Polyeteeni

Polyeteeni (lyhenne PE) eli polyetyleeni on joukko polymeerejä ja niistä valmistettavia vahamaisen läpikuultavia kestomuoveja. Rakenteeltaan polyeteeni on yksinkertainen polymeeri.

(C2H4)n POLYETEENI
Tunnisteet
Nimet	Polyeteeni, polyetyleeni, polymetyleeni
Lyhenteet	PE, LDPE, HDPE
EC/Listno.	933-091-9
EC-numero (eteeni)	200-815-3
ECHA Infocard	100.121.698
Ominaisuudet
Kemiallinen kaava	(C2H4)n
Tiheys	0,88–0,96 g/cm³
Sulamispiste	115–135 °C
Veden absorptio	0,01 %
Kovuus – Rockwell R	60–65
Ominaislämpökapasiteetti	2,1 kJ/(kg·K)
Max. toimintalämpötila	-40 – 80 °C
Vetolujuus	8–35 MPa
Kimmomoduuli	0,1–1,8 GPa

Polyeteeni on halpaa, ja se on käytetyin muovin polymeerinen raaka-aine maailmassa. Polyeteenejä käytetään moneen tarkoitukseen kalvopakkauksista kuituihin ja paksuihin putkiin. Se soveltuu myös ihmisruumiin implantiksi, sillä yksinkertaisena hiilivetynä se ei juurikaan reagoi muihin aineisiin.

Polyeteenin CAS-numero on 9002-88-4.

Historia

Polyeteenien kierrätysmerkit

Polyeteenin kehittivät Eugen Bamberger ja Friedrich Tschirner 1900-luvun alussa. Ensi kertaa tuotetta käytettiin kemianjätti ICI:n laboratoriossa vuonna 1936, ja tehdasmainen PE-LD-tuotanto aloitettiin vuonna 1939.

Jaottelu

Polyeteenin rakennekaava.

Polyeteenimolekyylin rakenneyksikkö, yksinkertaistettu kaavio..

Polyeteenit jaetaan niiden tiheyden mukaan kolmeen päätyyppiin alatyyppeineen:

1. Pientiheyspolyeteeni (PE-LD) on tiheydeltään 0,91–0,93 kg/dm³. Se on kirkasta, pehmeää, joustavaa, hajutonta ja mautonta, ja sen pinta on vahamainen. Sillä on hyvä kemiallinen kestävyys, eikä se läpäise kosteutta. Se on maailman yleisin muovityyppi, ja sitä käytetään muun muassa muovipusseissa.
   • Lineaariset polyeteenit (PE-LLD)
   • Eteenin kopolymeerit (EVOH, EVA, EBA ym.)
   • Metalloseenipolyeteenit (mPE-LD, mPE-LLD)
   • Erittäin pientiheyspolyeteeni (PE-VLD)
2. Keskitiheyspolyeteeni (PE-MD) on tiheydeltään 0,93–0,95 kg/dm³.
3. Suurtiheyspolyeteeni (PE-HD) on tiheydeltään 0,95–0,98 kg/dm³. Se on sameaa, kovaa ja kestävää mutta samalla joustavaa. Sillä on hyvä iskunkestävyys kylmissäkin lämpötiloissa. PE-HD:tä käytetään muun muassa ohuissa pusseissa.
   • Suurimolekyyliset polyeteenit (suurimolekyylinen PE-HMW, ultrasuurimolekyylinen PE-UHMW)
   • Metalloseenityypit (mPE-HD)

Ominaisuudet

Polyeteenin ominaisuuksiin vaikuttavat muun muassa sen tiheys, moolimassa ja moolimassajakauma. Ominaisuuksia voi jonkin verran muuttaa seosaineiden ja jälkikäsittelyn avulla.

