Polyethylen(PE)
Polyethylene werden prinzipiell in Gegenwart von Radikalen im Hochdruckverfahren (radikalische Polymerisation) oder mit Hilfe von Katalysatorsystemen im Mittel- und Niederdruckverfahren (anionische Polymerisation) hergestellt und entsprechend dem Stoffzustand des Polyethylens zusätzlich in Suspensions-, Lösungs-, Gasphasen- und Massepolymerisation eingeteilt. Mit dem Hochdruckverfahren werden stark verzweigte Homopolymere (PE-LD) und mit dem Mittel- bzw. Niederdruckverfahren lineare Homo- und Copolymere (PE-HD, PE-MD, PE-LLD) synthetisiert.
Hochdruckverfahren
PE-LD (LD = low density) wird nach dem Hochdruckverfahren (ICI 1939) diskontinuierlich in Rührkesseln oder kontinuierlich in Rohrreaktoren aus Ethylen (CH2 =CH2 ) bei einem Druck von 1.000 bis 3.000 bar bei 150 bis 275 °C mit 0,05 bis 0,1 % Sauerstoff oder Peroxid als Katalysatoren hergestellt. Es entsteht ein stark verzweigtes PE mit unterschiedlich langen Verzweigungen. Die Kristallinität beträgt 40 bis 50 %, die Dichte 0,915 bis 0,935 g/cm3 , die mittlere Molmasse (MM) bis 600.000 g/mol. Mit Hochleistungs-Katalysatorsystemen können PE-LD- Anlagen zur Erzeugung von PE-LLD (LLD = linear low density) umgerüstet werden.
Mittel- und Niederdruckverfahren
PE-HD (HD = high density) wird nach dem Mitteldruck- (Phillips) und Niederdruckverfahren (Ziegler) hergestellt.
Beides sind Suspensionsverfahren. Nach der Phillips-Methode betragen der Druck 30 bis 40 bar, die Temperatur 85 bis 180 °C. Als Katalysator wird Chromoxid auf Aluminiumoxid verwendet. Die MM betragen etwa 50.000 g/mol. Beim Ziegler-Verfahren liegt der Druck bei 1 bis 50 bar, die Temperatur bei 20 bis 150 °C. Es werden Titanhalogenide, Titanester und Aluminiumalkyle als Katalysatoren eingesetzt und MM von 200.000 bis 400.000 g/mol erreicht. PE-HD ist nur sehr schwach verzweigt und hat deswegen eine höhere Kristallinität (60 bis 80 %) und höhere Dichte (0,94 bis 0,97 g/cm3 ) als PE-LD.
PE-HD-HMW (HMW = high molecular weight) mit einer Dichte von 0,942 bis 0,954 g/cm3 und PE-HD-UHMW (UHMW = ultra high molecular weight) mit einer Dichte von 0,93 bis 0,94 g/cm3 verfügen neben der hohen Dichte über hohe Molmassen. Diese Werkstoffe werden mit speziellen Katalysatoren im Niederdruckverfahren hergestellt. Die mittlere Molmasse von PE-HD liegt bei 200 bis 500 kg/mol, bei PE-HD-HMW werden Werte von 500 bis 1.000 kg/mol und bei PE- HD-UHMW 3.000 bis 6.000 kg/mol erzielt.
PE-LLD (LLD = linear low density) wird mit Metallkomplex-Hochleistungskatalysatoren nach vier unterschiedlichen Verfahren hergestellt: Im Niederdruckverfahren aus der Gasphase, aus der Lösung oder in einer Suspension und in einem modifizierten Hochdruckverfahren. Durch Copolymerisation des Ethylens mit 1-Olefinen, wie Buten-1 oder Hexen-1, entstehen Kurzkettenverzweigungen. PE-LLD besitzt einen, im Vergleich zu linearen PE-HD, hohen Comonomer-Anteil. Die höheren Molmassen dieser nur schwach verzweigten Produkte führen zu verbesserten Eigenschaften.
PE-VLD (VLD = very low density) mit einer Dichte von 0,905 bis 0,915 g/cm3 und PE-ULD (ULD = ultra low density) mit einer Dichte von 0,890 bis 0,905 g/cm3 verfügen aufgrund des hohen Comonomer-Anteils über einen so großen Verzweigungsgrad, dass die Dichte unter 0,915 g/cm3 fällt.
PE-(M) (Polyethylen mit Metallocen-Katalysatoren hergestellt). Mit Metallocen hergestellte Polyethylene weisen eine enge Molmassenverteilung auf. Metallocen-PE-Typen sind mit sehr verschiedenen Dichten erzeugbar. Mit Metallocen hergestelltes PE-LLD (M) hat die gleiche Zusammensetzung wie das „reguläre“ PE-LLD, jedoch weist es verschiedene Sequenzstatistiken auf. Als Katalysatoren werden mit Methylaluminoxanen aktivierte Übergangsmetallverbindungen verwendet, meistens mit an Cyclopentadienylreste gebundene Ti- oder Zr-Zentren.
Der Dichtebereich der PE-(M)-Typen umfasst:
PE-LLD-(M): 0,915 bis 0,930 g/cm3
PE-MD-(M): 0,930 bis 0,940 g/cm3 (mittlere Dichte),
PE-HD-(M): 0,940 bis 0,95 g/cm3 .
Darüber hinaus sind PE-VLD-(M): 0,863 bis 0,885 g/cm3 (Polyolefin Elastomere) und 0,886 bis 0,915 g/cm3 (Polyolefin-Plastomere) herstellbar.