- Lebenszyklus
Fachinformationen
Produktgruppeninformation
Begriffsdefinition
Polyethylen (PE) ist der wichtigste thermoplastische Kunststoff und gehört zu den Polyolefinen. Es besteht lediglich aus Kohlenstoff und Wasserstoff. Das Verfahren zur Herstellung von LDPE wurde bereits 1936 patentiert. 1950 begann die industrielle Herstellung.
Wesentliche Bestandteile
Die Strukturformel zeigt ein Polyethylen-Monomer. Die beiden wichtigsten Polyethylen-Typen sind Polyethylen niederer Dichte (LDPE) und Polyethylen hoher Dichte (HDPE). LDPE werden in Hochdruckreaktoren produziert, während HDPE unter niederem Druck produziert werden. Polyethylen wird durch Polymerisation von Ethylen hergestellt.
Charakteristik
Polyethylen niederer Dichte LDPE ist ein durchscheinender bis klarer und flexibler Kunststoff, auch Polyethylen hoher Dichte HDPE ist transparent, jedoch weniger flexibel. Die Eigenschaften von PE können durch Zugabe von mineralischen Füllstoffen beeinflusst werden.
Besonders wichtige Eigenschaft hinsichtlich Umwelt- und Gesundheitsrelevanz
PE ist geruchlos und hautverträglich, es ist physiologisch unbedenklich.
Anwendungsbereiche (Besonderheiten)
PE-Art | Anwendungsbereiche |
HDPE | Trinkwasser- und Abwasserrohre, Wärmeaustauschrohre bis maximal 40°C, Gasrohre. Abdeckplanen, Dichtungsbahnen, Dampfsperren, Dach-Unterspannbahnen, Bodenbeläge, Profile, Heizöltanks, Bauplatten, Dämmelemente, Beschichtungen. |
LDPE | Folien als Witterungsschutz, Abdeckplanen, Unterspannbahnen. |
VPE bzw. PE-X | Rohre für Abwasser, Sanitärinstallationen, Trinkwasser, Kabelummantelungen und Fußbodenheizungen. |
PE-C | Dach-Dichtungsbahnen. |
EVA | Klebstoffe, Kabelummantelungen, Beschichtungen. |
Produktionsmengen und Verbrauchszahlen
Produktionsmengen 2010 [Mio t] | Deutschland | Europa | Welt |
Kunststoff insgesamt | 20,7 | 57 | 265 |
Verbrauchszahlen 2010 [Mio t] | Deutschland | Europa | Welt |
Kunststoff insgesamt | 13,3 (2009) | 46,4 | k.D.v. |
Bausektor | 2,6 (2009) | 9,6 | k.D.v. |
PE-LD | 1,7 (2009) | 7,8 | k.D.v. |
PE-HD | 1,3 | 5,6 | k.D.v. |
Einteilungssystematik
Kunststoffe aus Polyethylen werden wie folgt eingeteilt:
- Polyethylen niederer Dichte (LDPE, Low density PE)
- Polyethylen hoher Dichte (HDPE, High density PE)
Weitere wichtige Ethylen-Kunststoffe sind:
- Lineares Polyethylen niederer Dichte (LLDPE)
- Vernetzte Kunststoffe aus Polyethylen (VPE bzw. PE-X)
- Chlorierte Kunststoffe aus Polyethylen (PE-C)
- Ethylen-Vinylacetat-Copolymer (EVA)
Quellen
PlasticsEurope, Environmental Product Declarations of the European Plastics Manufacturers - High density polyethylene (HDPE), Brüsel, 2008, plasticseurope
PlasticsEurope, Environmental Product Declarations of the European Plastics Manufacturers - Low density polyethylene (LDPE), Brüsel, 2008, plasticseurope
Produktionszahlen und Verbrauchszahlen:
Consultic, Kunststoffe in Deutschland, Kurzfassung, PlasticsEurope, Brussels, 2010, plasticseurope
PlasticsEurope, Plastics – the Facts 2011, Brussels, 2011, plasticseurope
Technisches
Technische Daten
| Polyethylen | Polyethylen | Polypropylen | Polystyrol |
Rohdichte[g/cm³] | 0,91 - 0,935 | 0,935 - 0,97 | 0,91 | 1,05 - 1,08 |
Wasseraufnahme in 24 h [%] | < 0,01 | < 0,01 | < 0,01 | 0,05 - 0,25 |
Wärmeleitfähigkeit [W/mK] | 0,32 | 0,4 | 0,22 | 0,16 - 0,18 |
Gebrauchstemperatur- | 75 | 95 | 100 | 75 - 95 |
Bei den angegebenen Daten handelt es sich um typische Werte, bezogen auf die angegebenen Kunststoffe in Reinform. Die technischen Daten für spezielle Produkte befinden sich in den Informationen zu den entsprechenden Produktgruppen.
