VON Andreas Bauer IN BranchenwissenPolyethylen: Ein universelles Beutelmaterial
Ungefähr ein Drittel der global verwendeten Kunststoffe setzt sich aus Polyethylen (PE) zusammen. Dieses vielseitige Material findet Anwendung in unterschiedlichen Verpackungen sowie in Wasserkästen, Folien, Plastiktüten und -beuteln, Wasserrohren und Shampoo-Flaschen. PE gehört zu den „hochwertigeren“ Kunststoffen, ist jedoch nicht biologisch abbaubar. Außerdem ist PE hervorragend als Monomaterial für Standbodenbeutel geeignet.
Begriffsbestimmung: Was ist Polyethylen?
Polyethylen, auch bekannt unter der Kurzbezeichnung ‚PE‘, ist ein Kunststoff, der vor allem für Folien und Verpackungen verwendet wird. Aufgrund seiner einzigartigen Eigenschaften und seines günstigen Preis-Leistungs-Verhältnisses zählt Polyethylen zu den weltweit am häufigsten verwendeten Kunststoffen. Seit den 1950er Jahren hat sich Polyethylen regelrecht zu einem Massenkunststoff entwickelt. Durch verschiedene Herstellungsverfahren und die Zugabe von Additiven (Hilfsstoffen) kann Polyethylen an verschiedene Anwendungszwecke angepasst werden.
Polyethylen ist die allgemeine Materialbezeichnung; es gibt jedoch noch verschiedene Unterarten mit unterschiedlichen Eigenschaften und auch eigenen Bezeichnungen. Trotz geringerer Festigkeit, Härte und Steifigkeit im Vergleich zu anderen Thermoplasten (Kunststoffe, die sich in einem bestimmten Temperaturbereich verformen) zeichnet sich Polyethylen durch hohe Dehnbarkeit, Kälteschlagfestigkeit und gutes Gleitreibverhalten aus.
Vorteile von Polyethylen
Die Vorteile von Polyethylen sind vielfältig und machen ihn zu einem unverzichtbaren Werkstoff in verschiedenen Branchen. Als thermoplastischer Kunststoff, der bei einer Temperatur über +80 °C erweicht, ist er hervorragend verarbeitbar. Darüber hinaus ist PE beständig gegenüber den meisten Säuren, Laugen, Ölen, Fetten, Benzin und aliphatischen Kohlenwasserstoffen. Gerade in der Schlauchtechnik sind die mechanisch robusten PE-Schläuche von großer Bedeutung.
Auch die Lebensmittelindustrie schätzt Polyethylen als Verpackungsmaterial aufgrund seiner gesundheitlichen Unbedenklichkeit und seiner gasdurchlässigen Eigenschaften im Vergleich zu anderen Kunststoffen. Zudem nimmt PE insgesamt weniger Wasser auf. In der Elektroindustrie wird Polyethylen aufgrund seiner guten elektrischen Isolationseigenschaften für Kabelummantelungen und nichtleitende Bauteile verwendet.
Besonders interessant ist die Möglichkeit, Polyethylen in unterschiedlicher Transparenz herstellen zu können – von nahezu durchsichtig bis völlig undurchsichtig. Auch weitere Eigenschaften wie Dichte, Festigkeit oder Härte können je nach Herstellungsverfahren variieren.
Vorteile zusammengefasst:
- Geschmacksneutral und geruchlos
- Schmutz und Bakterien bleiben nicht haften
- Elektrischer Widerstand
- Leichte Verarbeitung
- Wiederverwertbar
- Stoß- und verschleißfest
- Flexibel und widerstandsfähig
- Preisgünstig
- Wasserundurchlässig
- Betriebstemperaturbereich zwischen -50 bis 80 °C
Nachteile von Polyethylen
Die Nachteile von Polyethylen liegen auf der Hand, wenn man sich genauer mit dem Thema ‚Kunststoff‘ beschäftigt. Der Abbau dieses Polymers dauert wesentlich länger als bei anderen Kunststoffen. Auf Deponien kann es Jahrzehnte dauern, bis sich das Material zersetzt hat, was zu Platzmangel auf den vorgesehenen Abfalldeponien führt.
Zudem wird Polyethylen hauptsächlich aus begrenzten Ressourcen wie Erdgas oder Erdöl gewonnen, was langfristig zu Knappheit führen kann. Ein weiterer Nachteil von Polyethylen ist seine geringe UV-Beständigkeit. Das Material kann durch Sonneneinstrahlung schnell spröde werden und an Festigkeit verlieren. Dies kann dazu führen, dass Produkte aus Polyethylen im Freien schneller altern und ersetzt werden müssen.
