I "tre fratelli" dell'industria delle materie plastiche: quali sono esattamente le differenze tra LDPE, HDPE e LLDPE?
Vi è mai capitato di andare al supermercato per comprare la pellicola trasparente e notare la scritta "Made of LDPE"" sulla confezione? Quando prendete un contenitore per la spazzatura, l'etichetta riporta "Made of HDPE"" e i sacchi della spazzatura sono contrassegnati da "Made of LLDPE""? Quando vedete queste abbreviazioni simili, vi sentite completamente disorientati? Cosa le distingue esattamente? Perché alcuni prodotti in plastica sono morbidi e trasparenti, mentre altri sono rigidi e resistenti?
Oggi parliamo dei tre fratelli dell'industria delle materie plastiche: il polietilene a bassa densità (LDPE), il polietilene ad alta densità (HDPE) e il polietilene lineare a bassa densità (LLDPE). Sebbene appartengano tutti alla famiglia del polietilene, presentano proprietà molto diverse.
Innanzitutto, parliamo di come vengono prodotti.
Il polietilene (PE) è una resina termoplastica ottenuta dalla polimerizzazione dell'etilene. In parole semplici, è costituito da innumerevoli piccole molecole di etilene legate tra loro a formare lunghe catene macromolecolari. È atossico, inodore e ha una consistenza cerosa. Vanta un'eccellente resistenza alle basse temperature, mantenendo le sue proprietà anche a temperature fino a -100 °C.
Nel 1933, gli scienziati della Imperial Chemical Industries (ICI) nel Regno Unito scoprirono accidentalmente il polietilene durante un esperimento. Nei quasi cento anni successivi, il polietilene si è evoluto in una vasta famiglia, tra cui LDPE, HDPE e LLDPE sono le tre varietà più diffuse.
In parole semplici, le loro maggiori differenze risiedono nella struttura e nella densità molecolare.
LDPE: il fratello maggiore morbido e flessibile
Conosciuto anche come polietilene ad alta pressione nel settore, il LDPE viene sintetizzato tramite polimerizzazione ad alta pressione. Ha una densità che varia da 0,910 a 0,940 g/cm³, il che lo rende il tipo più leggero all'interno della famiglia del polietilene.
La sua struttura molecolare è peculiare: la catena polimerica principale presenta numerose catene ramificate. Ogni 1.000 atomi di carbonio sono presenti circa 20-30 ramificazioni laterali etiliche, butiliche o più lunghe. Queste ramificazioni assomigliano a ramoscelli disordinati su un albero, impedendo un allineamento molecolare preciso e determinando una bassa cristallinità, pari solo al 50-55%.
Grazie alla sua struttura molecolare porosa, il LDPE presenta eccezionale morbidezza, trasparenza e duttilità. Il suo punto di rammollimento si attesta tra i 90 e i 100 °C, con una temperatura massima di esercizio di 80-90 °C, risultando il meno resistente al calore tra i tre materiali. Ciononostante, offre un'eccezionale resistenza alle basse temperature e rimane flessibile anche a -70 °C.
I principali vantaggi del LDPE includono elevata trasparenza, eccellente lavorabilità, atossicità e assenza di odore. Vanta inoltre una buona stabilità chimica, resistendo alla corrosione da parte della maggior parte degli acidi e delle basi, oltre a superiori proprietà di isolamento elettrico.
I suoi svantaggi sono altrettanto evidenti: presenta una resistenza meccanica relativamente scarsa e le sue proprietà di barriera all'umidità, ai gas e ai solventi sono inferiori a quelle degli altri due tipi di polietilene.
Dove viene applicato?
Le pellicole rappresentano il mercato più ampio del LDPE, assorbendo circa il 77% della produzione totale. La maggior parte dei sacchetti per alimenti freschi e delle pellicole di plastica che utilizziamo quotidianamente sono realizzate in LDPE. È inoltre ampiamente utilizzato per le pellicole per serre agricole e per i film per pacciamatura. Infine, il LDPE viene impiegato come rivestimento per i cartoni del latte e come strato isolante per fili e cavi.