Euroklasse nach DIN EN 13501-1
E s1 bis s2 und d1 bis d2, je nach Ausrüstung
Technische Regeln (DIN, EN)
DIN EN ISO 1872-1 | Kunststoffe - Polyethylen (PE)-Formmassen - Teil 1: Bezeichnungssystem und Basis für Spezifikationen |
DIN EN ISO 1872-2 | Kunststoffe - Polyethylen (PE)-Formmassen - Teil 2: Herstellung von Probekörpern und Bestimmung von Eigenschaften |
DIN EN ISO 7214 | Schaumstoffe - Polyethylen - Prüfverfahren |
E DIN EN ISO 17855 | Kunststoffe - Polyethylen (PE)-Formmassen - Teil 1: Bezeichnungssystem und Basis für Spezifikationen (Entwurf 2012) |
Bauregelliste
Das Deutsche Institut für Bautechnik stellt in den Bauregellisten A, B und C die technischen Regeln für Bauprodukte und Bauarten sowie bauaufsichtlich geregelte und nicht geregelte Bauprodukte und Bauarten auf.
Nach Zustimmung der obersten Bauaufsichtsbehörden der Länder wird die Bauregelliste bekannt gegeben. Erwerb und weiterführende Informationen zu Bauregelliste und ihren Regelungsbereichen siehe unter → www.dibt.de
Eine Darstellung und Erläuterungen zur Klassifizierung von Bauprodukten siehe im Lexikon → Klassifizierung von Bauprodukten
Literaturtipps
Stiftung Warentest, test 8/2008, ISSN 0040-3946
PlasticsEurope Deutschland e.V., Geschäftsbericht von PlasticsEurope Deutschland e.V. für 2006; 10.Mai 2007, downloadbar in zwei Versionen
plasticseurope
Consultic, Kunststoffe in Deutschland, Kurzfassung, PlasticsEurope, Brussels, 2010, plasticseurope
PlasticsEurope, Plastics – the Facts 2011, Brussels, 2011, plasticseurope
I. Bousted: Eco-profiles of the European Plastics Industry, Low Density Polyethylen (LDPE), PlasticsEurope, Brussels, 2005
I. Bousted: Eco-profiles of the European Plastics Industry, High Density Polyethylen (HDPE), PlasticsEurope, Brussels, 2005
Rohstoffe / Ausgangsstoffe
Hauptbestandteile
Die untenstehende Tabelle zeigt die Zusammensetzung nach Elementen von Polyethylen.
| Wasserstoff, H | Kohlenstoff, C |
Polyethylen PE | 12 - 13 | 87 - 88 |
Die Zahlenwerte beziehen sich auf die reinen Polymere, ohne Berücksichtigung von Additiven und Füllstoffen. Für Polyethylen-Produkte sind keine Weichmacher notwendig, es gibt keine Probleme aufgrund von Restmonomeren.
Die Rohstoffquellen sind Erdöl und teilweise Erdgas. Daraus gewinnt man Ethylen, aus dem wiederum Polyethylen hergestellt wird. Zum Vergleich wird auch der Rohstoffbedarf für Polystyrol in der Tabelle aufgeführt.
Der Rohstoffbedarf von ABS ist deutlich höher als der für Polyethylen Für alle aufgeführten Kunststoffe werden nur wenig mineralische Rohstoffe benötigt.