Die Produktion von Polyethylen erfordert eine große Menge Energie und setzt bedeutende Mengen an CO₂-Emissionen frei. Dies trägt zum Klimawandel bei und belastet die Umwelt zusätzlich.
Welche Stoffe gehören überhaupt in die gelbe Tonne? So trennen Sie Ihren Abfall richtig:
Es ist nicht immer offensichtlich, ob ein Produkt recyclingfähig ist oder nicht. Falls Sie unsicher sind, können Sie den Abfalltrennungsleitfaden Ihrer Region konsultieren, um festzustellen, in welchen Abfallbehälter das Produkt entsorgt werden kann.
Zukünftige Entwicklungen
Wie kann Polyethylen in der Zukunft recycelt werden? Schon heute gibt es neue Ansätze und wegweisende Entwicklungen im Bereich des Kunststoff-Recyclings, welche unbedingt erwähnt werden sollten:
Eine besonders innovative Forschungsarbeit wurde von Prof. Dr. Rhett Kempe (Lehrstuhlinhaber für Anorganische Chemie II - Katalysatordesign, Sustainable Chemistry Centre) und seinem Team an der Universität Bayreuth geleistet. Durch gezielte Nachbildungen der chemischen Struktur von LDPE wurde ein neuartiges hochverzweigtes Polyolefin-Material geschaffen, das chemisch recycelbar ist. Es wurden sogenannte „Recycling Points“ von den Forschenden in den neuen Kunststoff integriert. Das Polymer kann so chemisch in kleinere Fragmente zerlegt werden, die bereits bei gemäßigten Temperaturen in organischen Lösungsmitteln löslich sind, und somit ein Recyclingprozess möglich ist. Die einzelnen Komponenten können anschließend neu miteinander verbunden werden, was eine Wiederverwendung im Rahmen eines geschlossenen Kreislaufs erlaubt.
Des Weiteren haben Wissenschaftler aus den Niederlanden einen faszinierenden Ansatz entdeckt: Ein im Meer lebender Pilz kann unter Einwirkung von UV-Strahlung Polyethylen abbauen. Die niederländischen Wissenschaftler des Instituts für Meeresforschung (NIOZ) sowie weitere internationale Kooperationspartner haben ihre Erkenntnisse in der Fachzeitschrift „Science of the Total Environment“ veröffentlicht.
Zusätzlich hat eine Forschergruppe um Ziyu Cen vom Beijing National Laboratory for Molecular Sciences einen innovativen Weg gefunden, Plastikverpackungen durch chemisches Recycling in Benzin umzuwandeln, ohne dabei auf teure oder seltene Metalle angewiesen zu sein. Die Resultate wurden von Cen und seinen Co-Autoren in der wissenschaftlichen Zeitschrift „Nature Chemistry“ publiziert.
Standbodenbeutel aus Polyethylen
Der Standbodenbeutel aus Polyethylen ist eine beliebte Verpackungsoption, die sich durch ihre stabilen Eigenschaften und ihre praktische Handhabung auszeichnet. Dank des speziellen Bodens kann der PE-Beutel problemlos aufrecht stehen, was das Befüllen und Präsentieren von Produkten erleichtert.
PE-Beuteln sind besonders in der Lebensmittelindustrie beliebt, da sie eine effektive Möglichkeit bieten, Produkte wie Kaffee, Nüsse oder Snacks ansprechend zu verpacken und frisch zu halten. Aber auch in anderen Branchen finden diese Beutel vielfältige Anwendungsmöglichkeiten:
- Kosmetikbranche
- Tierfutterindustrie
- Pharma (Medizinische Versorgung)
- Sport- und Fitness
- Haushalt und Garten
Die Verwendung von PE-Beutel stellt eine innovative Lösung im Verpackungssektor dar, die zunehmend an Bedeutung gewinnt. Die PE-Beutel zeichnen sich durch ihre hervorragenden mechanischen und optischen Eigenschaften aus, welche entscheidend sind, um als Alternative zu traditionellen Folienverbunden eingesetzt werden zu können. Insbesondere die MDO-Technologie (Machine Direction Orientation) spielt hierbei eine Schlüsselrolle. Durch das gezielte Ausrichten der Moleküle während des Herstellungsprozesses wird die Stabilität der Folie signifikant erhöht. Dies ermöglicht nicht nur eine verbesserte Festigkeit, sondern auch eine optimierte Barrierewirkung gegenüber Feuchtigkeit und Sauerstoff – Eigenschaften, die für viele Produkte von zentraler Bedeutung sind.
