PE(Poly Ethylene)수지

[김남영]

Polyethylene의 역사는 1933년 영국의 ICI사의 연구실에서 고압실험 때에 우연히 발견된 수지로 고압법에 의해 사실상 시작되었다고 할 수 있다. 그후 고압 중합에 따르는 공업화 기술의 확립에는 시간이 걸렸는데 1940년의 초두에 미국에서 본격적인 공업생산이 개시되어 석유화학공업의 花形으로 또한 범용 plastics의 대표적인 존재로서 각광을 받게 되었다. 저압 ethylene 중합법,ziegler법의 발표는 고압법에서 20년이 지난 1953년으로 Phillips사와 Standard Oil 사의 중압법이 발표되었다. 이 ziegler법의 발견에 뒤를 이어 Natta에 의해 입체 규칙성 polymer 의 발견과 발전이 시작되었다.

1. 종류와 제법
Polyethylene은 제조방법과 성능에서 고압법 polyethylene(저밀도 polyethylene또는 연질 polyethylene) 과 경저압법 polyethylene(고밀도polyethylene 또는 경질 polyethylene)으로 대별된다. 그러나 현대에는 제조기술의 현저한 혁신에 의해 중저압에 의한 저밀도 polyethylene의 제조도 가능하게 되고 고압법 polyethylene, 중저압법 polyethylene의 개념은 명확치 않게 되었다. 또한 polyethylene은 polypropylene 기타의 Olefine계 polymer와 함께 poly olefine으로 총괄하여 불리어 지고 있다.

1.1 고압법 Polyethylene
정제한 ethylene 가스에 소량의 산소 또는 과산화물을 가해 2000기압 정도로 가압하여 200°C정도로 가열하면 밀도가 0.915~0.925의 저밀도 polyethylene(LDPE)가 생성된다. 이 중합법은 소위 환상 중압법으로 ICI의 법으로도 불리우는 역사적으로도 가장 오랜ethylene의 중합법이다. 중합장치에는 중압열을 제거하는 연구가 필요하고 또한 고중합율이 되면 가교 polymer를 생성하기 쉬우므로 전환율은 20%정도로 억제할 필요가 있다. 중합법은 높을수록 고분자량의polymer가 얻어질 수 있다. 현재에는 ICI법에서 파생한 각종의 고압 중합법이 공업적으로 실시되고 있다.

1.2 중압법 polyethylene
고압법의 발견 이래, 보다 저압으로 ethylene을 중합하려는 연구가 많이 행해지었다. Phillips법은 촉매로 하여 SiO2-Al2O3 단체로 CrO3를 2~3% 부합 시킨 것을 이용하고 100~170°C 수십 기압, pentane등의 용매중에서 행하여지고 있
다. 얻어지는 polyethylene의 분자량은 10,000~140,000이다. 또한 촉매를 개량하여 현탁중합형의 슬러리 법도 개발되고 있다. Standard Oil法은 r-Al2O3로 단지한 MoO3를 촉매로 하여 용매로는 benzene을 이용하여 200~250°C, 15~150기압으로 중합을 행하고 polyethylene의 분자량은 넓은 범위를 조절 가능하다. 중압법 polyethylene 의 분자에는 고압법의 것에 비해 주쇄에 분지가 거의 없고 중압법으로 연화점이나 강성이 큰 고밀도(0.955~0.965)의 품종(HDPE)이 얻어진다.

1.3 저압법 polyethylene
ziegler가 개발한 획기적인 유기금속 촉매(Ticl4와 AlEt3가주성분)를 탄화수소 용매로 분산시켜 90°C이하에서 상압의 ethylene gas를 통과 시키면 슬러리상의 poly ethylene이 생성한다. 중합은 anion기구로 진행하고 活性点은 Ti이다. 생성한 poly ethylene의 분자량은 300,000에 달하고 분자가 적은 직쇄상의 것(Linear PE)이 얻어진다. 최근에는 고활성인 ziegler촉매도 개발되어 Ti-1mm mol당 30~40kg의 polyethylene이 얻어지고 촉매의 제거도 필요 없게 된다. 저압법에서 얻어지는 polyethylene 은 중압법에 의한 것과 성상이 유사한 것으로 종합하여 중저압법 polyethylene 이라 부르는 경우가 많다.

