Polyethylen

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In diesem Artikel werden wir dir ganz genau erklären, was Polyethylen eigentlich ist, wofür es eingesetzt wird und alles, was du sonst noch darüber wissen musst.

Poleyethylen sind Polymere und gehören zum Schulfach Chemie.


Viel Spaß beim Lernen!



Was ist Polyethylen?


Das Kurzzeichen von Polyethylen ist PE. Polyethylen ist ein durch Ethen erzeugter thermoplastischer Kunststoff. Das sind ziemlich viele Fremdwörter auf einmal. 

Ethen, auch Ethyle genannt, sind gasförmige, farblose und brennbare organische Verbindungen. Es ist ein ungesättigter Kohlenwasserstoff.


Ein Thermoplast ist ein Kunststoff, welcher ab einer bestimmten Temperatur formbar wird. Dieser Zustand ist bei Thermoplasten reversibel, das heißt er kann beliebig oft vorgenommen werden. Polyethylen gehören zu den Polyolefine. Das sind Polymere die durch unterschiedliche Stoffe aufgrund eines Reaktionsvorgang, der Kettenpolymerisation heißt, hergestellt werden.

Eigenschaften von Polyethylen


  • Die Summenformel von Polyethylen lautet C2H4 und weist eine hellgraue Farbe auf.

  • Aggregatzustand: fest, beziehungsweise teilkristallin. Das bedeutet, es gibt sowohl kristalline, als auch amorphe Bereiche. Als amorph wird etwas bezeichnet, wenn die Atome in keiner speziellen Struktur angeordnet sind.

  • Polyethylen sind unpolar. Sie sind besonders bekannt für ihre hohe chemische Beständigkeit, ihre gute elektrische Isolationsfähigkeit und sie weisen ein gutes Gleitverhalten auf.

  • Andere Kunststoffe wie zum Beispiel das Polyurethan, haben ebenfalls sehr gute mechanische Eigenschaften. Bei dem Polyethylen trifft dies allerdings nicht zu. Das wiederum bedeutet, dass sie eine niedrigere Festigkeit oder auch Härte besitzen, aber eine hohe Dehnbarkeit aufweisen.

  • Polyethylen beginnt bereits bei 80 Grad Celsius zu erweichen. Allerdings liegt die Schmelztemperatur erst bei 130 Grad Celsius.

  • Sie bestehen aus gesättigten Kohlenwasserstoffen und können sich äußerst gut gegen Säuren und Laugen, sowie weiteren chemischen Substanzen behaupten. Allerdings kann UV-Strahlung zum Beispiel in Form von Sonneneinstrahlung den Kunststoff verspröden lassen.

  • Wenn Polyethylen entzündet wird, brennt es mit einer hellen Flamme und beginnt zu tropfen. Es hinterlässt jedoch keine Rückstände. Je nach Behandlung, kann PE sogar fast ganz transparent werden.

  • Polyethylen ist ein Nichtleiter und besitzt demnach keine elektrische Leitfähigkeit.



Arten von Polyethylen


Insgesamt unterscheidet man zwischen fünf verschiedenen PE Arten, welche sich alle hauptsächlich in der unterschiedlichen Dichte voneinander abheben:


  • PE-HD: Das HD steht für high density, was auf die Dichte der Kunststoffart zurückzuführen ist. Die hohe Dichte kommt aufgrund der schwach verzweigten Polymerketten zustande.

  • PE-LD: Sie besitzen im Gegensatz zum Vorgänger stark verzweigte Polymerketten, weshalb sie auch eher eine geringe Dichte aufweisen. Das LD steht in diesem Fall für low density.

  • PE-LLD: Bei dieser Kunststoffform, bestehen nur kurze Verzweigungen der Polymermoleküle. Da diese Gruppe für lineares Polyethylen niederer Dichte steht, wird es mit LLD abgekürzt.

  • PE-HMW: Die Abkürzung steht für hochmolekulares Polyethylen. Das bedeutet, dass die Polymerketten länger als bei allen Vorgängern sind.

