HDPE

Polietylen dużej gęstości (HDPE, także PE-HD; ang. high-density polyethylene) to termoplastyczna odmiana polietylenu należąca do poliolefin. W polskiej praktyce bywa określany również jako polietylen niskociśnieniowy, ponieważ w odróżnieniu od klasycznego LDPE jest otrzymywany metodami katalitycznymi przy znacznie niższych ciśnieniach.

HDPE ma bardziej liniową budowę makrocząsteczek niż LDPE, z mniejszą liczbą rozgałęzień bocznych. Skutkiem jest większy stopień krystaliczności i wyższa gęstość, a także wyższa sztywność i wytrzymałość w porównaniu z polietylenem małej gęstości.

Otrzymywanie

HDPE wytwarza się przez katalityczną polimeryzację etylenu. W źródłach Plastech wskazywane są m.in. katalizatory Zieglera-Natty oraz katalizatory typu Philipsa stosowane w technologiach polietylenowych. W porównaniu z LDPE, którego synteza może przebiegać w warunkach bardzo wysokiego ciśnienia, HDPE otrzymuje się w procesach niskociśnieniowych.

W nowoczesnych technologiach stosuje się procesy bimodalne lub multimodalne, pozwalające kształtować rozkład mas cząsteczkowych i rozmieszczenie komonomeru. Przykładem jest technologia Hostalen, opisywana jako technologia wytwarzania bimodalnego HDPE, oraz procesy kaskadowe ACP. W takich rozwiązaniach właściwości materiału mogą być optymalizowane pod kątem przetwórstwa, odporności na pękanie naprężeniowe, udarności, sztywności lub zastosowań rurowych.

Właściwości

HDPE jest tworzywem częściowo krystalicznym. W porównaniu z LDPE i LLDPE cechuje się wyższą gęstością oraz wyższą wytrzymałością na rozciąganie. Dobra odporność chemiczna polietylenu obejmuje m.in. alkohole, rozcieńczone kwasy i zasady; odporność na węglowodory, oleje mineralne, chlorowcopochodne oraz substancje utleniające jest ograniczona i zależy od warunków kontaktu.

Do ważnych cech użytkowych HDPE należą:

• stosunkowo duża sztywność i wytrzymałość w grupie polietylenów,
• dobra udarność wielu gatunków, także w obniżonych temperaturach,
• niska nasiąkliwość i odporność na korozję chemiczną,
• możliwość zgrzewania i wykonywania szczelnych połączeń w systemach rurowych,
• podatność części gatunków na pękanie naprężeniowe, ograniczana w nowoczesnych odmianach bimodalnych i multimodalnych,
• skurcz przetwórczy, który należy uwzględniać przy projektowaniu wyrobów formowanych.

W zastosowaniach wymagających dużej trwałości, zwłaszcza w rurach, rozwijane są materiały o podwyższonej odporności na powolny wzrost pęknięć. Procesy bimodalne i multimodalne umożliwiają dobór struktury polimeru do wymagań konkretnej aplikacji.

Przetwórstwo

Polietylen dużej gęstości można przetwarzać podstawowymi metodami stosowanymi dla termoplastów. Do najważniejszych należą:

• wytłaczanie – rury, profile, folie, geomembrany, płyty,
• wtryskiwanie – pojemniki, skrzynki, opakowania transportowe, zamknięcia i wyroby techniczne,
• wytłaczanie z rozdmuchem (EBM) – butelki, kanistry, beczki i kontenery,
• formowanie rotacyjne – wyroby wielkogabarytowe i puste w środku, np. zbiorniki.

W przypadku opakowań rozdmuchiwanych istotne są takie właściwości jak sztywność, odporność chemiczna, odporność na korozję naprężeniową ESCR oraz udarność. Nowoczesne gatunki bimodalne mogą umożliwiać ograniczenie zużycia materiału przy zachowaniu wymaganych parametrów wyrobu.

Rozwijane są również rozwiązania specjalne. Przykładem jest adaptacja technologii ISBM – wtryskowego rozdmuchu z rozciąganiem – do cienkościennych butelek HDPE, z wykorzystaniem modyfikatora COC w celu poszerzenia okna przetwórstwa i zmniejszenia masy opakowania. Dla jednowarstwowych butelek HDPE stosowanych do produktów zawierających rozpuszczalniki opracowywane są także dodatki barierowe niezawierające PFAS, dozowane w procesie EBM.

Zastosowanie

HDPE jest jednym z podstawowych tworzyw masowych. Stosuje się go m.in. w przemyśle opakowaniowym, budownictwie instalacyjnym, przemyśle chemicznym, energetyce, motoryzacji i w wyrobach technicznych.

Typowe zastosowania obejmują:

• butelki, kanistry, beczki, kontenery IBC i inne opakowania rozdmuchiwane,
• opakowania transportowe, skrzynki i pojemniki wielokrotnego użytku,
• folie i geomembrany,
• rury wodociągowe, gazowe, kanalizacyjne i przemysłowe,
• rurociągi technologiczne w zakładach chemicznych oraz przewody wody chłodzącej,
• zbiorniki, płyty, profile i elementy techniczne,
• wyroby formowane rotacyjnie i wtryskowo.

Szczególnie ważnym obszarem są systemy rurowe z PE-HD. Rury z HDPE są stosowane w sieciach wodociągowych, gazowych, kanalizacyjnych i rurociągach przemysłowych. Cenione są za odporność na ścieranie, korozję i oddziaływanie wielu substancji chemicznych, a także za szczelność, elastyczność oraz możliwość szybkiego montażu przez zgrzewanie doczołowe. W zastosowaniach ciśnieniowych spotykane są klasy materiałowe, m.in. PE 80 i PE 100.

Recykling

HDPE należy do tworzyw powszechnie zawracanych do obiegu w recyklingu mechanicznym. Recyklat polietylenu dużej gęstości (rHDPE) jest wykorzystywany zwłaszcza w sektorze opakowań i wyrobów technicznych.

Rozwijane są także bardziej zaawansowane procesy oczyszczania i recyklingu poużytkowych opakowań HDPE. W Europie prowadzone są prace nad rozpuszczalnikowym procesem recyklingu, którego celem jest uzyskanie rHDPE spełniającego wymagania dla kontaktu z żywnością. Inwestycje w zakłady recyklingu HDPE, takie jak instalacje produkujące rHDPE z materiału poużytkowego, odpowiadają na rosnące zapotrzebowanie na opakowania z udziałem recyklatu.

Nazwy handlowe

Do nazw handlowych lub rodzin produktowych związanych z HDPE należą m.in. Hostalen, Lupolen, Rigidex i Eltex. Nazwy te odnoszą się do produktów poszczególnych producentów i mogą obejmować różne gatunki przeznaczone do odmiennych metod przetwórstwa.