Co je to nízkohustotní polyetylén (LDPE)?

Odolná stěna nádoby na prací prostředek a hladká, ohebný povrch obalu přilnavé fólie se může zdát vyroben z velmi odlišných materiálů – materiálů navržených pro tuhost, druhý pro flexibilitu. Přesto překvapivě, oba mohou být vyrobeny ze stejného univerzálního termoplastu: Polyetylen s nízkou hustotou (LDPE).

Zatímco polyethylen je jedním z nejpoužívanějších polymerů na světě, existuje v různých podobách, každý je navržen tak, aby splňoval specifická výkonnostní kritéria.

LDPE se odlišuje svou rozvětvenou molekulární strukturou, která dodává měkkost,

výborná zpracovatelnost, a vysoká odolnost proti vlhkosti – vlastnosti, díky nimž je nepostradatelný jak v balení, tak v průmyslových aplikacích.

V tomto článku, hluboce se ponoříme do chemie LDPE, výrobní procesy, Materiálové vlastnosti, a aplikační prostory.

Navíc, zkoumáme, jak se LDPE srovnává s jinými typy polyethylenu, a hodnotíme jeho environmentální a ekonomický význam na dnešním trhu.

1. Co je LDPE?

Polyetylen s nízkou hustotou (LDPE) vyniká jako rozvětvený termoplastický polymer v rámci expanzivní rodiny polyethylenů.

Syntetizováno polymerací ethylenových monomerů (C2H4) za podmínek vysokotlakých radikálů, Charakteristickým znakem LDPE je jeho rozsáhlé molekulární větvení.

V důsledku toho, dosahuje nižší krystalinity a hustoty (0.910–0,940 g/cm³) ve srovnání s jeho protějškem s vysokou hustotou, což přináší pozoruhodnou flexibilitu, průhlednost, a houževnatost.

2. Chemická struktura & Polymerizace

Ethylenový monomer & Radikálová polymerace

Na molekulární úrovni, LDPE pochází z ethylenu, dvouuhlíkový alken.

Radikální iniciátoři (NAPŘ., organické peroxidy) abstraktní atomy vodíku pod tlakem 1,000– 3000 barů a teploty 150–300 ° C., spuštění růstu řetězce volných radikálů.

Rozhodující, reakce přenosu řetězce vedou k rozsáhlému větvení, které je jedinečné pro LDPE.

Molekulární větvení

Toto větvení se projevuje jako krátké (methyl, ethyl) a dlouhé postranní řetězce.

V průměru, LDPE exponáty 2– 10 poboček za 1,000 atomy uhlíku, což zase snižuje balení řetězu a krystalinitu.

V důsledku toho, Hustota LDPE sedí kolem 0.925 g/cm³, zatímco HDPE se pohybuje od 0.941–0,965 g/cm³.

Řetězová architektura vs. Vlastnosti

Důležité, větvení určuje mechanické a tepelné vlastnosti.

Více větvení snižuje bod tání (na 105–115 °C) a zvyšuje prodloužení (až do 650 %), zatímco menší větvení zvyšuje pevnost v tahu (až do 25 MPA).

V souladu s tím, výrobci dolaďují proměnné reaktoru – tlak, teplota, a iniciační dávka – k dosažení přizpůsobeného výkonu.

3. Výrobní procesy

Vysokotlaké autoklávové reaktory

Autokláv (šarže) Ve výrobě LDPE nadále dominují reaktory, díky jejich schopnosti konzistentně dodávat vysoce rozvětvený polymer.

V typickém cyklu, ethylen a iniciátor se naplní do reaktoru, tlak stoupá na 2,000 bar, a teplota stoupá 200 ° C.. Po polymeraci, tavenina se vypustí pro peletizaci.

Kontinuální vs. Dávková polymerace

Alternativně, kontinuální trubkové reaktory pracují při mírně nižších tlacích a dodávají 20–30 % vyšší propustnost, i když s užší distribucí molekulových hmotností.

Navzdory tomu, nepřetržité procesy mohou snížit spotřebu energie 10–15 %, zlepšení nákladové efektivity a snížení emisí skleníkových plynů.

Peletování & Post-Léčba

Po zpolymerování, horká tavenina LDPE prochází peletizací provazce, následuje sušení při 80–100 ° C. k odstranění těkavých látek.

Následně, výrobci přidávají přísady – UV stabilizátory, antioxidanty, kluzná činidla – prostřednictvím míchání předsměsi, zajišťující homogenní rozptyl a optimální dlouhodobý výkon.