  • PE-UHMW: Diese Kunststoffart wird als ultrahochmolekulares PE bezeichnet, welches eine mittlere Mol-Masse und eine relativ hohe Dichte aufweist. Fast so hoch wie bei dem ersten PE.



Wie wird Polyethylen hergestellt?


Polyethylen entstehen durch die Polymerisation von Ethylen-Gas. Als Rohstoff wird in der Regel das Ethylen-Gas verwendet. Petrochemisch bedeutet, dass chemische Produkte aus Erdgas und teilweise auch Erdöl hergestellt werden. Es kann allerdings auch Bioethanol als Rohstoff genutzt werden. Zum Beispiel wäre das aus Zuckerrohr. 


Es gibt zur Herstellung von Polyethylen genau zwei wichtige Verfahren. Einmal das Hochdruck- und einmal das Niederdruckverfahren


Bei dem Hochdruckverfahren wird Ethen mit Hilfe von Sauerstoff polymerisiert. Die Temperaturen betragen bei dem Vorgang 100 bis 200 Grad Celsius und wird einem Druck von 1500 bis 3800 bar ausgesetzt. Am Ende wird die Masse bei 200 Grad Celsius zu Granulat weiterverarbeitet. 


Das Niederdruckverfahren wird mit Hilfe von Lösungspolymerisation, Suspensionspolymersiation oder Gasphasenpolymerisation durchgeführt. 

Schauen wir uns zunächst einmal die Lösungypolymerisation an. Diese findet bei Temperaturen von 130 Grad Celsius und einem Druck von 70 bar statt. Die verwendeten Stoffe können dabei n-Hexan, Cyclohexan oder Toluol sein. Da das Polyethylen in der der Lösung ist, wird es anschließend durch Destillation von der Lösung getrennt. 


Bei der Suspensionspolymerisation werden aliphatische Kohlenwasserstoffe oder Benzin verwendet.  Der Druck bei dem diese polymerisiert werden, bewegt sich zwischen 8 und 40 bar, während die Temperatur sich zwischen 60 und 105 Grad Celsius bewegt. Da die Kohlenwasserstoffe oder das Benzin löslich sind und sich die Polyethylen nicht lösen können, ist die Lösung leicht voneinander zu trennen. 


Bei dem dritten Verfahren, der Gasphasenpolymerisation, fällt das Polyethylen am Ende als Pulver an. Das wird durch den Einsatz eines Katalysators ermöglicht. Während des Verfahrens besteht ein Druck von 20 bar und 85 bis 100 Grad Celsius.


Wo wird Polyethylen angewendet?


Polyethylen wird weltweit am meisten verbraucht im Vergleich zu anderen Kunststoffen:


  • Sowohl PE-LD als auch PE-LLD wird für die Folienproduktion verwendet. Zum Beispiel Frischhaltefolie, Müllsäcke, Beschichtungen von Kartons oder auch Folien für die Landwirtschaft.

  • Die Kunststoffart PE-HD wird für die Herstellung von Hohlkörpern, unter anderem Flaschen für Reinigungsmitteln eingesetzt. Es wird aber auch für Getränkeflaschen gebraucht und generell in der Verpackungsindustrie.

  • Das PE-UHMW wird wegen seiner Fähigkeit schlecht Verschleißfähig zu sein für Implantate, Zahnräder und aufgrund seiner starken künstlichen Fasern ebenfalls für Reep-Schnüren eingesetzt.




Alles Relevante zu Polyethylen auf einen Blick


Damit ihr nicht den Überblick verliert, fassen wir euch an dieser Stelle noch einmal alles zusammen:


  • Polyethylen gehört zu der Gruppe der Kunststoffe.

  • Im Gegensatz zu anderen Kunststoffen weisen sie eine niedrigere Härte auf, zeichnen sich jedoch durch ihre chemische Beständigkeit, Dehnbarkeit und gute elektrische Isolationsfähigkeit aus.

  • Insgesamt wird zwischen fünf  Arten von Polyethylen unterschieden: PE-HD, PE-LD, PE-LLD, PE-HMW und PE-UHMW.