Rohstoffbedarf pro kg Kunststoff | Polyethylen niederer | Polyethylen hoher | ABS (Polystyrol) |
nachwachsende | - | - | - |
fossile Rohstoffe [kg] | 1,6 | 1,6 | 2,1 |
mineralische | 0,002 | 0,001 | 0,06 |
Wasserverbrauch ohne Kühlung [l] Wasserverbrauch mit Kühlung [l] | 2,9 47,2 | 3,4 32,3 | 9,1 150,0 |
Umwelt- und Gesundheitsrelevanz
Rohstoffherkunft Polyethylen (Durchschnittswerte aus LDPE und HDPE)
Gewinnung der Primärrohstoffe
Polyethylene werden ausschließlich aus fossilen Rohstoffen hergestellt. Die ökologischen Folgen der Gewinnung von fossilen Rohstoffen sind im zugehörigen Lexikonbegriff beschrieben.
Verfügbarkeit
Mit der allmählichen Erschöpfung der Erdölvorräte vermindert sich auch das Potential zur Gewinnung von Kunststoffen in wenigen Jahrzehnten. Allerdings könnten die Rohstoffe zur Herstellung von Kunststoffen auch aus Kohle hergestellt werden, was jedoch mit einem größeren Energieaufwand verbunden wäre.
Verwendung von Recyclingmaterialien / Produktionsabfällen
Abfälle aus der Polyethylenproduktion können wieder als Rohstoff für die Produktion eingesetzt werden.
Radioaktivität
Materialien aus Polyethylen sind nicht radioaktiv.
Landinanspruchnahme (Landuse)
Die Erdölgewinnung für Polyethylen ist mit geringem Flächenverbrauch für die Erdölgewinnung und die Raffineriestandorte verbunden, allerdings können die Flächen zerstörter Naturräume durch Tankerunfälle beträchtlich sein.
Quellen
I. Bousted: Eco-profiles of the European Plastics Industry, Low Density Polyethylen (LDPE), PlasticsEurope, Brussels, 2005
I. Bousted: Eco-profiles of the European Plastics Industry, High Density Polyethylen (HDPE), PlasticsEurope, Brussels, 2005
I. Bousted: Eco-profiles of the European Plastics Industry, Acrylonitrile-Butadiene-Styrene Copolymer (ABS), PlasticsEurope, Brussels, 2005
Herstellung
Prozesskette
Herstellungsprozess
Die Herstellung des Vorprodukts Ethylen und dessen Umsetzung zu Polyethylen geschieht durch Betriebe der Großchemie. Es werden verschiedene Herstellungsverfahren verwendet, Polyethylen niederer Dichte LDPE wird in einem Hochdruckprozess (1000 bis 3500 bar) hergestellt, Polyethylen hoher Dichte wird in verschiedenen Prozessen unter niederem Druck (bis zu 200 bar) hergestellt. PE wird als Granulat an die verarbeitenden Betriebe geliefert, die das Granulat zu den entsprechenden Produkten durch Spritzguss, Extrusion, Blasformen usw. weiterverarbeiten.
Umweltindikatoren / Herstellung
Einheitliche Werte zu Umweltindikatoren (z.B. Primärenergieaufwand, Treibhauspotential) liefert die Datenbank ÖKOBAUDAT des Informationsportals Nachhaltiges Bauen. Die ÖKOBAUDAT stellt Umweltprofile für Bauprodukte bereit, die als erforderliche Datengrundlage für die Ökobilanzierung (Lebenszyklusanalyse) von Gebäuden eingesetzt werden. Für Bauprodukte gibt es Herstellungs- und End-of-Live-Datensätze. → Datenbank der ÖKOBAUDAT
In der Herstellung von Bauprodukten ist ein großer Anteil der verursachten Umweltbelastungen auf den Verbrauch von nicht erneuerbaren Energieträgern zurückzuführen. Der in den Datensätzen geführte "kumulierte Primärenergieaufwand nicht erneuerbar" (Graue Energie, PENRT) ist daher ein wichtiger Umweltindikator für den Ressourcenverbrauch und i.d.R. gleichgerichtet mit dem Treibhauspotential (GWP), einem wichtigen Indikator der Umwelt(aus)wirkungen.
Informationen zu ÖKOBAUDAT-Datensätzen im Zusammenhang mit dieser Produktgruppe finden sich in WECOBIS unter Fachinformationen / Reiter Zeichen & Deklarationen → Übersicht Umweltdeklarationen / Umweltindikatoren.