1.4 기상법 polyethylene
미국의 Union carbide사가 기상법으로 불리우는 새로운 polyethylene의 제조법을 개발했다. 이것은 gas로 촉매로 분사, 부유 시켜 drum상의 반응조에서 ethylene을 중합하여 중저압으로 저밀도 polyethylene을 합성하는 방법으로 이제까지 수천 기압을 요한 중합을 겨우 수십 기압에서 행하여 같은 성상의 polymer를 얻는 획기적인 방법이다. 이 기상법은 용매를 사용하지 않고 기상 유도상으로 중합시키는 가장 간소화시킨 process로 종래의 고압법에 비해 설비비는 1/2, energy소비량은 1/4에 지나지 않는다. 얻어진 polyethylene 은 직쇄상 저밀도 polyethylene(Linear LDPE;L-LDPE)부르고 종래의 고압법에 의한 저밀도 polyethylene(고압법 LDPE)와 같이 밀도 level을 갖으면서 많은 특징 있는 우수한 물성을 나타내고 주목을 받고 있다.

1.5 기타
Ethylene에 propylene, butene, 초산 Vinyl, acrly산 ester등을 공중합시켜 변성한 polyethylene도 각종의 방법으로 공업적으로 제도화되고 있다. 이들의 공중합 polyethylene은 일반으로 중밀도 polyethylene에 속하는데 공중합성분의 많은 때는 ethylene 단독 polymer와 실용 성능이 꽤 다르게 된다.

2. 성질
polyethylene 은 포화 지방산 탄화수소계 polymer로 화학적으로는 고분자량의 paraffine이라고 간주된다. 그러므로 각종의 성질이 paraffine과 유사하다.
예를 들면 점화하면 용융하면서 잘 타고 paraffine이 녹을 때와 같은 악취가 나고 수중에 던져버리면 떠오르는데, 이들의 성질은 polyethylene제품의 감별에 이용할 수가 있다.

2.1 밀도와 일반적 성질
중합법이 다르면 얻어지는 polyethylene의 성상이 변화하는 것은 이미 서술했는데 이 원인은 제각기의 중합법에 의해 얻어지는 polyethylene의 분자구조가 다르기 때문이다. polyethylene은 이론적으로 methylene쇄의 연속체로 보이지만 (그림 1) 이동구조로서 분지, 이중결합, 카보닐기 등이 있고 이중 양적으로 많은 분지의 영향이 가장 크다. 이를 테면 polyethylene을 분자구조의 차이에서 구별하는 경우 중저압법 polyethylene을 적쇄상 polyethylene, 고압법 polyethylene을 분지polyethylene으로 부르는 것이 있는데 이들은 중저압법 고밀도 polyethylene에는 분지가 거의 없고 ethylene 단위가 직쇄상으로 연결된 분지 구조를 하고 있는 것에 대해 고압법 저밀도 polyethylene에는 주쇄중에 늘어진 분지가 존재하기 때문이다. 그래서 이 분지는 polyethylene의 결정화를 막는 요인으로 밀도가 커다란 영향을 끼친다. polyethylene의 밀도는 결정영역에서 약 1.0, 또한 비결정 영역에서는 약 0.8로서 결정화도가 크면 전체의 밀도가 크게 된다. polyethylene의 밀도 범위는 고압법 polyethylene에서 주로 0.915~0.925, 중저압법 polyethylene에서 0.955~0.965이다. 밀도가 변화하면
polyethylene의 기본적인 성질이 변화하므로 polyethylene의 선택시에 주요한 지표로 된다.

[그림1: Poly ethylene의 분자구조]

중저압법(homopolymer) ㅡ CH2 ㅡ CH2 ㅡCH2 ㅡ CH2 ㅡ 직쇄상
중저압법(copolymer) ㅡ CH2 ㅡ CH2 ㅡCH2 ㅡ CH2 ㅡ 단쇄분지
|
Rs

고압법(homopolymer)ㅡCH2ㅡCH2 ㅡCH2ㅡCH2ㅡ단쇄분지와 장쇄분지
| | |
Rs R1 R1

※ Rs: 단쇄 분지(ㅡ CH3, ㅡ C2H5, ㅡ C3H7)
R1: 장쇄분지 ( -(CH2)n- CH3)

2.2 분자량과 일반적 성질
상술과 같이 polyethylene의 성질은 밀도에 의해 크게 변화하는데 같은 밀도의 것에서도 분자량이 틀리면 기계적 성질이나 가공성이 다르다. polyethylene에서는 분자량의 대조를 간접적으로 나타내는 척도로 하여 일반으로 melt index(MI)라는 숫자가 사용된다. Melt index는 일정의 nozzle을 사용하여 표준의 온도와 압력하에서 10분간에 흐르는 polyethylene의 gram수로 표시되는 유동성의 척도이다. 따라서 melt index가 높은 것은 용융점도가 적고 흐름이 좋게 된다. 또한 일반으로 이 숫자가 적을수록 재료의 분자량이 큰 것을 나타내고 있고 성형품의 기계적 강도는 크게 되는데 가공성은 나쁘게 된다. 또한 polyethylene 의 특성은 분자구조(밀도), 분자량과 분자량 분포의 영향을 받는 것도 잊어서는 안된다.