4. Fyzikální, Mechanický & Tepelné vlastnosti

V této části, zkoumáme, jak se jedinečná molekulární architektura LDPE promítá do jeho makroskopického chování.

Pochopením těchto rozsahů vlastností, inženýři a návrháři si mohou s jistotou vybrat LDPE pro aplikace, které vyžadují přesnou rovnováhu flexibility, pevnost, a tepelným výkonem.

Hustota & Krystalinita

V první řadě, Hustota LDPE – obvykle 0.910–0,940 g/cm³—odráží jeho relativně nízkou krystalinitu (zhruba 35–55 %).

V důsledku toho, LDPE vykazuje vynikající flexibilitu a transparentnost.

Jak klesá krystalinita, amorfní oblasti dominují, umožňující fólii a tenkým dílům ohýbat se a skládat bez praskání, i při teplotách pod nulou.

Pevnost v tahu & Prodloužení

Navíc, LDPE kombinuje střední pevnost s mimořádnou tažností.

Jeho konečná pevnost v tahu (UTS) spadá mezi 10 a 20 MPA, zatímco prodloužení při přetržení se pohybuje od 200 % na 650 %.

Z praktického hlediska, to znamená, že fólie z LDPE se mohou před protržením několikrát natáhnout oproti původní délce – ideální pro strečové obaly a flexibilní obaly.

Odolnost vůči dopadu & Tvrdost

Navíc, LDPE účinně tlumí nárazy. Hodnoty dopadu Izod obvykle dosahují 50–100 J/m, a tvrdost Shore D měří kolem 40–55.

Tyto údaje ukazují, že LDPE vyvažuje měkkost (pro pohodlí rukou v nákupních taškách) s dostatečnou houževnatostí, aby odolala propíchnutí a roztržení při manipulaci.

Tepelné chování

Přechod na tepelné vlastnosti, LDPE taje mezi 105 ° C a 115 ° C., což omezuje jeho použití na aplikace s nízkou a střední teplotou.

Jeho teplota ohybu tepla při zatížení je blízko 45–50 °C, a jeho tepelná vodivost je nízká – kolem 0.33 W/m · k— což z něj činí účinný izolant pro obaly a určité průmyslové vložky.

Vlastnosti bariéry

Konečně, LDPE nabízí střední bariérový výkon.

Rychlosti přenosu kyslíku jsou průměrné 600 cm³·mm/m²·den·atm, rozpětí propustnosti oxidu uhličitého 200–600 cm³·mm/m²·den·atm, a prostup vodní páry zůstává nízký – přibližně 0.3–0,5 g·mm/m²·den·kPa.

Díky těmto sazbám, LDPE poskytuje dostatečnou ochranu mnoha potravinářským výrobkům, i když aplikace s vysokou bariérou často vyžadují vícevrstvé konstrukce nebo alternativní polymery.

Relevantní materiálové vlastnosti nízkohustotního polyethylenu:

Vlastnictví	Typický rozsah
Hustota (g/cm³)	0.910–0,940
Krystalinita (%)	35–55
Pevnost v tahu (UTS, MPA)	10–20
Prodloužení při přestávce (%)	200–650
Izod Impact (J/m)	50–100
Tvrdost Shore D	40–55
Bod tání (° C.)	105–115
Teplotní odchylka Temp. (° C.)	45–50
Tepelná vodivost (W/m · k)	~0,33
O₂ Propustnost (cm³·mm/m²·den·atm)	~600
Propustnost CO₂ (cm³·mm/m²·den·atm)	200–600
WVTR (g·mm/m²·den·kPa)	0.3–0,5

5. Techniky zpracování

Vytlačování & Foukání filmu

Při vytlačování vyfukované fólie, LDPE tvoří tubulární bublinu, která, při správném ochlazení a zhroucení, poskytuje filmy s vynikající odolností proti roztržení a nárazu.

Naopak, vytlačování lité fólie poskytuje těsnější kontrolu tloušťky (± 2 µm), takže je ideální pro grafiku a laminaci.

Injekční lisování

Vstřikování LDPE vyžaduje teploty taveniny 180–220 °C a teploty formy 40–60 °C.

Projektanti specifikují přídavky na smrštění 1.5–3 % působit proti volumetrické kontrakci. V důsledku toho, díly jako stlačovací láhve dosahují přesných rozměrů a konzistentní tloušťky stěny.

