Polietilene (PE): HDPE e LDPE a confronto

Il polietilene è il materiale plastico più usato al mondo, da solo circa un terzo di tutta la plastica prodotta, eppure la sua chimica è elementare: una catena di soli atomi di carbonio con idrogeni attaccati. La differenza fra un sacchetto morbido e un tubo rigido non sta nel monomero, ma in un dettaglio strutturale — la ramificazione della catena — che governa densità, cristallinità e proprietà.

Vediamo che cos’è il polietilene, perché esistono le varianti HDPE e LDPE, come la ramificazione cambia tutto e dove ciascuna forma trova impiego.

Che cos’è il polietilene

Il polietilene (PE) è un polimero termoplastico: può essere fuso e risolidificato ripetutamente, il che lo rende facile da lavorare e da riciclare. È la più semplice macromolecola a base di carbonio, ottenuta unendo molte unità ripetitive (i «meri») del monomero etilene. La massa molecolare della singola macromolecola dipende da quanti meri formano la catena, in genere da circa mille a diecimila unità.

La ramificazione cambia tutto

Durante la polimerizzazione le catene variano in lunghezza e soprattutto nel grado di ramificazione, cioè quanti rami laterali si dipartono dalla catena principale. Più ramificazione significa molecole che si impacchettano peggio: cala la densità, ma anche il punto di fusione, la resistenza, la tenacità, l’impermeabilità e la resistenza ai solventi. Al contrario, catene poco ramificate e regolari riescono ad allinearsi e a formare regioni cristalline ordinate, più dense e più resistenti.

Le regioni cristalline diffondono la luce ai bordi fra i cristalli: per questo un polietilene molto cristallino è più resistente ma anche più opaco e tendenzialmente più fragile. Stirare o laminare il materiale aumenta l’allineamento delle catene e quindi la cristallinità.

HDPE e LDPE: due famiglie

La quasi totalità del polietilene impiegato appartiene a due tipi: il polietilene a bassa densità (LDPE) e quello ad alta densità (HDPE). La differenza di densità è in realtà modesta — LDPE intorno a 910–940 kg/m³, HDPE a 930–970 kg/m³, entrambi meno densi dell’acqua — ma nasce da una causa precisa: l’LDPE ha una ramificazione di circa il 2% degli atomi di carbonio, l’HDPE è molto più lineare. Da qui differenze nette nella cristallinità (45–55% per l’LDPE contro 70–80% per l’HDPE) e nelle prestazioni.

più ramificazione → meno cristallinità → minore densità, resistenza, impermeabilità

Le altre varianti

Oltre a HDPE e LDPE esistono forme intermedie utili. Il polietilene lineare a bassa densità (LLDPE) ha catene corte ma per lo più lineari: si lavora bene in film sottili ed economici, come pellicole e sacchetti. L’ultra-alto peso molecolare (UHMWPE) ha catene lunghissime che gli conferiscono un’eccezionale resistenza all’abrasione e all’urto, sfruttata in componenti tecnici e protesi. Tutte restano comunque meno rigide e resistenti di plastiche come PP, PVC, PET o nylon.

Dove si usa

L’enorme cristallinità e linearità dell’HDPE lo rendono adatto ad applicazioni più impegnative: flaconi e contenitori cavi (tra cui i flaconi per il latte), tubi e tubazioni, casse, serbatoi, oltre agli usi che sfruttano l’eccellente potere isolante elettrico. L’LDPE, più morbido e trasparente, domina invece il mondo dei film: sacchetti, pellicole, imballaggi flessibili e attrezzatura di laboratorio stampata. La scelta fra i due, in pratica, è una scelta fra rigidità e tenuta (HDPE) o flessibilità e trasparenza (LDPE).

Perché conta nella pratica

Per chi sceglie un materiale, capire il PE significa capire che a parità di chimica due plastiche possono comportarsi in modo opposto. Specificare «polietilene» non basta: occorre sapere se serve la rigidità e la barriera dell’HDPE o la flessibilità e la saldabilità dell’LDPE, e tenere conto della cristallinità che ne deriva. Nel controllo qualità, distinguere le due forme — anche solo per densità o per il codice di identificazione della resina (2 per l’HDPE, 4 per l’LDPE) — è un’operazione di routine che evita errori di destinazione d’uso e di riciclo.

Domande frequenti

Qual è la differenza tra HDPE e LDPE?

È il grado di ramificazione delle catene. L’LDPE ha molti rami laterali (circa il 2% degli atomi di carbonio) e quindi cristallizza poco (45–55%), risultando morbido e flessibile; l’HDPE è quasi lineare, cristallizza molto (70–80%) ed è più denso, rigido e resistente. A parità di monomero, è la struttura della catena a determinare proprietà molto diverse.

Perché un polietilene più cristallino è più opaco?

Perché ai confini fra le regioni cristalline e quelle amorfe la luce viene diffusa. Un polietilene molto cristallino come l’HDPE contiene molti di questi bordi, che disperdono la luce e rendono il materiale opaco. L’LDPE, meno cristallino, è più trasparente. La maggiore cristallinità porta densità e resistenza più alte, ma anche opacità e maggiore fragilità.

Perché il polietilene resta tenace anche al freddo?

Perché la sua temperatura di transizione vetrosa è bassissima, intorno a −100 °C. Solo sotto quella soglia, raggiungibile in pratica solo a temperature criogeniche, il PE diventa rigido e fragile. A temperatura ambiente e in frigorifero rimane ampiamente al di sopra, quindi conserva duttilità e tenacità, con allungamenti a rottura anche di diverse centinaia per cento.

A cosa serve l’HDPE rispetto all’LDPE?

L’HDPE, più rigido e resistente, si usa per flaconi e contenitori cavi (compresi quelli per il latte), tubi, casse, serbatoi e componenti strutturali. L’LDPE, più morbido e trasparente, è la plastica dei film: sacchetti, pellicole e imballaggi flessibili. La scelta dipende dal bisogno: rigidità e barriera con l’HDPE, flessibilità e trasparenza con l’LDPE.

Il polietilene è riciclabile?

Sì, è un termoplastico, quindi può essere fuso e rilavorato ripetutamente. HDPE e LDPE hanno codici di identificazione della resina distinti (2 e 4) proprio per facilitarne la separazione. La separazione dei polimeri resta però una sfida, perché molte plastiche sono fatte quasi solo di carbonio e idrogeno; tecniche basate sulla densità aiutano a distinguerle in fase di riciclo.