Aufgrund seiner Anpassungsfähigkeit, Erschwinglichkeit und Zähigkeit ist Polyethylen ein häufig verwendeter Kunststoff. Für einige technische Anwendungen ist es jedoch nicht geeignet, da ihm einige wesentliche Eigenschaften fehlen. Durch das Aufpfropfen von Co-Monomeren wie Maleinsäureanhydrid (MA) in die Polyethylenstruktur können die gewünschten Eigenschaften auf eine Weise erreicht werden. Ein Molekül wird während des Polymerisationsprozesses auf eine Polymerkette aufgepfropft, häufig um die Eigenschaften des Polymers zu verbessern.
Ein cyclisches ungesättigtes Dicarbonsäureanhydrid namens Maleinsäureanhydrid kann über radikalische Reaktionsprozesse mit den Polyethylenketten interagieren. Maleinsäureanhydrid interagiert mit den Polyethylenketten, wenn es in die Polymerschmelze eingebracht wird, und schafft neue chemische Verbindungen zwischen beiden. Esterbindungen, so die Bezeichnung für diese neuen chemischen Bindungen, dienen als Ankergruppen für weitere Funktionalisierungsprozesse wie Oxidation, Vernetzung und Copolymerisation. Durch einen radikalischen Mechanismus erzeugt das Pfropfverfahren Polymerradikale und fügt freie Maleinsäureanhydridmoleküle zu diesen freien Radikalen hinzu.
Zahlreiche Variablen wie Temperatur, Druck, die Art des verwendeten Initiators und die Konzentration des Maleinsäureanhydrids beeinflussen die Pfropfreaktion. So nimmt beispielsweise die Pfropfgeschwindigkeit mit steigender Temperatur zu, weil die Moleküle des Maleinsäureanhydrids und die Polyethylenketten bei höheren Temperaturen beweglicher sind, was effizientere Reaktionen begünstigt. Ebenso kann ein höherer Druck den Prozess beschleunigen, da mehr Zusammenstöße zwischen den Molekülen des Maleinsäureanhydrids und den Polyethylenketten stattfinden. Die Art und Konzentration des Initiators, der verschiedene Radikalspezies erzeugen oder die Reaktion mit unterschiedlicher Geschwindigkeit auslösen kann, kann sich auf das Ergebnis der Reaktion auswirken.
Die technischen und industriellen Anwendungen von HDPE können in mehrfacher Hinsicht vom Maleinsäureanhydrid-Pfropfverfahren profitieren. Durch die beim Pfropfen entstehenden Esterbindungen ist HDPE besser mit anderen polaren Materialien wie Metallen und Keramiken verträglich. HDPE wird zu einem bevorzugten Material für Verpackungen, Beschichtungen und Klebstoffe, da es besser haftet und sich mit anderen Materialien verbindet. Die Hydrophilie der HDPE-Oberfläche wird durch die Estergruppen noch verstärkt, so dass sie sich leichter bedrucken, ionisieren oder funktionalisieren lässt. Auch die thermischen, mechanischen und rheologischen Eigenschaften von HDPE können während des Pfropfprozesses verändert werden, was es zu einer guten Wahl für anspruchsvollere industrielle Anwendungen wie Folien, Rohre und elektrische Isolierungen macht.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Bildung von Esterbindungen zwischen dem Maleinsäureanhydridmolekül und den Polyethylenketten über einen radikalischen Reaktionsmechanismus die Grundlage für das Maleinsäureanhydrid-Pfropfverfahren auf HDPE bildet. Temperatur, Druck, die Art des verwendeten Initiators und die Konzentration des Maleinsäureanhydrids sind nur einige der Variablen, die das Tempo der Reaktion und die Ergebnisse beeinflussen können. Die Pfropfung mit Maleinsäureanhydrid bietet eine Reihe von Vorteilen, wie verbesserte Haftung, Hydrophilie, thermische, mechanische und rheologische Eigenschaften, die HDPE zu einem flexiblen und beliebten Material für industrielle und technische Anwendungen machen.
