Il polietilene è il più semplice dei polimeri sintetici ed è la più comune fra le materie plastiche.
Si tratta di uno dei materiali più presenti nella nostra vita quotidiana, e per via delle sue caratteristiche costituisce il 40% del volume totale della produzione mondiale di materie plastiche.
È un materiale, infatti, molto flessibile e leggero, oltre ad essere una delle materie plastiche più economiche e facilmente lavorabili. Per questo vedremo che l’utilizzo del polietilene è stato sperimentato in numerosi settori ed è diventato materiale d’elezione per gli usi più disparati, dall’edilizia al settore alimentare.
Polietilene: formula e composizione
Il polietilene è una resina termoplastica, ed è un polimero vinilico, derivato dal monomero etilene.
Si presenta come un solido trasparente (forma amorfa) o bianco (forma cristallina) con ottime proprietà isolanti e di stabilità chimica. Si utilizza normalmente con temperature tra -40°C +80°C.
La formula chimica del polietilene è (C₂H₄)ₙ e viene solitamente indicato con la sigla “PE”, collocata all’interno di un triangolo, a significare la possibilità di riciclo del materiale, e spesso inscritta in un esagono, indicante il contenuto liquido (per il cui appunto è il materiale perfetto, per via delle sue qualità che ora andremo ad elencare).
La struttura della molecola di polietilene è la più semplice di tutti i polimeri commerciali, non è altro che una lunga catena di atomi di carbonio, con due atomi di idrogeno attaccati a ciascun atomo di carbonio.
Se un atomo di carbonio a sua volta si ramifica in un’ulteriore catena di polietilene, avremo un polietilene non lineare, detto a bassa densità o LDPE (“Low density”), in caso alternativo, il polietilene lineare, senza ramificazioni, è l’HDPE (“High Density”). Il polietilene lineare è molto più resistente del ramificato, ma quest’ultimo è più economico e facile da produrre.
Caratteristiche e proprietà del polietilene
Cominciamo a scoprire le proprietà del polietilene che lo rendono così interessante per il mondo del packaging.
Innanzitutto, possiede un’elevata resistenza ad agenti chimici, dall’acqua, a soluzioni saline, acidi, alcali, alcool e benzina; è idrorepellente, ovvero non è penetrabile da acqua o liquidi, ma può essere intaccato solamente se sottoposto all’azione di acidi ossidanti, come l’acido Nitrico, acido solforico e dagli alogeni.
Il polietilene è un polimero molto leggero, il cui peso specifico, in particolare per il polietilene ad alta densità è pari a 0,95 g/cm³: questo lo rende molto adatto alla realizzazione di imballaggi, in quanto incide minimamente sul peso dei beni, in particolare nel loro trasporto, e risulta efficiente nel caso di movimentazione di grandi quantità di materiale.
Il basso assorbimento d’acqua, insieme all’atossicità, ne fanno uno dei materiali preferiti e più largamente utilizzati nel settore alimentare, per una vasta gamma di impieghi, come vedremo.
Il polietilene è anche un materiale facilmente saldabile, proprio per la sua natura di resina termoplastica, ovvero particolarmente duttile e modellabile se sottoposta ad una determinata temperatura. Di conseguenza però, essendo poco poroso e penetrabile risulta difficile da incollare.
Un’ulteriore caratteristica che lo contraddistingue è l’elevata resistenza all’urto (anche a basse temperature), insieme al basso coefficiente d’attrito con eccellenti proprietà di antiaderenza.
Anche la conducibilità termica del polietilene, pari a W/m·K. 0.38 ovvero 23°C, è un fattore che lo rende idoneo all’imballaggio alimentare, specialmente in campo industriale. Infine il calore specifico del polietilene, pari a 1.80 Kj, ne consente la lavorazione con l’applicazione di una bassa quantità di energia, il che rende lo rende un materiale particolarmente economico da produrre e trasformare.
Come viene utilizzato il polietilene
Le tante caratteristiche che lo rendono adatto per la creazione di packaging hanno consentivo lo sviluppo di numerosi importanti filoni di utilizzo, come anticipato, soprattutto nel settore alimentare. Questi imballaggi vengono prodotti in polietilene grazie alla sua bassa tossicità:
- Bottiglie e flaconi, più in generale contenitori per alimenti, in particolare liquidi;
- Pellicole e vaschette alimentari;
- Tappi in plastica;
- Rivestimento interno di confezioni in cartone per alimenti (“Tetra Brik Aseptic”, contenitori asettici per liquidi alimentari, come per esempio cartoni del latte);
Tutti questi prodotti consentono di isolare gli alimenti evitando fuoriuscite di prodotto, ma al contempo riducono al minimo la contaminazione e dunque risultano, in condizioni di temperatura normali, ideali per il confezionamento, trasporto e conservazione dei generi alimentari, liquidi e solidi.