È interessante notare che le pellicole in LDPE sono impermeabili ma permeabili all'aria. Se si mette un pesce rosso in un sacchetto sigillato di pellicola in LDPE, il pesce non soffocherà perché l'ossigeno può passare attraverso la pellicola.
HDPE: il fratello maggiore, robusto e rigido
Conosciuto anche come polietilene a bassa pressione, l'HDPE viene polimerizzato a bassa pressione con catalizzatori di Ziegler. Ha una densità di 0,940–0,976 g/cm³, la più alta tra i tre materiali.
L'HDPE è caratterizzato da catene molecolari fondamentalmente lineari con pochissime ramificazioni laterali: in media solo una manciata di ramificazioni ogni 1.000 atomi di carbonio. Questa struttura regolare permette alle molecole di disporsi in modo ordinato, garantendo un'elevata cristallinità, compresa tra l'85% e il 95%, il valore massimo tra le tre tipologie.
L'elevata cristallinità conferisce all'HDPE elevata resistenza, grande rigidità, elevata durezza ed eccellente resistenza al calore. Il suo punto di rammollimento varia da 125 °C a 135 °C e la sua temperatura massima di esercizio può raggiungere i 100 °C, pertanto i prodotti realizzati con questo materiale possono essere disinfettati con acqua bollente.
In termini di proprietà meccaniche, l'HDPE supera l'LDPE in durezza, resistenza alla trazione e resistenza allo scorrimento viscoso, e vanta anche una buona resistenza all'usura. Possiede inoltre un'eccezionale stabilità chimica: è insolubile in qualsiasi solvente organico a temperatura ambiente, resiste alla corrosione da acidi, alcali e sali e può persino resistere all'erosione da parte di forti ossidanti.
I suoi svantaggi sono una minore resistenza all'invecchiamento e alla fessurazione da stress ambientale rispetto al LDPE; inoltre, l'ossidazione termica ne degrada le proprietà.
Dove viene utilizzato l'HDPE?
Il polietilene ad alta densità (HDPE) è ampiamente utilizzato per la produzione di bottiglie, secchi e lattine di ogni tipo. Molte bottiglie di shampoo, secchi per detersivo e bottiglie di latte che si trovano in casa sono realizzate in HDPE mediante stampaggio a soffiaggio.
Inoltre, l'HDPE è ampiamente utilizzato per la produzione di tubazioni, comprese quelle per l'approvvigionamento idrico e i gasdotti. Grazie alla sua resistenza alla pressione e alla corrosione, è un materiale privilegiato per le reti di tubazioni sotterranee. Trova inoltre ampio impiego in scatole da imballaggio, pallet, fili e cavi.
I prodotti in HDPE hanno un aspetto bianco latte, risultano leggermente traslucidi se tagliati a fette sottili e sono molto più rigidi rispetto a quelli in LDPE. Non si deformano facilmente nemmeno se compressi con forza.
LLDPE: Il fratello minore versatile
Il polietilene lineare a bassa densità (LLDPE) è il più giovane dei tre fratelli, emerso tra la fine degli anni '70 e l'inizio degli anni '80. È un copolimero polimerizzato a partire da etilene e una piccola quantità di α-olefine (come 1-butene, 1-esene, 1-ottenene, ecc.) sotto l'azione di catalizzatori, con una densità che varia da 0,915 a 0,940 g/cm³.
Il LLDPE vanta una struttura molecolare distintiva, caratterizzata da una catena principale lineare priva di lunghe ramificazioni laterali, ma con un piccolo numero di ramificazioni laterali corte. L'assenza di lunghe ramificazioni laterali gli conferisce una cristallinità superiore rispetto al LDPE, con conseguenti proprietà intermedie tra HDPE e LDPE, combinando i pregi di entrambi i materiali. In parole semplici, il LLDPE possiede la flessibilità del LDPE unita alla resistenza dell'HDPE. Offre un'eccezionale resistenza allo strappo, alla perforazione e alla fessurazione da stress ambientale.