  • Ebenso unterscheidet man zwischen zwei Herstellungsarten von Polyethylen: Dem Hoch- und dem Niederdruckverfahren.

  • Da es der Kunststoff ist, der weltweit am meisten zum Einsatz kommt, findet man ihn in vielen Alltagsgegenständen wieder. Beispiele: Frischhaltefolie, Müllsäcke in Supermärkten als Verpackung aber auch in Implantaten oder Reepschnüren



Sehr gut gemacht! Du hast es für heute geschafft und bist am Ende angekommen. Wir hoffen, wir konnten dir das Thema etwas näherbringen und das du nun bestens vorbereitet bist. Weiter so!



Finales Polyethylen Quiz

Frage

Nenne die drei wichtigsten Synthesemechanismen von Kunststoffen.

Antwort anzeigen

Antwort

  • Radikalische Polymerisation
  • Polykondensation
  • Polyaddition
Frage anzeigen

Frage

Nenne die vier wesentlichen Schritte der radikalischen Polymerisation.

Antwort anzeigen

Antwort

  1. Bildung der Start-Radikale: Dibenzoylperoxid zerfällt in Radikale
  2. Kettenstart (Initiation): Ein Radikal trifft auf ein Monomer (z.B. Ethen-Molekül) und reagiert zu einem neuen (größeren) Radikal
  3. Kettenwachstum: Das Radikal greift ein weiteres Monomer an und die Kette wird verlängert
  4. Kettenabbruch: Zwei Radikale treffen aufeinander
Frage anzeigen

Frage

Beschreibe die Kunststoffsynthese durch Polykondensation.

Antwort anzeigen

Antwort

Bei der Polykondensation werden Monomer-Moleküle mit mind. zwei reagierenden funktionellen Gruppen unter Abspaltung eines kleinen Moleküls (z. B. Wasser) miteinander verknüpft.

Frage anzeigen

Frage

Wie entsteht ein Polyester? Benenne die funktionellen Gruppen der Monomere.

Antwort anzeigen

Antwort

Eine Hydroxygruppe reagiert mit einer Carboxylgruppe unter Wasserabspaltung zu einem Ester. 

Frage anzeigen

Frage

Wie entsteht ein Polyamid? Benenne die funktionellen Gruppen der Monomere.

Antwort anzeigen

Antwort

Eine Carboxylgruppe reagiert mit einer Aminogruppe unter Wasserabspaltung und Ausbildung einer Amidbindung.

Frage anzeigen

Frage

Wie entsteht ein Phenoplast?

Antwort anzeigen

Antwort

Phenoplaste entstehen durch Polykondensation einer Carbonylverbindung (meist Methanal) mit Phenolen.

Frage anzeigen

Frage

Aus welchen Edukten entsteht ein Polyurethan?

Antwort anzeigen

Antwort

Diol + Diisocyanat = Polyurethan

Frage anzeigen

Frage

Aus welchen Edukten entsteht ein Polyharnstoff?

Antwort anzeigen

Antwort

Diamin + Diisocyanat = Polyharnstoff

Frage anzeigen

Frage

Beschreibe die strukturellen Eigenschaften eines Thermoplasts?

Antwort anzeigen

Antwort

  • Bifunktional
  • Gemisch nicht miteinander verbundener Makromoleküle (linear)
  • Beim Erhitzen verformbar
Frage anzeigen

Frage

Beschreibe die strukturellen Eigenschaften eines Duroplasts?

Antwort anzeigen

Antwort

  • min. trifunktional
  • Verknüpfung der Molekülketten zu dreidimensionalem Netzwerk
  • Beim Erhitzen: Zersetzung
Frage anzeigen

Frage

Beschreibe die strukturellen Eigenschaften eines Elastomers?

Antwort anzeigen

Antwort

Ähneln im molekularen Aufbau Duroplasten, aber die Ketten sind nicht starr, sondern etwas beweglich

Bei Zug- bzw. Druckbelastungen verhalten sie sich elastisch: Sie kehren in ihre ursprüngliche Form zurück.

Frage anzeigen

Frage

Nenne die drei wichtigsten Synthesemechanismen von Kunststoffen.