2.3 전기적 성질
polyethylene은 전형적인 무극성 polymer로 각종의 전기적 성질 특히 고주파 영역에서의 제 특성이 우수하고, 레이더나 TV, 각종 통신기기의 절연 재료로서 불가결한 것이다.

2.4 화학적 성질
polyethylene은 화학적으로 꽤 안정된 plastics으로 많은 약품에 잘 견디는데 halogen이나 강산화성 물질에는 침투된다. 방향족 탄화수소와 염소화 탄화수소계의 용제에는 70°C이상에서는 용해하는데 상온에서는 polyethylene을 완전히 용해시키는 용제는 없다. polyethylene은 무극성의 polyethylene이므로 접착제로 접합할 수 없고 표면에 견고한 인쇄를 행하는 것은 곤란한 것이다. 그러나 표면을 크롬유산과 같은 산화제로 처리하여 火炎(화염)을 극히 단 시간 접착시키어 방전의 플라스마에 폭로하여 강력한 energy의 전자선을 조사시켜 표면의 분자구조를 변화 시키면 접착제나 인쇄 ink에 대하는 친화성을 향상할 수 있
다. polyethylene은 일반으로 열 안정성은 좋고 산소에 접촉하지 않을 때는 290°C까지 안정하고 용해할 뿐인데 300°C를 넘으면 분해를 개시한다. 산소에 접촉하면 50°C에서도 산화 반응이 진행한다. 산화가 현저하게 되면 다음에 무르게 되어 전기적 성능도 저하한다. 또한 자외선에 대하는 저항성도 비교적 적으므로 옥외에서 사용하는 경우에는 항산화제나 자외선 흡수제를 배합할 필요가 없다.

2.5 Stress cracking
polyethylene의 내화학 약품성은 일반적으로 양호한데 제품이 응력을 받은 상태에서 각종의 액체에 접촉하면 균열을 일으키는 것이 있다. 이 현상을 환경 응력 균열(stress cracking)이라 부르고 특히 분자량이 적은 (melt index가 크다)것에 이 경향이 현저하다. polyethylene에 stress-cracking성을 일으키기 쉬운 것에는 각종 계면 활성제, 광물유, 동 식물유, ester형 가소제, 강 알카리, alchol등이 있고 polyethylene제품이 이들과 접촉하는 용도에서는 트러블의 원인으로 되는 것이 많다. 그러나 공중합형의 중밀도 polyethylene에는 stress-cracking 에 잘 견디는 것이 있고 용도에 따라서 적당한 품종을 선택할 수 있다.

2.6 통 기 성
polyethylene film은 거의 수분을 통과시키지 않는데 탄산가스, 유기용제, 향료 등의 투과도는 꽤 크므로 식료품 기타의 포장 재료로서 사용할 때는 주의를 요한다. 고밀도 polyethylene은 저밀도에 비해 투습도나 gas 투과도는 꽤 작다.(표1) 염화 Vinylidene acrylonitrile 공중합체를 도표하여 셀로판이나 금속박과 적충하는 것에 의해 유기용제나 향료의 투과성을 꽤 적게 할 수 있다. 또한 최근 발전한 다층 압출성형 기술에 의해 통기성이 적은 다른 plastics과 polyethylene을 조합시킨 복합 film으로 하는 것도 실용화 되고 있다.

표 1. 각종 포장용 film의 수증기, gas 투과율

Film종류 H2O N2 O2 CO2
저밀도 polyethylene 8.0 1.9 5.5 25.2
고밀도 polyethylene 1.3 0.27 1.06 3.52
염화 vinyl 수지(PVC) 15.6 0.040 0.12 1.0
PET. 13 0.005 0.022 0.153
Nylon6 70 0.008 0.038 0.16
염화 vinylidene 공중합체 0.14 0.00094 0.0053 0.029
천연 고무 240 8.08 23.3 131.0
Ethyl 섬유소 13,000 8.4 26.5 200.0

3. 특수, 개질 Polyethylene
polyethylene은 물성, 성형 가공성이 우수한 것에서 광범위한 분야에 사용되고 있는데 사용이 쉬운 것, 높은 성능을 갖는 것, 새로운 용도에 대응할 수 있는 특수한 성능을 갖는 것 등의 요망이 있다. 이들의 요망에 대응하는 방법으로는 제조 기술의 개량, 공중합에 의한 개량, graft化, 가교와 같은 화학적 개량, 異種polymer충진재 등의 blend에 의한 개량 등이 열거 되고 있다. 여기에서는 공업적으로 중요한 것을 우선으로하여 소개하는 것으로 한다. 또한 초산 vinyl의 공중합에 의한 개질 polymer는 EVA수지로도 불리우고 생산량도 많다.