Graue Energie
Die Herstellung von PE ist im Vergleich zu anderen Kunststoffen mit einem niederen Energieaufwand verbunden, da Ethylen ein Basisprodukt der chemischen Grundstoff-Herstellung ist. Daraus resultiert ein vergleichsweise einfacher, kurzer Herstellungsweg des Polyethylen über nur wenige Zwischenstufen. Dies illustriert auch der Vergleich mit ABS. Die Daten stammen aus den Ökoprofilen von PlasticsEurope (siehe Quellen).
| Polyethylen niederer | Polyethylen hoher | ABS (Polystyrol) | |
Kumulierter nicht-erneuerbarer Primärenergieaufwand | [MJ/kg] | 76,9 | 75,9 | 95,0 |
Umweltrelevante Additive
Additive | Typ | Funktion | Umweltrelevanz |
Lichtstabilisatoren | ca. 0,5 % Amine, auch Spezialruß | Verhindern den Abbau von PE | Relativ stabile Verbindungen, über Belastungen wenig bekannt. |
Antioxidantien | ca. 0,3 % Phenole und Amine | Verhindern den Abbau von PE | Relativ stabile Verbindungen, über Belastungen wenig bekannt. |
Bromierte und chlorierte Verbindungen | Verringern die Brennbarkeit des Kunststoffs | Stabile Verbindungen, im Brandfall Entstehung toxischer Stoffe wie Halogensäuren und halogenierte Folgeprodukte. |
Charakteristische Emissionen
Die Emissionen der Herstellung werden gemäß den Ökoprofilen von PlasticsEurope ausgewiesen (siehe Quellen). Zum Vergleich wird ABS aus der Familie der Polystyrole aufgeführt.
| Polyethylen niederer Dichte (LDPE) | Polyethylen hoher Dichte (HDPE) | ABS (Polystyrol) | |
Treibhausgase | GWP [kg CO2-eq / kg] | 2,13 | 1,93 | 3,8 |
Luftemissionen | Schwefeldioxid [g SO2 / kg] | 5,0 | 4,1 | 8,0 |
| Stickoxide NOx [g NO2-eq / kg] | 3,8 | 3,2 | 5,5 |
| Kohlenmonoxid [g CO / kg] | 2,7 | 12,4 | 5,1 |
Abwasseremissionen | Salze, gesamt [g / kg] | 0,8 | 1,1 | 14,4 |
| Kohlenwasserstoffe [g TOC / kg] | 0,01 | 0,01 | 0,49 |
Maßnahmen Gesundheitsschutz
Bei der Herstellung der Vorprodukte ist Ethylen als Gefahrstoff mit erheblichem Risikopotential beteiligt. Ethylen gilt als extrem entzündbares Gas (H220) und kann Schläfrigkeit und Benommenheit verursachen (H336).
Quellen
I. Bousted: Eco-profiles of the European Plastics Industry, Low Density Polyethylen (LDPE), PlasticsEurope, Brussels, 2005
I. Bousted: Eco-profiles of the European Plastics Industry, High Density Polyethylen (HDPE), PlasticsEurope, Brussels, 2005
I. Bousted: Eco-profiles of the European Plastics Industry, Acrylonitrile-Butadiene-Styrene Copolymer (ABS), PlasticsEurope, Brussels, 2005
Verarbeitung
Technische Hinweise / Verarbeitungsempfehlungen
PE-Folien und andere PE-Produkte werden auf der Baustelle in der Regel mechanisch verarbeitet. Beim Verschweißen von PE-Folien können geringe Mengen an Kohlenwasserstoffdämpfen entstehen. Ein Verkleben ist ohne Vorbehandlung nicht möglich, da die PE-Produktoberflächen völlig unpolar sind und erst mit Funkeninduktion angeätzt werden müssen.
Arbeitshygienische Risiken
REACH / CLP
Die REACH-Verordnung regelt die Herstellung, das Inverkehrbringen und den Umgang mit Industriechemikalien. Zur Einstufung, Kennzeichnung und Verpackung von Stoffen und Gemischen, dient die CLP-Verordnung (Verordnung über die Einstufung, Kennzeichnung und Verpackung von Stoffen und Gemischen), um ein hohes Schutzniveau für die menschliche Gesundheit und die Umwelt zu gewährleisten.