Rispetto al LDPE, il LLDPE presenta maggiore resistenza, migliore tenacità, maggiore rigidità e superiore resistenza al calore e alle basse temperature. Rispetto all'HDPE, mantiene una flessibilità favorevole. Grazie alle sue prestazioni complessive ben bilanciate, il LLDPE può essere impiegato in quasi tutti i settori di mercato occupati da LDPE e HDPE.
Dove viene utilizzato il LLDPE?
Le pellicole rappresentano anche la principale applicazione del LLDPE, che si distingue in particolare per le sue prestazioni elevate in applicazioni che richiedono grande resistenza, come le pellicole estensibili per imballaggio e le pellicole per imballaggi pesanti. La pellicola estensibile che avvolge i vostri pacchi è molto probabilmente realizzata in LLDPE: vanta un'ottima resistenza alla perforazione e un'elevata elasticità, garantendo una tenuta ermetica dei cartoni.
Oggi, il LLDPE è ampiamente utilizzato anche per i film per serre agricole. La sua elevata resistenza meccanica consente la produzione di film con spessori ridotti, garantendo al contempo una migliore trasmissione della luce. Inoltre, il LLDPE trova applicazione anche in prodotti stampati a iniezione, fili e cavi, tubi in plastica e altri settori.
Come distinguere questi tre tipi di plastica?
Se hai un pezzo di plastica senza etichetta, come puoi identificarne il tipo?
Al tatto: il LDPE è il più morbido, con una consistenza cerosa e una trasparenza relativamente buona; l'LLDPE è leggermente più duro e ha una superficie lucida; l'HDPE è il più rigido, difficile da piegare anche con la forza, e appare bianco latte e opaco.
Test di combustione (sconsigliato per l'uso occasionale): il LDPE brucia con una fiamma superiore gialla e una inferiore blu, non emette fumo e ha un odore simile alla paraffina; si scioglie, gocciola e genera filamenti facilmente. L'HDPE brucia in modo simile ma è più resistente alla combustione.
Resistenza alla temperatura: il LDPE si ammorbidisce e si deforma in acqua bollente; l'HDPE resiste alla disinfezione tramite ebollizione; l'LLDPE si colloca a metà strada tra i due.
Ognuno svolge il proprio ruolo nella vita quotidiana
Dopo aver appreso le caratteristiche distintive di questi tre tipi di polietilene, potrete facilmente identificare i prodotti in plastica nella vita di tutti i giorni:
Sacchi per la spazzatura: la maggior parte è realizzata in LDPE o LLDPE. Sono economici, morbidi e adatti allo scopo; i sacchi per la spazzatura troppo rigidi sono scomodi da chiudere.
Sacchetti per la spesa da supermercato: in passato si utilizzava ampiamente il LDPE. Oggi, le miscele di LLDPE e LDPE sono sempre più comuni per aumentarne la resistenza e al contempo assottigliare il film, riducendo così la quantità di plastica.
Flaconi per shampoo e secchi per detersivo per bucato: quasi tutti sono realizzati in HDPE, un materiale caratterizzato da elevata rigidità, resistenza alla corrosione e tenuta stagna.
Pellicola trasparente e sacchetti per alimenti: prevalentemente in LDPE, apprezzato per la trasparenza, la morbidezza e l'eccellente adesione.
Pellicole estensibili express e pellicole per imballaggio ad alta resistenza: il LLDPE è il materiale principale, che offre un'eccezionale resistenza alla trazione e alla perforazione.
Pellicole per serre agricole: i produttori ora preferiscono il LLDPE o miscele di LDPE-LLDPE per bilanciare resistenza meccanica e lavorabilità.
Tubazioni per l'acqua e gasdotti: l'HDPE è la scelta migliore, in quanto capace di resistere alla pressione e alla corrosione con una durata di servizio di diversi decenni.