Polyeteeneillä on joitain yhteisiä tyypillisiä ominaisuuksia, vaikka niihin kuuluukin laaja joukko muoveja. Polyeteenit ovat keveitä, ja niiden tiheys on alle 1 kilogramma kuutiodesimetriä kohti. Ne ovat sitkeitä, eivätkä kovin jäykkiä. Polyeteeneillä on hyvä kemikaalinkesto, lukuun ottamatta voimakkaita happoja. Niillä on myös hyvä sähköneristävyys, hyvä kuumasaumautuvuus ja hyvä ekstruusiotyöstettävyys. Polyeteenit eivät kestä korkeita lämpötiloja ja ne kellastuvat ultraviolettisäteilyssä. Polyeteenit soveltuvat hyvin elintarvikepakkauksiin.

Polyeteenin liimaaminen on hankalaa, sillä sen pinta on liukas ja hylkivä. Pinnoitus ja painatus vaativat pinnan esikäsittelyn. Joissain sovelluksissa polyeteenien liukkaus on etu.

Valmistus

Polyeteeniä valmistetaan polymeroimalla eteeniä eli etyleeniä (CH₂:CH₂). Eteenin polymerisaatioreaktiossa monomeerin kaksoissidokset hajoavat ja muodostuu uusia yksinkertaisia kovalenttisia sidoksia hiiliatomien välille, jolloin syntyy makromolekyyli. Polyeteenimolekyyli sisältää ainoastaan hiili- ja vetyatomeja, ja sitä voitaisiin pitää myös pitkäketjuisena alkaanisarjan hiilivetynä.

Reaktion reaktioyhtälö

Kuva 1. Polyeteenin polymeroitumisreaktio.

Reaktion reaktioyhtälö on:

n (CH₂:CH₂ (g)) → [−CH₂−CH₂−]_n (s)

Polyeteenin polymeroitumisreaktiossa käytetään usein katalyyttia, joka helpottaa monomeerien sitoutumista toisiinsa. Yleisimmin käytettyjä katalyyttejä ovat yhdisteitä, kuten titaani- ja kromiyhdisteet.

Polyeteenin polymeroitumisreaktio on eksoterminen eli lämpöä vapauttava reaktio. Polyeteenin valmistus jaetaan usein kahteen pääprosessiin: korkea- ja matalapaineiseen prosessiin.

Kuva 2. LDPE:n haaroittunut molekyylirakenne.

Korkeapaineisessa prosessissa valmistetaan LDPE:tä (low density polyethylene) eli pienitiheyspolyeteeniä. Tässä prosessissa eteenikaasu polymeroituu valkoiseksi muoviksi sitä kuumennettaessa (80–300 °C) erittäin korkeassa paineessa (1000–3000 bar). Reaktiossa syntyvien molekyylien koot vaihtelevat ja ne ovat usein voimakkaasti haaroittuneita.

Kuva 3. HDPE:n lähes suora molekyyliketju.

Matalapaineprosessissa valmistetaan suuritiheyspolyeteeniä eli HDPE:tä (high density polyethylene) ja LLDPE:tä (linear low density polyethylene) eli lineaarista pienitiheyspolyeteeniä. Tässä prosessissa eteenikaasua lämmitetään 70–300 °C:n lämpötilassa, mutta huomattavasti alhaisemmassa paineessa (10–80 bar).

LDPE:n ja LLDPE:n eroavaisuudet liittyvät molekyylirakenteeseen: LLDPE:n runko on suorempi kuin LDPE:n. Lisäksi LLDPE:llä vetolujuus on suurempi kuin LDPE:n. Prosessin lopputuotteena saatava polyeteeni on jäykempää ja tiheämpää kuin LDPE.

Käyttökohteet

LDPE on pehmeää ja sitkeää muovia, jota käytetään usein muovipusseissa sekä erilaisissa kalvoissa. Sitä hyödynnetään myös erilaisissa kiriste- sekä kutistepakkauksissa.

HDPE on puolestaan jäykempää ja rapisevampaa muovia. HDPE:stä voidaan valmistaa myös muovipusseja, mutta sitä käytetään yleisesti kanistereiden ja pullojen valmistukseen.

