Densità e proprietà fisiche dell'LDPE

Valori di densità e conversione delle unità

Le qualità di polietilene si classificano ampiamente per densità, e i limiti sono convenzioni e non costanti fisiche. L'LDPE occupa 915–935 kg/m³. Sotto si colloca il VLDPE (densità molto bassa, sotto 915). Sopra, l'LLDPE si sovrappone a 915–925 con un'architettura di catena diversa, l'MDPE va da 926 a 940, e l'HDPE occupa 940–970.

Per convertire tra unità: divida i kg/m³ per 1.000 per ottenere g/cm³; moltiplichi i g/cm³ per 62,428 per ottenere lb/ft³. Il peso specifico è numericamente identico alla densità in g/cm³ perché l'acqua è 1,000 g/cm³ a 4 °C. Poiché ogni qualità di polietilene ha un peso specifico inferiore a 1, tutte galleggiano in acqua — che è esattamente ciò che sfrutta la separazione per flottazione-affondamento negli impianti di riciclo.

Perché l'LDPE è meno denso

Il processo radicalico ad alta pressione che produce l'LDPE crea ramificazioni lunghe e corte lungo la catena principale. Queste ramificazioni ostacolano fisicamente la cristallizzazione, quindi solo il 45–55% del polimero forma regioni cristalline ordinate; il resto rimane amorfo, con più volume libero tra le catene. Un impacchettamento meno efficiente significa minore massa per unità di volume.

Questa stessa ramificazione spiega il resto del profilo di proprietà. Minore cristallinità significa minore punto di fusione, minore rigidità, maggiore allungamento, migliore trasparenza e migliore comportamento di termosaldatura — per questo l'LDPE domina il film anche se l'HDPE è meccanicamente più resistente.

Cosa modifica la densità nella pratica

Tre fattori allontanano un materiale reale dal valore da manuale.

• Contenuto di comonomero — più comonomero significa più ramificazione, minore cristallinità, minore densità.
• Cariche — carbonato di calcio, talco, vetro o metallo elevano la densità in modo sostanziale, approssimativamente in proporzione alla loro frazione di volume.
• Contaminazione di polimero nel riciclato — le frazioni di HDPE o PP spostano la densità misurata verso l'alto o verso il basso a seconda della miscela.
• Vuoti e umidità nel pellet — influiscono sulla densità apparente (diversa dalla densità solida e tipicamente 500–600 kg/m³ per i pellet).

Materiali riciclati a base LDPE

L'LDPE post-consumo riciclato che è genuinamente un unico polimero misura valori vicini a quelli del materiale vergine, forse leggermente superiori per additivi e pigmenti residui. I riciclati multipolimero si discostano di più: un flusso con HDPE e PP darà letture più alte dell'LDPE puro, e uno con carica minerale ancora di più.

Il pellet di PolyAl riciclato da contenitori per bevande è un esempio chiaro: ≈66% LDPE, 18% HDPE e 6% PP più circa il 10% di alluminio in massa, con una densità di 950–1050 kg/m³. L'alluminio si disperde sotto forma di sottili scaglie e aggiunge massa senza un aumento proporzionale di volume, il che spiega anche perché il materiale è più rigido e dimensionalmente più stabile dell'LDPE senza carica. Il suo punto di rammollimento Vicat si colloca a 90–100 °C e il suo MFI a 2–4 g/10 min.

Usare la densità nella selezione dei materiali

La densità è un indicatore della cristallinità, e la cristallinità determina la maggior parte dell'insieme delle proprietà meccaniche. In pratica, un polietilene a maggiore densità sarà più rigido, più resistente, chimicamente più resistente, meno permeabile e meno trasparente; uno a minore densità sarà più flessibile, più tenace a bassa temperatura, più facile da saldare e più trasparente.

Nella progettazione dei pezzi, la densità conta anche commercialmente: la resina si vende a peso ma i pezzi si progettano a volume. Un aumento di densità del 10% comporta un 10% in più di costo del materiale per la stessa geometria del pezzo — cosa da verificare quando si confronta un riciclato caricato con una resina vergine senza carica usando solo il prezzo per chilo.