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Antwort

  • Radikalische Polymerisation
  • Polykondensation
  • Polyaddition
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Frage

Nenne die vier wesentlichen Schritte der radikalischen Polymerisation.

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Antwort

  1. Bildung der Start-Radikale: Dibenzoylperoxid zerfällt in Radikale
  2. Kettenstart (Initiation): Ein Radikal trifft auf ein Monomer (z.B. Ethen-Molekül) und reagiert zu einem neuen (größeren) Radikal
  3. Kettenwachstum: Das Radikal greift ein weiteres Monomer an und die Kette wird verlängert
  4. Kettenabbruch: Zwei Radikale treffen aufeinander
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Frage

Beschreibe die Kunststoffsynthese durch Polykondensation.

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Antwort

Bei der Polykondensation werden Monomer-Moleküle mit mind. zwei reagierenden funktionellen Gruppen unter Abspaltung eines kleinen Moleküls (z. B. Wasser) miteinander verknüpft.

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Frage

Wie entsteht ein Polyester? Benenne die funktionellen Gruppen der Monomere.

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Antwort

Eine Hydroxygruppe reagiert mit einer Carboxylgruppe unter Wasserabspaltung zu einem Ester. 

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Wie entsteht ein Polyamid? Benenne die funktionellen Gruppen der Monomere.

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Antwort

Eine Carboxylgruppe reagiert mit einer Aminogruppe unter Wasserabspaltung und Ausbildung einer Amidbindung.

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Frage

Wie entsteht ein Phenoplast?

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Antwort

Phenoplaste entstehen durch Polykondensation einer Carbonylverbindung (meist Methanal) mit Phenolen.

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Frage

Aus welchen Edukten entsteht ein Polyurethan?

Antwort anzeigen

Antwort

Diol + Diisocyanat = Polyurethan

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Frage

Aus welchen Edukten entsteht ein Polyharnstoff?

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Antwort

Diamin + Diisocyanat = Polyharnstoff

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Frage

Beschreibe die strukturellen Eigenschaften eines Thermoplasts?

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Antwort

  • Bifunktional
  • Gemisch nicht miteinander verbundener Makromoleküle (linear)
  • Beim Erhitzen verformbar
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Beschreibe die strukturellen Eigenschaften eines Duroplasts?

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Antwort

  • min. trifunktional
  • Verknüpfung der Molekülketten zu dreidimensionalem Netzwerk
  • Beim Erhitzen: Zersetzung
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Beschreibe die strukturellen Eigenschaften eines Elastomers?

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Antwort

Ähneln im molekularen Aufbau Duroplasten, aber die Ketten sind nicht starr, sondern etwas beweglich

Bei Zug- bzw. Druckbelastungen verhalten sie sich elastisch: Sie kehren in ihre ursprüngliche Form zurück.

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Nenne die drei wichtigsten Synthesemechanismen von Kunststoffen.

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Antwort

  • Radikalische Polymerisation
  • Polykondensation
  • Polyaddition
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Nenne die vier wesentlichen Schritte der radikalischen Polymerisation.

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  1. Bildung der Start-Radikale: Dibenzoylperoxid zerfällt in Radikale
  2. Kettenstart (Initiation): Ein Radikal trifft auf ein Monomer (z.B. Ethen-Molekül) und reagiert zu einem neuen (größeren) Radikal
  3. Kettenwachstum: Das Radikal greift ein weiteres Monomer an und die Kette wird verlängert
  4. Kettenabbruch: Zwei Radikale treffen aufeinander
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Frage

Beschreibe die Kunststoffsynthese durch Polykondensation.

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Bei der Polykondensation werden Monomer-Moleküle mit mind. zwei reagierenden funktionellen Gruppen unter Abspaltung eines kleinen Moleküls (z. B. Wasser) miteinander verknüpft.

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Wie entsteht ein Polyester? Benenne die funktionellen Gruppen der Monomere.

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Eine Hydroxygruppe reagiert mit einer Carboxylgruppe unter Wasserabspaltung zu einem Ester. 

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Wie entsteht ein Polyamid? Benenne die funktionellen Gruppen der Monomere.