Anche il settore non alimentare si avvale del polietilene per la produzione di confezioni di vario tipo, ma anche altri dispositivi, quali:
- Flaconi e confezioni di liquidi non alimentari, come detergenti e detersivi;
- Contenitori dei rifiuti quali sacchi e cassonetti.
- Rivestimento di cavi elettrici, telefonici, tubazioni;
- Impermeabilizzazioni edili e film per l’agricoltura
- “Film estensibile” e “film a bolle d’aria” (o pluriball);
Grazie alla combinazione delle sue caratteristiche il polietilene è anche il film plastico d’eccellenza per la produzione di borse, buste di plastica e contenitori di vario tipo, grazie alla resistenza al peso, all’urto e all’attrito causati da agenti meccanici.
La fabbricazione delle classiche shopper è proprio uno degli usi più comuni e diffusi del polietilene, e avviene mediante estrusione e successive lavorazioni.
Come si ottiene il polietilene
Il polietilene è un tipo di plastica che viene prodotta industrialmente fin dal 1943. Per la sua sintesi è necessaria una lavorazione ad alta temperatura (100-250°C) e ad alta pressione (1000-3000 atm). Il processo di polimerizzazione dell’etilene, da cui si ottiene appunto il poli-etilene, è una reazione chimica in cui l’etilene viene sottoposto ad un’elevata pressione, così da venire notevolmente compresso, mentre l’intervento dei radicali liberi crea una reazione di trasferimento a catena, producendo calore e generando un polimero dalla struttura lineare con molti rami. Il materiale ottenuto in questo modo è leggero, flessibile e ha una buona resistenza alle basse temperature e agli urti.
Il polietilene è tossico?
La possibilità che il polietilene sia tossico è fonte di dibattito. Impiegato per gli imballaggi alimentari proprio per la sua atossicità, ha un rischio per i consumatori decisamente basso, perché la temperatura a cui questo materiale si modifica e può contaminare gli alimenti è molto superiore alle condizioni normali di trasporto e consumo.
Il presunto rischio per la salute riguarda invece le microplastiche, particelle di dimensioni estremamente ridotte in cui il polietilene può degradarsi se abbandonato nell’ambiente, frammentandosi in seguito a prolungata esposizione a urti e agenti atmosferici. Alcune microplastiche sono anche contenute in prodotti cosmetici, dai glitter alle microsfere di dentifrici e detergenti esfolianti, e finiscono direttamente nelle acque di scarico. Spesso questi micro frammenti sono così piccoli che non vengono filtrati dagli impianti di depurazione e vengono ritrovati direttamente nel terreno oppure in mare, dove vengono assorbite da piante e ingerite dagli animali, entrando così nella catena alimentare. Questi rischi sono in fase di attenta valutazione da parte degli enti regolatori, e la tendenza è quella di incentivare il corretto smaltimento nonché la raccolta differenziata dei rifiuti per ridurre la contaminazione ambientale.
Differenze tra polietilene e materiali simili
Per via delle sue caratteristiche, come abbiamo visto, il polietilene presenta numerose differenze con gli altri principali polimeri plastici.
Per esempio la principale differenza tra polietilene e polipropilene è la maggior resistenza alle temperature elevate e agli agenti chimici di quest’ultimo, a fronte della più elevata flessibilità e resistenza agli urti del polietilene.
Anche tra poliestere e polietilene c’è una notevole differenza: entrambi utilizzati in campo industriale, i poliesteri esistono in natura, mentre il polietilene è stato ideato e concepito dall’uomo. Si distinguono per la loro composizione chimica, per la tecnica di produzione e per il fatto che il poliestere abbia una maggior resistenza alle alte temperature, con una temperatura di fusione a 260 ° C, contro i 140 ° C del polietilene.
La resistenza alla temperatura è anche la fondamentale differenza tra polietilene e pvc: quest’ultimo è più resistente agli agenti chimici, al fuoco ed è autoestinguente, può essere incollato e può essere prodotto sia in versione rigida, per la costruzione di cesti, secchi, bidoni e buste in plastica, piuttosto che nella versione malleabile, grazie all’aggiunta di un componente ammorbidente, per la produzione di coperture per tubi e strumenti per l’industria, ma in generale non viene impiegato per il contatto alimentare.
Infine, è importante anche la differenza tra teflon e polietilene, dove il primo dei due materiali è estremamente resistente alle alte temperature, ben oltre i 260°C, agli agenti chimici e alla corrosione, per cui viene solitamente destinato ad utilizzi molto diversi da quelli del polietilene.