Vyfukování & Rotační lisování

Extruzní vyfukování vytváří duté LDPE nádoby nafouknutím roztavené baňky uvnitř chlazené formy,

zatímco rotační tvarování využívá pomalou rotaci a teplo k výrobě velkých, bezešvé díly – až 2 m v průměru - s rovnoměrnou tloušťkou stěny.

Tvarování za tepla & Vakuové tvarování

Při tepelném tvarování, LDPE desky (1– tloušťka 5 mm) se zahřívají 110–120 °C a poté překrýt nebo nasát do forem.

Nakreslete poměry až 4:1 umožňují středně hluboké profily, užitečné pro balení táců a víček.

6. Přísady, Kopolymery & Kompozity

UV stabilizátory, Antioxidanty & Plnidla

Pro boj s degradací způsobenou UV zářením, formulátoři obsahují UV absorbéry a HALS at 0.1-1 hm %.

Antioxidanty (NAPŘ., fenolické sloučeniny) na 0.05-0,5 hm % zabránit tepelné oxidaci, zatímco uhličitan vápenatý plniva (5-20 hmotn %) zvýšit tuhost až o 30 %.

Směsi LDPE & Slitiny

Míchání LDPE s LLDPE (lineární s nízkou hustotou) na 20-50 hmotn % zvyšuje pevnost v tahu 10–15 % a odolnost proti propíchnutí tím 20 %.

Naopak, Slitiny LDPE/HDPE zvyšují tuhost a zvyšují bod tání 5–10 °C, otevírání širších oken aplikací.

Nanokompozity & Výztuhy

Obsahující 1–5 hm % nano-jíly nebo uhlíkové nanotrubice mohou snížit propustnost plynů 30–50 % a zvýšit Youngův modul o 10–20 %, tím posouváme LDPE na trh obalů s vysokou bariérou a speciálních fólií.

7. Běžné aplikace nízkohustotního polyethylenu (LDPE)

Díky své všestrannosti, Výrazně se vyznačuje LDPE:

• Flexibilní fólie: Smršťovací fólie, zemědělské mulčovací fólie, a potravinářské vložky.
• Tašky & Obal: Tašky na potraviny, maloobchodní pytle, a šestibalení kroužků.
• Kontejnery & Láhve: Zmáčkněte lahve, dávkovací trubice, a vany na zmrzlinu.
• Hadice & Vložky: Lékařské hadičky, ochranný plášť kabelu, a geomembrány.
• Speciální zboží: Vakuově tvarovaná pouzdra, protetické objímky, a nízkonapěťové odlitky.

Navíc, Odolnost LDPE vůči kyselinám, základny, a vlhkost upevňuje svou roli v náročných prostředích, od vložek pro chemické zpracování až po venkovní zemědělské kryty.

8. Výhody & Omezení polyethylenu s nízkou hustotou (LDPE)

Výhody

• Výjimečná flexibilita: Prodloužení až 650 % zabraňuje praskání při velkém namáhání.
• Chemikálie & Odolnost proti vlhkosti: Stabilní vůči většině kyselin, základny, a vnikání vody.
• Nákladová efektivita: Patří mezi nejlevnější termoplasty, s cenou často 25–35 % pod HDPE.
• Recyclabality: Široce akceptován v programech na obrubníky jako kód pryskyřice „4“ s mírou mechanické recyklace 20–30 % na rozvinutých trzích.

Omezení

• Tepelná omezení: Tání nahoře 115 ° C. omezuje aplikace s vysokou teplotou.
• Propustnost plynu: Zvýšený přenos O₂/CO₂ může zkrátit životnost produktů citlivých na kyslík.
• UV citlivost: Pro venkovní použití vyžaduje stabilizátory, přidávání 0.5–1 % na náklady na formulaci.
• Nižší mechanická pevnost: Pevnost v tahu (10-20 MPa) stezky HDPE (20-37 MPa), omezující použití při velkém zatížení.

9. Srovnávací analýza: LDPE vs. Ostatní polyethyleny

Pro úplné pochopení polohy Polyetylen s nízkou hustotou (LDPE) v rámci širší rodiny polyethylenových materiálů,

je nezbytné jej porovnat s jeho strukturálními příbuznými: Polyetylen s vysokou hustotou (HDPE), Polyethylen střední hustoty (MDPE), a Lineární polyetylén s nízkou hustotou (LLDPE).

Zatímco tyto polymery sdílejí stejný základ ethylenového monomeru, jejich molekulární architektury, hustoty, a výkonnostní atributy se výrazně liší, čímž definují jejich vhodnost pro různé aplikace.