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Eine Carboxylgruppe reagiert mit einer Aminogruppe unter Wasserabspaltung und Ausbildung einer Amidbindung.

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Wie entsteht ein Phenoplast?

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Phenoplaste entstehen durch Polykondensation einer Carbonylverbindung (meist Methanal) mit Phenolen.

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Aus welchen Edukten entsteht ein Polyurethan?

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Antwort

Diol + Diisocyanat = Polyurethan

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Aus welchen Edukten entsteht ein Polyharnstoff?

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Diamin + Diisocyanat = Polyharnstoff

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Beschreibe die strukturellen Eigenschaften eines Thermoplasts?

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  • Bifunktional
  • Gemisch nicht miteinander verbundener Makromoleküle (linear)
  • Beim Erhitzen verformbar
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Beschreibe die strukturellen Eigenschaften eines Duroplasts?

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  • min. trifunktional
  • Verknüpfung der Molekülketten zu dreidimensionalem Netzwerk
  • Beim Erhitzen: Zersetzung
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Beschreibe die strukturellen Eigenschaften eines Elastomers?

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Ähneln im molekularen Aufbau Duroplasten, aber die Ketten sind nicht starr, sondern etwas beweglich

Bei Zug- bzw. Druckbelastungen verhalten sie sich elastisch: Sie kehren in ihre ursprüngliche Form zurück.

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Nenne die drei wichtigsten Synthesemechanismen von Kunststoffen.

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Antwort

  • Radikalische Polymerisation
  • Polykondensation
  • Polyaddition
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Nenne die vier wesentlichen Schritte der radikalischen Polymerisation.

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Antwort

  1. Bildung der Start-Radikale: Dibenzoylperoxid zerfällt in Radikale
  2. Kettenstart (Initiation): Ein Radikal trifft auf ein Monomer (z.B. Ethen-Molekül) und reagiert zu einem neuen (größeren) Radikal
  3. Kettenwachstum: Das Radikal greift ein weiteres Monomer an und die Kette wird verlängert
  4. Kettenabbruch: Zwei Radikale treffen aufeinander
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Frage

Beschreibe die Kunststoffsynthese durch Polykondensation.

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Antwort

Bei der Polykondensation werden Monomer-Moleküle mit mind. zwei reagierenden funktionellen Gruppen unter Abspaltung eines kleinen Moleküls (z. B. Wasser) miteinander verknüpft.

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Frage

Wie entsteht ein Polyester? Benenne die funktionellen Gruppen der Monomere.

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Antwort

Eine Hydroxygruppe reagiert mit einer Carboxylgruppe unter Wasserabspaltung zu einem Ester. 

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Wie entsteht ein Polyamid? Benenne die funktionellen Gruppen der Monomere.

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Eine Carboxylgruppe reagiert mit einer Aminogruppe unter Wasserabspaltung und Ausbildung einer Amidbindung.

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Wie entsteht ein Phenoplast?

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Phenoplaste entstehen durch Polykondensation einer Carbonylverbindung (meist Methanal) mit Phenolen.

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Aus welchen Edukten entsteht ein Polyurethan?

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Diol + Diisocyanat = Polyurethan

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Aus welchen Edukten entsteht ein Polyharnstoff?

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Diamin + Diisocyanat = Polyharnstoff

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Beschreibe die strukturellen Eigenschaften eines Thermoplasts?

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  • Bifunktional
  • Gemisch nicht miteinander verbundener Makromoleküle (linear)
  • Beim Erhitzen verformbar
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Beschreibe die strukturellen Eigenschaften eines Duroplasts?

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Antwort

  • min. trifunktional
  • Verknüpfung der Molekülketten zu dreidimensionalem Netzwerk
  • Beim Erhitzen: Zersetzung
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Beschreibe die strukturellen Eigenschaften eines Elastomers?

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Ähneln im molekularen Aufbau Duroplasten, aber die Ketten sind nicht starr, sondern etwas beweglich

Bei Zug- bzw. Druckbelastungen verhalten sie sich elastisch: Sie kehren in ihre ursprüngliche Form zurück.

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