„Traja bratia“ v plastikárskom priemysle: Aké sú presne rozdiely medzi LDPE, HDPE a LLDPE?
Zažili ste už niekedy túto skúsenosť: keď idete do supermarketu kúpiť plastovú fóliu, všimnete si na obale vytlačené "Vyrobené z LDPE"; keď si vezmete úložný koš, jeho štítok má označenie "Vyrobené z HDPE"; a vrecia na odpadky sú označené "Vyrobené z LLDPE"... Ste úplne zmätení, keď vidíte tieto podobné skratky? Čo ich presne odlišuje? Prečo sú niektoré plastové výrobky mäkké a priehľadné, zatiaľ čo iné sú pevné a húževnaté?
Dnes si povieme niečo o troch bratoch v plastikárskom priemysle: polyetyléne s nízkou hustotou (LDPE), polyetyléne s vysokou hustotou (HDPE) a lineárnom polyetyléne s nízkou hustotou (LLDPE). Hoci všetky patria do rodiny polyetylénov, majú veľmi odlišné vlastnosti.
Najprv si povedzme, ako sa vyrábajú.
Polyetylén (PE) je termoplastická živica získaná polymerizáciou etylénu. Jednoducho povedané, pozostáva z nespočetného množstva drobných molekúl etylénu spojených do dlhých makromolekulárnych reťazcov. Je netoxický, bez zápachu a má voskovú textúru. Pýši sa vynikajúcou odolnosťou voči nízkym teplotám a zachováva si svoje vlastnosti aj pri teplotách až -100 °C.
V roku 1933 vedci z Imperial Chemical Industries (ICI) vo Veľkej Británii náhodne objavili polyetylén počas experimentu. Za takmer sto rokov, ktoré odvtedy uplynuli, sa z polyetylénu vyvinula rozsiahla rodina materiálov, medzi ktorými sú LDPE, HDPE a LLDPE tri najbežnejšie varianty.
Jednoducho povedané, ich najväčšie rozdiely spočívajú v ich molekulárnych štruktúrach a hustotách.
LDPE: Mäkký a flexibilný najstarší brat
LDPE, v priemysle známy aj ako vysokotlakový polyetylén, sa syntetizuje vysokotlakovou polymerizáciou. Jeho hustota sa pohybuje od 0,910 do 0,940 g/cm³, čo z neho robí najľahší typ v rámci rodiny polyetylénov.
Jeho molekulárna štruktúra je charakteristická: hlavný polymérny reťazec nesie množstvo rozvetvených reťazcov. Na 1 000 atómov uhlíka pripadá približne 20 až 30 etylových, butylových alebo dlhších bočných vetiev. Tieto vetvy pripomínajú neusporiadané vetvičky na strome, čo bráni úhľadnému molekulárnemu usporiadaniu a vedie k nízkej kryštalinite, iba 50 % až 55 %.
Vďaka svojej voľnej molekulárnej štruktúre sa LDPE vyznačuje vynikajúcou mäkkosťou, priehľadnosťou a ťažnosťou. Jeho bod mäknutia je 90 – 100 °C s maximálnou prevádzkovou teplotou 80 – 90 °C, čo z neho robí najmenej tepelne odolný materiál spomedzi týchto troch. Napriek tomu poskytuje výnimočnú odolnosť voči nízkym teplotám a zostáva flexibilný aj pri -70 °C.
Medzi hlavné výhody LDPE patrí vysoká transparentnosť, vynikajúca spracovateľnosť, netoxicita a bez zápachu. Pýši sa tiež priaznivou chemickou stabilitou, odolnosťou voči korózii spôsobenej väčšinou kyselín a zásad a vynikajúcimi elektrickými izolačnými vlastnosťami.
Jeho nevýhody sú rovnako výrazné: vykazuje relatívne nízku mechanickú pevnosť a jeho odolnosť voči vlhkosti, plynotesná bariéra a odolnosť voči rozpúšťadlám sú horšie ako v prípade ostatných dvoch druhov polyetylénu.
Kde sa to uplatňuje?