LDPE vs. HDPE: Flexibilita vs. Tuhost

Molekulární struktura & Hustota

LDPE se vyznačuje tím vysoce rozvětvené řetězce, vedoucí k a nízká hustota (0.910–0,940 g/cm³) a snížená krystalinita (~40–50 %).

Naopak, HDPE exponáty lineární řetězce s minimálním větvením, což má za následek vyšší hustota (0.940–0,970 g/cm³) a krystalinita až 80%.

Mechanické vlastnosti

HDPE nabízí Vyšší pevnost v tahu (20-37 MPa) a zlepšená odolnost proti nárazu ve srovnání s LDPE, Díky tomu je ideální pro tuhé produkty, jako jsou palivové nádrže, potrubí, přepravky, a láhve s čisticím prostředkem.

LDPE, na druhé straně, udržuje vynikající prodloužení při přetržení (200–600 %), zvýhodňování aplikací vyžadujících roztažitelnost a odolnost, jako jsou filmy a stlačovací trubice.

Tepelná a chemická odolnost

Oba materiály odolávají širokému spektru chemikálií, ale HDPE nabízí lepší odolnost proti trhlinám způsobeným pnutím a tepelnou stabilitu, s a teplota odklonu tepla blíž k 60–75 °C,

ve srovnání s LDPE 40–50 °C. Však, HDPE má tendenci být křehčí při nízkých teplotách, pokud není modifikován.

LDPE vs. MDPE: Bod rovnováhy

Mezilehlé vlastnosti

Polyethylen střední hustoty (MDPE) překlenuje mezeru mezi LDPE a HDPE. Vyznačuje se mírné větvení, vedoucí k a hustota 0,926–0,940 g/cm³.

Jeho tuhost a odolnost proti nárazu leží mezi LDPE a HDPE, učinit to vhodné pro plynové potrubí, smršťovací fólie, a rotační lisování.

Odolnost proti praskání stresu

MDPE obecně vykazuje zvýšená odolnost proti trhlinám způsobeným namáháním v prostředí (NAPSAT) ve srovnání s LDPE, zejména při vystavení olejům a detergentům.

Však, LDPE stále drží okraj flexibilitu a optickou čistotu, což je rozhodující pro aplikace, jako jsou průhledné obalové fólie.

LDPE vs. LLDPE: Zpracovatelnost vs. Výkon

Strukturální rozdíly

Zatímco LDPE má větvení s dlouhým řetězcem, LLDPE (Lineární polyetylén s nízkou hustotou) funkce větvení s krátkým řetězcem, zaveden kopolymerací s alfa-olefiny, jako je buten, hexen, nebo okten.

To poskytuje LLDPE větší jednotnost molekulové hmotnosti a mechanických vlastností.

Houževnatost a odolnost proti propíchnutí

LLDPE výrazně předčí LDPE z hlediska houževnatost, odolnost proti proražení, a pevnost v roztržení– zejména ve filmových aplikacích.

Například, LLDPE fólie vykazují rázovou houževnatost až 2–3krát vyšší než ekvivalentní třídy LDPE.

Zpracování a úvahy o nákladech

Však, Vyžaduje LLDPE užší zpracovatelská okna a vyšší vytlačovací tlaky, Díky tomu je při vyfukování filmu o něco méně shovívavý než LDPE.

LDPE také nabízí lepší optická čirost a lesk povrchu, který zůstává cenný v balení potravin a výrobcích určených pro spotřebitele.

Kompromisy mezi cenou a výkonem

Při výběru typu polyetylenu, inženýři a odborníci na nákup musí vzít v úvahu celková hodnotová nabídka, nejen metriky výkonu:

10. Závěr

Stručně řečeno, Polyetylen s nízkou hustotou (LDPE) nadále ukotvuje širokou škálu produktů – díky své bezkonkurenční flexibilitě, chemická odolnost, a dostupnost.

Přesnou kontrolou polymerace, aditivní systémy na míru, a pokročilé zpracování, LDPE splňuje různé požadavky trhu od balení potravin až po zdravotnické prostředky.

Těšíme se, inovace v oblasti nanokompozitů, udržitelné suroviny, a vylepšené recyklační technologie dále posílí roli LDPE v oběžníku, budoucnost efektivní z hlediska zdrojů.

Shrnutí

DEZE poskytuje širokou škálu výrobních možností, včetně CNC obrábění, odlévání kovů, 3D Tisk, Injekční lisování, a výroba plechu.

Získejte okamžitou cenovou nabídku ještě dnes.