz HDPE, ki ga odlikuje visoka togost, odpornost proti koroziji in tesnjenje.
Plastična folija in vrečke za ohranjanje svežine: Pretežno LDPE, cenjen zaradi prosojnosti, mehkobe in odličnega oprijema.
Ekspresna raztegljiva folija in folije za težka pakiranja: LLDPE je primarni material, ki ponuja izjemno natezno trdnost in odpornost proti prebadanju.
Kmetijske folije za rastlinjake: Proizvajalci zdaj dajejo prednost LLDPE ali mešanicam LDPE-LLDPE, da bi uravnotežili mehansko trdnost in predelovalnost.
Vodovodne cevi in plinovodi: HDPE je najboljša izbira, saj lahko prenese tlak in korozijo z življenjsko dobo več desetletij.