Wird ein Produkt nicht als Stoff oder Gemisch, sondern als Erzeugnis eingestuft, ist kein Sicherheitsdatenblatt (SDB) erforderlich und Gefahrstoffbezeichnungen entfallen. Lediglich besonders besorgniserregende Stoffe (SVHC) müssen ausgewiesen werden.
Kunststoffe werden als Stoffe eingestuft.
Produkt bezogene Informationen gemäß CLP-Verordnung müssen daher in den Sicherheitsdatenblättern (SDB) der jeweiligen Produkte ausgewiesen sein.
Emissionen
Emissionen stellen in der Verarbeitung kein Problem dar.
Umweltrelevante Informationen
Weitergehende Informationen zu Vorsichtsmaßnahmen und Gefährdungen sind ggf. in den zugeordneten Bauproduktgruppen enthalten.
Nutzung
Umwelt- und Gesundheitsrisiken Neuzustand
Schadstoffabgabe / Emissionen in den Innenraum
PE ist geruchs- und geschmacksneutral. Es liegen keine Daten zu einer Schadstoffabgabe aus Polyethylen vor. Aufgrund der Tatsache, dass Produkte aus Polyethylen normalerweise keine Weichmacher enthalten, erscheint eine Schadstoffabgabe aus Polyethylenprodukten unwahrscheinlich.
Umwelt- und Gesundheitsrisiken bei bestimmungsgemäßer Nutzung
Schadstoffabgabe / Emissionen in den Innenraum
PE ist geruchs- und geschmacksneutral. Es liegen keine Daten zu einer Schadstoffabgabe aus Polyethylen vor. Aufgrund der Tatsache, dass Produkte aus Polyethylen normalerweise keine Weichmacher enthalten, erscheint eine Schadstoffabgabe aus Polyethylenprodukten unwahrscheinlich.
Umwelt- und Gesundheitsrisiken im Schadensfall
Brandfall
Polyethylen ist sehr gut brennbar, lässt sich entzünden und brennt nach Entfernen der Zündquelle mit leuchtender Flamme weiter. Aus reinem Polyethylen entstehen aufgrund der vollständigen Verbrennung keine toxischen Brandgase. Da es sich bei Polyethylen um einen thermoplastischen Kunststoff handelt, besteht die Gefahr der Brandausbreitung durch herabtropfendes, brennendes Material. Bauprodukten aus Polyethylen müssen Flammschutzmittel zugesetzt werden. Dabei handelt es sich meist um bromierte oder chlorierte Verbindungen, die giftige Brandgase bilden können. Auf Grund einer freiwilligen Selbstverpflichtung des Verbandes der kunststoffverarbeitenden Industrie und des Verbandes der Textilhilfsmittelhersteller wird auf polybromierte Diphenylether verzichtet und auf Ersatzstoffe ausgewichen.
Gemäß der Richtlinie 2002/95/EG des europäischen Parlaments ist seit dem 1. Juli 2006 die Verwendung von PBB und PBDE in neu in Verkehr gebrachten Elektro- und Elektronikgeräten in der EU untersagt und gemäß der Richtlinie 2003/11/EG dürfen PentaBDE und OctaBDE (Penta- und Octadiphenylether) seit August 2004 nicht mehr in Verkehr gebracht werden.
Die mengenmäßig relevantesten Flammschutzmittel bei der Polyolefinverarbeitung sind die Aluminiumoxidhydrate. Diese sind aus heutiger Sicht toxikologisch unbedenklich.
Wassereinwirkung
PE ist wasserbeständig. Mit Schäden durch Wassereinwirkung ist nicht zu rechnen.
Produkte aus Polyethylen (PE) sind beständig, müssen jedoch mit Stabilisatoren gegen Langzeitabbau geschützt werden. Durch Sonneneinstrahlung kann PE verspröden, meist wird Ruß als UV-Stabilisator eingesetzt. Rohre aus HDPE in der Gas- und Wasserversorgung besitzen eine prüftechnisch abgesicherte Haltbarkeitsdauer von 50 Jahren. PE sind unempfindlich gegen Feuchtigkeit und gegen Salzlösungen, beständig gegenüber Laugen und Säuren. Im Kontakt mit organischen Lösemitteln können PE jedoch aufquellen. PE-HD ist auch gegenüber Benzin beständig.
