Densitatea și proprietățile fizice ale LDPE

Valori de densitate și conversia unităților

Calitățile de polietilenă se clasifică în general după densitate, iar limitele sunt convenții, nu constante fizice. LDPE ocupă intervalul 915–935 kg/m³. Sub acesta se află VLDPE (densitate foarte joasă, sub 915). Deasupra, LLDPE se suprapune în banda 915–925 cu o arhitectură diferită a lanțului, MDPE merge de la 926 la 940, iar HDPE ocupă 940–970.

Pentru conversia între unități: împărțiți kg/m³ la 1.000 pentru a obține g/cm³; înmulțiți g/cm³ cu 62,428 pentru a obține lb/ft³. Greutatea specifică este numeric identică cu densitatea în g/cm³, deoarece apa are o densitate de 1,000 g/cm³ la 4 °C. Deoarece fiecare calitate de polietilenă are o greutate specifică sub 1, toate plutesc în apă — exact ceea ce exploatează separarea prin flotație-sedimentare din instalațiile de reciclare.

De ce LDPE este mai puțin dens

Procesul radicalic la presiune înaltă care produce LDPE creează ramificații atât lungi, cât și scurte de-a lungul lanțului principal. Aceste ramificații împiedică fizic cristalizarea, astfel încât doar 45–55 % din polimer formează zone cristaline ordonate; restul rămâne amorf, cu un volum liber mai mare între lanțuri. O aranjare mai puțin eficientă înseamnă mai puțină masă pe unitatea de volum.

Aceeași ramificare explică și restul profilului de proprietăți. O cristalinitate mai mică înseamnă un punct de topire mai scăzut, o rigiditate mai mică, o alungire mai mare, o transparență mai bună și un comportament mai bun la sudarea termică — motiv pentru care LDPE domină în folii, deși HDPE este mecanic mai rezistent.

Ce modifică densitatea în practică

Trei factori abat materialul real de la valoarea din manual.

• Conținutul de comonomer — mai mult comonomer înseamnă mai multă ramificare, cristalinitate mai mică, densitate mai mică.
• Umpluturi — carbonatul de calciu, talcul, sticla sau metalul cresc substanțial densitatea, aproximativ proporțional cu fracția lor volumetrică.
• Contaminarea cu alt polimer în materialul reciclat — fracțiunile de HDPE sau PP deplasează densitatea măsurată în sus sau în jos, în funcție de amestec.
• Goluri și umiditate în pelete — afectează densitatea aparentă (diferită de densitatea solidului, tipic 500–600 kg/m³ pentru pelete).

Materiale reciclate pe bază de LDPE

LDPE reciclat post-consum, care este cu adevărat un singur polimer, are valori apropiate de materialul virgin, poate ușor mai mari din cauza aditivilor și pigmenților reziduali. Materialele reciclate multi-polimer se abat mai mult: un flux cu HDPE și PP dă valori mai mari decât LDPE pur, iar un flux cu umplutură minerală și mai mult.

Peletele PolyAl reciclate din cartoanele de băuturi sunt un exemplu clar: ≈66 % LDPE, 18 % HDPE și 6 % PP plus aproximativ 10 % aluminiu în greutate, cu o densitate de 950–1050 kg/m³. Aluminiul se dispersează sub formă de fulgi subțiri și adaugă masă fără o creștere proporțională a volumului, ceea ce explică și de ce materialul este mai rigid și mai stabil dimensional decât LDPE neumplut. Punctul său de înmuiere Vicat este 90–100 °C, iar MFI este 2–4 g/10 min.

Utilizarea densității în selecția materialului

Densitatea este un indicator al cristalinității, iar cristalinitatea determină majoritatea proprietăților mecanice. În practică, o polietilenă cu densitate mai mare va fi mai rigidă, mai rezistentă, mai rezistentă chimic, mai puțin permeabilă și mai puțin transparentă; o polietilenă cu densitate mai mică va fi mai flexibilă, mai tenace la temperaturi joase, mai ușor de sudat și mai transparentă.

La proiectarea unei piese, densitatea contează și din punct de vedere comercial: rășina se vinde la greutate, dar piesele se proiectează după volum. O creștere a densității cu 10 % înseamnă un cost de material cu 10 % mai mare pentru aceeași geometrie a piesei — lucru care trebuie verificat atunci când se compară un material reciclat umplut cu o rășină virgină neumplută doar pe baza prețului pe kilogram.