Optische Eigenschaften von Polyethylen

Polyethylen ist ein handelsüblicher Kunststoff, der in nahezu jede erdenkliche Anwendung Eingang gefunden hat. Mehr als 100 Milliarden Pfund. aus Polyethylen wurden im Jahr 2000 hergestellt und zu allem verarbeitet, von Taschen, Behältern, Flaschen und anderen Gebrauchsgegenständen bis hin zu Spezialartikeln wie Hüftprothesen. In manchen Fällen sind die optischen Eigenschaften von Polyethylen aus ästhetischer Sicht wichtig: Glänzende Verpackungen sind attraktiver als langweilig. In anderen Fällen ist das Interesse praktisch, etwa den Flüssigkeitsstand in einer Flasche sehen zu können. In allen Fällen hängen die optischen Eigenschaften einer Polyethylenprobe von ihrer molekularen Struktur ab.

Es gibt zwei grundlegende Arten von Polyethylen, und die Kenntnis der Unterschiede zwischen ihnen ist entscheidend für das Verständnis ihrer optischen Eigenschaften. Polyethylen hoher Dichte (HDPE) ist auf molekularer Ebene einheitlich, wodurch sich die Moleküle dicht packen und kristalline Flecken bilden können. Polyethylen niedriger Dichte (LDPE) ist weniger einheitlich und neigt dazu, keine geordnete innere Struktur aufzuweisen. Polyethylen kann auch nach Molekulargewicht oder der durchschnittlichen Länge seiner Polymerketten kategorisiert werden. Diese Faktoren spielen eine Schlüsselrolle bei der Bestimmung der wichtigsten optischen Eigenschaften von Polyethylen: Trübung, Transparenz und Glanz.

Haze ist genau das, wonach es klingt: ein Maß dafür, wie trüb eine Probe erscheint. Genauer gesagt ist Trübung ein Maß für die Lichtmenge, die pro zurückgelegter Strecke durch eine Probe abgelenkt wird. Hier ist die Unterscheidung zwischen HDPE und LDPE wichtig. Die kristallinen Flecken von HDPE lenken das Licht wie Sandkörner in Glas ab. Der Grad der Lichtablenkung hängt teilweise von der Größe des kristallinen Flecks ab, so dass die Trübung dazu neigt, mit der Dichte des Polyethylens zuzunehmen. Auch das Herstellungsverfahren einer Polyethylenprobe hat einen starken Einfluss auf die Trübung, da nicht nur die Größe, sondern auch die auch die Orientierung der Kristalle beeinflusst die Trübung aufgrund der Wechselwirkung des Lichts mit dem Kristall Struktur. Je schneller eine Probe nach der Formgebung abgekühlt wird, desto weniger trüb ist sie wahrscheinlich, da die Polymerketten weniger Zeit haben, sich in kristalline Strukturen umzuordnen.

Neben der Kristallinität innerhalb der Probe verursacht die Oberflächenrauheit eine Lichtablenkung und spielt daher eine Rolle bei der Trübungsmessung einer Polyethylenprobe. Dabei spielt das Molekulargewicht des Polyethylens - wie lang die Polymerketten sind - eine große Rolle. Im Allgemeinen führen längere Ketten zu mehr Oberflächenrauheit und mehr Oberflächentrübung. Die Verarbeitungsbedingungen tragen ebenfalls zur Oberflächentrübung bei. Eine Polyethylenprobe, die zu einer Folie geblasen wird, nimmt ihre Form wie eine Blase an, ohne dass Schimmel oder Matrize auf die Oberfläche trifft, und neigt dazu, sehr glatt zu sein. Dies verringert seine Oberflächentrübung. Dickere Proben, die geformt, extrudiert oder gegossen werden, können je nach mikroskopischer Glätte der Oberflächen, mit denen sie in Kontakt kommen, mehr oder weniger Oberflächentrübung aufweisen.

Einfach ausgedrückt bezieht sich Transparenz darauf, wie klar ein Objekt ist. Technisch gesehen ist es ein Maß für die Lichtmenge, die das Objekt durchdringt, ohne von Partikeln im Inneren gestreut oder abgelenkt zu werden. Bei Polyethylen gilt, wie bei den meisten Materialien, je dünner die Probe, desto besser die Transparenz – es gibt nur weniger Chancen für ein Partikel, das durchlaufende Licht abzulenken. Transparenz hängt also mit Trübung zusammen: Je trüber eine Probe, desto weniger transparent. Im Gegensatz zu Trübung ist Transparenz jedoch eine Messung der „ganzen Probe“, und die Dicke spielt eine Rolle: Selbst eine Polyethylenprobe mit sehr geringer Trübung ist nicht transparent, wenn das Licht weit wandern muss. Laut „Handbook of Polyethylene“ sind Polyethylenproben mit einer Dicke von mehr als 1/8 Zoll selten transparent.

Während Trübung und Transparenz nur davon abhängen, ob Licht abgelenkt wird oder durch eine Probe geht, hängt Glanz davon ab, wie dieses Licht abgelenkt wird. Eine glänzende Probe – der Begriff bedeutet in Fach- und Laiensprache dasselbe – lenkt Licht „kohärent“ ab, was bedeutet, dass alles auf die gleiche Weise abgelenkt wird. Glanz ist streng genommen ein Oberflächenphänomen, und das Erreichen einer guten Oberflächenglätte ist entscheidend für das Erreichen eines hohen Glanzes. Glanz ist nicht nur ein anderer Begriff für Oberflächentrübung, sondern hängt stark vom Betrachtungswinkel der Probe ab. Eine trübe Probe kann glänzend sein, in diesem Fall spricht man von einem „Glanz“. Laut „Praxisleitfaden für Polyethylen“ Seit den 1990er Jahren sind neue LDPE-Typen auf den Markt gekommen, die stabilere Verpackungsmaterialien mit höherem Glanz ermöglichen.