Fólie tvoria najväčší trh s LDPE, spotrebúvajú približne 77 % z celkovej produkcie. Väčšina tašiek na uchovávanie čerstvých potravín a plastových fólií, ktoré denne používate, je vyrobená z LDPE. Je tiež široko používaný na výrobu poľnohospodárskych skleníkových fólií a mulčovacích fólií. Okrem toho LDPE slúži ako povlak na kartóny od mlieka a izolačná vrstva drôtov a káblov.
Je zaujímavé, že LDPE fólie sú vodotesné, ale zároveň priepustné pre vzduch. Ak vložíte zlatú rybku do uzavretého LDPE fóliového vrecka, rybka sa neudusí, pretože cez fóliu môže prechádzať kyslík.
HDPE: Robustný a pevný druhý brat
HDPE, tiež označovaný ako nízkotlakový polyetylén, sa polymerizuje za nízkeho tlaku pomocou Zieglerových katalyzátorov. Má hustotu 0,940 – 0,976 g/cm³, čo je najvyššia hustota spomedzi týchto troch materiálov.
HDPE má v podstate lineárne molekulárne reťazce s veľmi malým počtom postranných vetiev – v priemere len hŕstka vetiev na 1 000 atómov uhlíka. Táto pravidelná štruktúra umožňuje molekulám úhľadné usporiadanie, čo prináša vysokú kryštalinitu 85 % až 95 %, čo je maximum z troch stupňov.
Vysoká kryštalinita dodáva HDPE vysokú pevnosť, skvelú tuhosť, vysokú tvrdosť a vynikajúcu tepelnú odolnosť. Jeho bod mäknutia sa pohybuje od 125 °C do 135 °C a jeho maximálna prevádzková teplota môže dosiahnuť 100 °C, takže výrobky z neho je možné dezinfikovať vriacou vodou.
Pokiaľ ide o mechanické vlastnosti, HDPE prekonáva LDPE v tvrdosti, pevnosti v ťahu a odolnosti proti tečeniu a môže sa pochváliť aj dobrou odolnosťou proti opotrebovaniu. Má tiež vynikajúcu chemickú stabilitu: je nerozpustný v žiadnom organickom rozpúšťadle pri izbovej teplote, odoláva korózii spôsobenej kyselinami, zásadami a soľami a dokonca odoláva erózii spôsobenej silnými oxidačnými činidlami.
Jeho nevýhodou je horšia odolnosť proti starnutiu a odolnosť proti praskaniu v dôsledku environmentálneho napätia v porovnaní s LDPE; tepelná oxidácia zhoršuje jeho vlastnosti.
Kde sa používa HDPE?
HDPE sa najčastejšie používa na všetky druhy fliaš, vedier a plechoviek. Mnoho fliaš od šampónu, vedier od pracích prostriedkov a fliaš od mlieka v domácnostiach sa vyfukuje z HDPE.
Okrem toho sa HDPE hojne používa na potrubia vrátane vodovodných potrubí a plynovodov. Vďaka svojej odolnosti voči tlaku a korózii je preferovaným materiálom pre podzemné potrubné siete. Taktiež sa široko používa v baliacich škatuliach, paletách, drôtoch a kábloch.
Výrobky z HDPE majú mliečne biely vzhľad, sú pri tenkom krájaní mierne priesvitné a na dotyk sú oveľa tuhšie ako LDPE. Ani pri silnom stlačení sa nedajú ľahko deformovať.
LLDPE: Všestranný najmladší brat
Lineárny nízkohustotný polyetylén (LLDPE) je najmladší z troch bratov, ktorý sa objavil koncom 70. a začiatkom 80. rokov 20. storočia. Je to kopolymér polymerizovaný z etylénu a malého množstva α-olefínov (ako je 1-butén, 1-hexén, 1-oktén atď.) pôsobením katalyzátorov s hustotou v rozmedzí od 0,915 do 0,940 g/cm³.
LLDPE sa môže pochváliť výraznou molekulárnou štruktúrou, ktorá sa vyznačuje lineárnym hlavným reťazcom bez dlhých bočných vetiev, no s malým počtom krátkych bočných vetiev. Absencia dlhých bočných vetiev mu dáva vyššiu kryštalinitu ako LDPE, čo má za následok vlastnosti nachádzajúce sa medzi HDPE a LDPE a zároveň kombinuje výhody oboch materiálov. Jednoducho povedané, LLDPE má flexibilitu LDPE spolu s pevnosťou HDPE. Poskytuje vynikajúcu odolnosť proti roztrhnutiu, odolnosť proti prepichnutiu a odolnosť voči praskaniu v dôsledku environmentálneho namáhania.