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Was ist ein Monomaterial?
Monomaterialien, abgeleitet von dem griechischen Begriff „monos“ (allein oder einzig), stellen eine innovative Lösung im Bereich der Verpackungstechnologien dar. Sie bestehen aus einem einzigen Materialtyp wie Polyethylen (PE) oder Polypropylen (PP).
Monomaterialfolien und -verpackungen ermöglichen eine effiziente Wiederverwertung, da sie die Qualität des Regenerates verbessern. Das Regenerat (chemische Aufbereitung gebrauchter Materialien), auch Regranulat genannt, entsteht durch den Recyclingprozess und kann wieder in den Kunststoffkreislauf eingegliedert werden. Es ist wichtig, zwischen Monomaterial und Monofolie zu differenzieren: Während Monomaterialien aus einer einzigen Stoffart bestehen, bezieht sich der Begriff Monofolie auf Folien, die aus einer einzigen Schicht gefertigt sind. Oftmals sind diese Schichten aus kompatiblen Materialien derselben Gruppe zusammengesetzt.
Herstellungsverfahren von PE-Monomaterial
Die Herstellung von monoorientiertem Polyethylen (MDO-PE) ist ein präziser Prozess, der ermöglicht, die Eigenschaften des Materials gezielt zu optimieren. Nach der Extrusion (formgebendes Verfahren, bei der die Kunststoffmasse durch Druck und hohe Temperaturen durch eine formgebende Masse gepresst wird) auf einer Blasfolienanlage wird die Folie in Laufrichtung gedehnt, wodurch die Polymerketten des Polyethylens gestreckt werden. Dies geschieht entweder „in-line“ oder in einem separaten Schritt, wobei die Folie kontrolliert, erhitzt und über schnell drehende Walzen geführt wird. Diese Methode ist entscheidend für die Erhöhung der Kristallinität des Materials, was zu einer signifikanten Verbesserung der Festigkeit und Steifigkeit führt.
Ein weiterer wichtiger Aspekt dieses Verfahrens ist die anschließende Thermofixierung der gedehnten Folie durch schnelles Abkühlen. Dieser Schritt sorgt dafür, dass das neue geometrische Arrangement der Moleküle stabil bleibt und das Material seine gewünschten mechanischen Eigenschaften behält.
In welchen Anwendungsbereichen findet MDO-PE typischerweise Verwendung?
MDO-PE, oder maschinell orientiertes dehnbares Polyethylen, hat sich als äußerst vielseitiges Material in verschiedenen Industrien etabliert. Besonders hervorzuheben sind die Verpackungsindustrie sowie der Bereich der Konsumgüterverpackungen. Hierbei überzeugt MDO-PE durch seine exzellente Barrierewirkung gegenüber Feuchtigkeit und Gasen, was die Haltbarkeit von Lebensmitteln signifikant erhöht und somit zur Reduzierung von Lebensmittelverschwendung beitragen kann. Ein weiterer Anwendungsbereich ist die Herstellung von Folien für technische Anwendungen, wo MDO-PE aufgrund seiner hohen mechanischen Festigkeit und Flexibilität überzeugt. Diese Eigenschaften machen das Material besonders attraktiv für die Produktion von Beuteln und Folienschichten, die sowohl langlebig als auch leicht sind. Ebenso ist MDO-PE in der Medizintechnik nicht mehr wegzudenken, da es dank seiner Biokompatibilität und Sterilisierbarkeit für medizinische Geräte und Verpackungen verwendet wird.
Fazit: Die Zukunft von Polyethylen
Zusammenfassend kann festgehalten werden, dass Polyethylen (PE) aufgrund seiner vielseitigen Eigenschaften und der kostengünstigen Verarbeitungsmöglichkeiten der weitverbreitetste Kunststoff ist. Zudem ist PE für die menschliche Gesundheit unbedenklich, was seine Verwendung in verschiedenen Branchen weiter begünstigt. Jedoch trägt PE, insbesondere in Form von Verpackungen und Einwegartikeln, maßgeblich zur Zunahme von Plastikabfällen bei und belastet wiederum unsere Ökosysteme erheblich.
Ebenso hat sich gezeigt, dass die Verwendung von PE-Beuteln eine fortschrittliche und vielversprechende Lösung im Verpackungssektor darstellt. Die hervorragenden mechanischen und optischen Eigenschaften machen sie zu einer attraktiven Alternative zu traditionellen Folienverbunden. Es wird deutlich, dass PE-Beutel in Zukunft eine immer größere Rolle spielen.