Kierrätys

Muovien kierrättäminen säästää ympäristöä ja edistää kiertotaloutta. Kierrätyksen ansiosta muovin raaka-aineita saadaan uusiokäyttöön, mikä vähentää neitseellisen öljyn käyttöä. Kierrätykseen menevän muovin tulee olla puhdasta.

Sekä LDPE että HDPE kuuluvat muovinkeräykseen. Suuremmat HDPE-muovista valmistetut esineet tulisi kuitenkin toimittaa jäteasemalle lajiteltavaksi. Muovien kierrätysmenetelmiä on kolme: mekaaninen, kemiallinen ja energiankierrätys. Polyeteenien yleisin kierrätysmenetelmä on mekaaninen kierrätys.

Polyeteenin mekaaniseen kierrätykseen kuuluu useita vaiheita: keräys, lajittelu, puhdistus, murskaus, sulatus ja uudelleenkäyttö. Ensimmäisessä vaiheessa polyeteeni kerätään kotitalouksilta, yrityksiltä sekä muilta toimijoilta. Lajittelussa muovit erotellaan ominaisuuksiensa perusteella joko manuaalisesti tai koneellisesti. Ennen varsinaista käsittelyä muovit puhdistetaan huolellisesti. Tämän jälkeen muovit murskataan pienemmiksi paloiksi. Joissain tapauksissa näitä paloja voidaan käyttää lisäaineina esimerkiksi asfaltin valmistuksessa. Lopuksi polyeteeni sulatetaan ja muotoillaan rakeiksi, joita voidaan hyödyntää uusien tuotteiden valmistuksessa.

LDPE:n ja HDPE:n kierrätys poikkeavat toisistaan materiaalin ominaisuuksien vuoksi. LDPE on pehmeämpää kuin HDPE. LDPE:n kierrätyksessä muovin pehmeys ja takertuvuus voivat tuottaa haasteita. Pehmeä LDPE voi takertua kierrätyskoneistoon tai muihin muoveihin, mikä vaikeuttaa muovien erittelyä. Kierrätyskeskuksessa pehmeä ja kovempi HDPE-muovi pyritäänkin erottamaan toisistaan ja kierrättämään erillään.

Ympäristövaikutukset

Polyeteenin tuotannon merkittävimmät ympäristövaikutukset liittyvät sen valmistuksessa käytettyyn veteen ja fossiilisiin polttoaineisiin. Yhden polyeteenikilon tuottaminen kuluttaa noin 3 litraa vettä ja 1,5 kg fossiilista polttoainetta.

Polyeteeni on halpaa valmistaa ja siksi polymeroituna käytetyin muovin raaka-aine. Etenkin LDPE:stä valmistetut tuotteet ovat usein kertakäyttöisiä pakkausmuoveja, kuten kuplamuovi. Tämä aiheuttaa merkittävän ympäristövaikutuksen, koska niiden kierrätysaste jää alhaiseksi.

Suomessa syntyvästä pakkausmuovijätteestä suurin osa menee polttoon ja hyödynnetään energiajätteenä. Kierrätykseen menevä osuus on noin 20 %. Pääkaupunkiseudulla erilliskeräyksellä talteen saadaan noin 30 % pakkausmuoveista, ja lopulta noin 20 % kierrätetään. Teollisesti lajitellusta muovijätteestä ei saada mekaanisella kierrätyksellä riittävän laadukkaita kierrätysmuoveja vaativimpiin sovelluksiin, kuten elintarvikkeiden pakkaamiseen.

Kierrätysmuovin osuus muovipakkauksissa yhdessä biopohjaisten muovien kanssa on vain noin 2 %.

Koska polyeteenistä valmistetut pakkausmuovit ovat edullisia tuottaa ja globaalisti käytössä, ovat ne myös suurimpia mikromuovin lähteitä. Mikromuovilla tarkoitetaan yleisesti muovijätteen jakeita yhdestä mikrometristä viiteen millimetriin väliltä. Primaaria mikromuovia syntyy synteettisten vaatteiden käytöstä ja pesusta, autonrenkaiden kulumisesta ja jonkin verran hygieniatuotteista. Sekundaareja mikromuoveja syntyy suurempien muovituotteiden, kuten muovipussien, muovipullojen ja kalastusverkkojen hajotessa pienempiin osiin. Meriin kertyneestä mikromuovista sekundaarisen osuus on noin 68–81 % ja primaarin 15–31 %.