V porovnaní s LDPE sa LLDPE vyznačuje vyššou pevnosťou, lepšou húževnatosťou, väčšou tuhosťou a vynikajúcou odolnosťou voči teplu a nízkym teplotám. V porovnaní s HDPE si zachováva priaznivú flexibilitu. Vďaka vyváženému komplexnému výkonu sa LLDPE môže použiť takmer vo väčšine trhových sektorov, v ktorých sa LDPE a HDPE vyskytujú.
Kde sa používa LLDPE?
Fólie sú tiež najväčšou aplikáciou LLDPE a mimoriadne dobre sa hodia do vysokopevnostných scenárov, ako sú strečové fólie a odolné baliace fólie. Strečová fólia omotaná okolo vašich expresných balíkov je s najväčšou pravdepodobnosťou vyrobená z LLDPE – vyznačuje sa vynikajúcou odolnosťou proti prepichnutiu a rozťažnosťou, čím pevne zaisťuje kartóny.
V súčasnosti sa LLDPE široko používa aj na výrobu fólií pre poľnohospodárske skleníky. Jeho vysoká mechanická pevnosť umožňuje výrobu fólií s tenšou hrúbkou a zároveň poskytuje lepšiu priepustnosť svetla. Okrem toho sa LLDPE používa aj vo vstrekovaných výrobkoch, drôtoch a kábloch, plastových rúrkach a iných oblastiach.
Ako rozlíšiť tieto tri druhy plastov?
Ak máte kus neoznačeného plastu, ako môžete určiť jeho typ?
Na dotyk: LDPE je najmäkší s voskovou textúrou a relatívne dobrou priehľadnosťou; LLDPE je o niečo tvrdší a má lesklý povrch; HDPE je najtuhší, ťažko sa ohýba aj pri použití sily a javí sa mliečne biely a nepriehľadný.
Skúška horenia (neodporúča sa na bežné horenie): LDPE horí žltým horným plameňom a modrým dolným plameňom, nedymí a vonia ako parafín; ľahko sa topí, kvapká a ťahá vlákna. HDPE horí podobne, ale je odolnejší voči horeniu.
Teplotná odolnosť: LDPE mäkne a deformuje sa vo vriacej vode; HDPE znesie dezinfekciu vriacou vodou; LLDPE sa nachádza niekde medzi týmito dvoma materiálmi.
Každý hrá svoju vlastnú úlohu v každodennom živote
Po oboznámení sa s odlišnými vlastnosťami týchto troch druhov polyetylénu môžete ľahko identifikovať plastové výrobky v každodennom živote:
Vrecia na odpadky: Väčšina z nich je vyrobená z LDPE alebo LLDPE. Sú lacné, mäkké a vhodné na daný účel; príliš pevné vrecia na odpadky sa ťažko viažu.
Nákupné tašky do supermarketov: LDPE sa v minulosti hojne používal. V súčasnosti sú čoraz bežnejšie zmesi LLDPE a LDPE na zvýšenie pevnosti a zároveň stenčenie fólie za účelom redukcie plastov.
Fľaše na šampón a vedrá na prací prostriedok: Takmer všetky sú vyrobené z HDPE, ktorý sa vyznačuje vysokou pevnosťou, odolnosťou proti korózii a tesnosťou.
Plastové obaly a vrecká na uchovávanie čerstvosti: Prevažne LDPE, cenený pre svoju priehľadnosť, mäkkosť a vynikajúcu priľnavosť.
Expresná strečová fólia a odolné baliace fólie: LLDPE je hlavným materiálom, ktorý ponúka vynikajúcu pevnosť v ťahu a odolnosť proti prepichnutiu.
Poľnohospodárske skleníkové fólie: Výrobcovia teraz uprednostňujú LLDPE alebo zmesi LDPE-LLDPE, aby vyvážili mechanickú pevnosť a spracovateľnosť.
Vodovodné potrubia a plynovody: HDPE je najlepšou voľbou, odolný voči tlaku a korózii s životnosťou niekoľko desaťročí.