Unter der Rubrik Baustoff- und Gebäudedaten / Nutzungsdauern von Bauteilen findet sich auf dem Informationsportal Nachhaltiges Bauen eine Datenbank mit Nutzungsdauerangaben von ausgewählten Bauteilen des Hochbaus für den Leitfaden „Nachhaltiges Bauen“.
Datenbank als PDF
Instandhaltung
Dadurch, dass Klebstoffe auf PE schlecht haften, ist eine Reparatur leckgeschlagener Folien aus PE durch Klebung nur schwer möglich bis unmöglich.
Nachnutzung
Umwelt- und Gesundheitsrisiko Rückbau
Bei einem geordneten Rückbau kommt es zu keinen besonderen Umwelt- oder Gesundheitsrisiken.
Wiederverwendung
Eine Wiederverwendung von Polyethylenfolien wäre zwar die ökologisch vorteilhafteste Nachnutzung. Allerdings ist es aufgrund der Einbausituation im Rückbau kaum möglich, die Folien unbeschädigt und sauber zu trennen. Eine Wiederverwendung wird dadurch in der Praxis verhindert.
Stoffliche Verwertung
Generell ist die stoffliche Verwertung von Thermoplasten durch Einschmelzen und Umschmelzen in neue Formen möglich. Aus grundsätzlich ökologischen Überlegungen ist die stoffliche Verwertung der energetischen vorzuziehen, da dadurch Neukunststoff substituiert werden kann. Jedoch wird ein werkstoffliches Recycling von Kunststoffen aus Polyethylen (PE) dadurch erschwert, dass die Eigenschaften der Produkte im Wesentlichen durch die chemische Struktur beeinflusst werden. Durch das Einschmelzen von Polyethylen-Kunststoffen entsteht eine Mischung der Eigenschaften der verschiedenen PE-Typen und damit ein minderwertiges Recyclat. Auf der Baustelle können lediglich Plastikfolien separat als PE- und PP-Mix gesammelt werden. Aus diesem Kunststoff-Gemisch an Folien lassen sich wiederum Schutzfolien herstellen. Weil jedoch der Aufwand für das Sammeln relativ groß ist, die Sammellogistik noch kaum funktioniert und keine finanziellen Anreize bestehen, werden PE und PP-Folien kaum recycliert.
Energetische Verwertung
Aufgrund des Aufbaus ausschließlich aus Kohlenstoff und Wasserstoff besitzen Produkte aus Polyethylen einen hohen Heizwert. Sie sollten daher in Verbrennungsanlagen mit hohem Energienutzungsgrad energetisch verwertet werden.
Setzt man eine Verbrennung in modernen Anlagen voraus, ist mit keiner signifikanten Luftbelastung zu rechnen. Wegen eventuell vorhandener Flammschutzmittel kann die Verbrennung der PE-Kunststoffe halogenhaltige Rückstände erzeugen.
Gemäß den Angaben in den Ökoprofilen von PlasticsEurope beträgt der Heizwert von Polyethylen pro Kilogramm Kunststoff rund 52 - 54 MJ / kg.
Beseitigung / Verhalten auf der Deponie
Produkte aus PE sind derzeit keine besonders überwachungsbedürftigen Abfälle. Gemäß TA-Siedlungsabfall 2005 müssen Abfälle aus PE energetisch verwertet werden.
EAK-Abfallschlüssel
| 17 02 03 | Kunststoffe (Bau- und Abbruchabfälle) |
Weitere mögliche EAK-Abfallschlüssel aufgrund der verschiedenen Anwendungsmöglichkeiten sind ggf. in den zugeordneten Bauproduktgruppen enthalten.
Quellen
I. Bousted: Eco-profiles of the European Plastics Industry, Low Density Polyethylen (LDPE), PlasticsEurope, Brussels, 2005
I. Bousted: Eco-profiles of the European Plastics Industry, High Density Polyethylen (HDPE), PlasticsEurope, Brussels, 2005