Mikromuovin haitallisuus aiheutuu sen kulkeutumisesta kaikkialle tuulen ja vesien mukana. Mikromuoville altistuu myös hengittäessään ulkoilmaa. Mikromuovi kertyy ravintoketjussa ylöspäin. Tutkimusten mukaan mikromuovia on erityisen paljon simpukoissa, niin makean veden kuin suolaisen veden lajeissa. Ihmiseen kertyvän mikromuovin terveysvaikutuksista tiedetään toistaiseksi hyvin vähän.

Työstäminen

Polyeteeniä voidaan työstää kappaleiksi esimerkiksi seuraavilla muovintyöstötekniikoilla:

• Ruiskuvalu (tunnetaan myös nimellä ruiskupuristus), esimerkkejä tuotteista: kuljetuslaatikot, lelut
• Suulakepuristus eli ekstruusio, esimerkkejä tuotteista: kalvot, putket, levyt, profiilit
• Rotaatiovalu, esimerkkejä tuotteista: säiliöt, tankit

Lähteet

• Järvinen, Pasi: Muovit ja muovituotteiden valmistus. Muovifakta, 2017. ISBN 978-952-93-8690-1
• Lepoutre, P.: The Manufacture of Polyethylene Transpak Industries Ltd.. Viitattu 21.3.2025.
• Muovin lajitteluopas ja eri muovien koodit Molok. Viitattu 21.3.2025.
• Muovinkierrätys säästää ympäristöä ja edistää kiertotaloutta Remeo. Viitattu 21.3.2025.
• Whiteley, Kenneth S.: Polyethylene. Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 2000.
• Compendium of Polymer Terminology and Nomenclature: IUPAC Recommendations 2008. IUPAC, 2008.
• Tekstiilikuituopas, synteettiset tekokuidut: Polyeteeni Suomen tekstiili ja muoti. Viitattu 21.3.2025.
• Minna Salo ja Henna Sundqvist: Minkä verran muovipakkauksia Suomessa liikkuu ja kuinka ne kiertäisivät paremmin? VTT. Viitattu 21.3.2025.
• Muovit ja kumit – Raaka-ainekäsikirja 4. Tampere: Metalliteollisuuden Keskusliitto MET, 2001.
• Järvinen, Pasi: Muovin suomalainen käsikirja. Porvoo: Muovifakta Oy, 2000.
• Polyeteeni Valmistajat.fi. Viitattu 21.3.2025.
• Lepola, Yrjö: Valmistustekniikan ja materiaalin valinta muovituotteen valmistuksessa. Tampereen teknillinen yliopisto, 2011.
• Mika Härkönen: Muovijätteen kierrätys laahaa – tarvitaanko uusia malleja lajitteluun ja kierrätykseen? VTT. Viitattu 21.3.2025.
• Polyethylene (PE): Types, applications and processing USEON. Viitattu 21.3.2025.
• Polyethylene UDMachine.
• Addition polymers science-revision.co.uk. Viitattu 21.3.2025.
• Gluberman, Ross: The complete plastic recycling process RTS.
• Types of recycling Plastics for Change.
• Ympäristön mikromuovit Terveyden ja hyvinvoinnin laitos. Viitattu 21.3.2025.
• Mikromuovien vaikutuksista ihmisen terveyteen tiedetään hyvin vähän. Kehittyvä Elintarvike, 24.2.2021. Itä-Suomen yliopisto.
• Muovit Edu.fi. Viitattu 21.3.2025.

Aiheesta muualla

• Valuatlas: Polyeteeni (PE), Tampereen teknillinen yliopisto (Arkistoitu – Internet Archive) (pdf)
• Independent Chemical Information Service (ICIS): Polyethylene – high density (HDPE) CAS No: 9002-88-4 (englanniksi)