3.1 저분자량 polyethylene
저분자량 polyethylene은 평균 분자량1,000~12,000의 범위의 polymer로 밀도와 분자량에 따라서 상온에서 grease상의 것에서 융점이 100°C를 넘는 것까지 각종의 type의 것이 시판되고 있다. 공업적으로는 ethylene을 소망의 분자량으로 하도록 조절시킨 조건하에서 중합 시키는 방법, 또는 고분자량 polyethylene을 열분해하여 분자량을 저하시키는 방법에 의해 만들어지고 있다. 또한 수증에 유화분산할 수 있도록 부분적으로 산화된 저분자량 polyethylene도 제조 되고 있다. 비유화형의 것은 융용상태로 장시간 유지해도 안정하고 변색되지 않지만 강도가 적으므로 그대로는 plastics으로 사용할 수 없다. 이것의 주된 용도는 파라핀에 혼합하여 연화점이나 강도를 높이기 위한 개질제, 도료나 ink의 변성제, 고무의 배합제등 외에 고분자량의 융용점도가 높은 polyethylene에 5~10% 첨가하여 성형성을 개량하고 20~50% 첨가하여 스라쉬 성형에 이용하는 용도도 있다. 또한 저분자량 polyethylene을 융용상태에서 직접 종이에 도포하여 방습지를 제조하고 또는 芯地(심지)용의 직물이나 부직포에 도포하여 영구糊濟로하여 이용하는 것도 근년 사용되고 있다. 콘덴서나 트란스의 절연과 방습용의 함침재료로 사용되는 것도 있다. 또한 Xylene등의 용제에 용해한 것은 유화형(산화형)의 것은 emulsion으로 하여 자동차나 가구의 광택제, 구두약, 마루 Wax등에 주로 이용되고 있다.

3.2 초고분자량 polyethylene
Ethylene을 치글러(Ziegler)법으로 중합시키면 중량평균분자량 100만~400만의 초고분자량 polyethylene이 용이하게 얻어지는데 이것은 연화해도 거의 유동성을 나타내지 않으므로 보통의 방법으로는 성형이 안되므로 우수한 성능을 갖고 있음에도 불구하고 지금까지 공업적으로 사용되지 않았다. 그러나 성형가공성의 진보에 따라서 특이한 성능을 갖는 공업재료로 각광을 받기에 이르렀다. 초고분자량 polyethylene의 특히 우수한 점은 내충격성이 현저히 우수한 것(보통의 충격 시험에서는 전연 파괴하지 않음. 210°C에서도 60kg-cm/cm² 의 충격강도를 갖음), 내마모성이 극히 우수한 것, 고온(100°C)에서 장시간 하중을 걸어도 Creep하지 않는 것이다. 현재 이 초고분자량 polyethylene은 특수한 조작에 의한 압축성형과 사출성형의 개량법으로 간주되는 flow molding등에 의해 성형되고 복잡한 형상의 제품은 소재로부터 기계가공에 의하고 있다.
현재의 주요 용도는 반복되는 큰 충격을 받는 직기의 룸비카나 제본기나 釘打機의 에어햄머 등이 있는데 gear, 캄, 와샤, 스라리 펌프의 로터 등, 내마모성이 자기윤활성이 요구되는 분야에 이용되고 있고 최근은 성형기의 진보에 의해 대형의 흡입성형품도 얻어질 수 있고 자동차용 가소린 탱크, 기타의 약품용기로서의 수요가 기대되고 있다.

3.3 lonomer
1964년에 Dupont사에서 개발된 이 수지는 고압중합에서 얻어진 에틸렌-아크릴산 또는 methacryl산의 copolymer에 금속 ion으로 분자쇄간을 가교한 것으로 분자간의 가교에 관여하는 음 ion성분은 공중합에 의해 polyethylene분자중에 도입된 carboxyl기로, 양 ion성분은 Na, K, Mg, Zn등의 금속이다. polymer분자중에 분포하고 있는 음 ion이 분자간에 잇는 양ion과 결합하고 있는 것으로 상온에서는 가류고무와 같은 거동을 나타내는데 가열하면 ion 간의 정전적 인력은 극도로 약해지고 통상의 열가소성 plastics과 같이 성형가공 할 수 있다. 이와 같은 유기와 무기의 성분이 공유결합과 ion결합에 의해 결합되어 있는 polymer를 ionomer라 부르고 있다. Ionomer의 성질은 polymer분자의 조성과 구조와 가교제로인 금속성분의 종류등에 의해 크게 변화 하는데 일반으로 인장강도는 LDPE보다 약간 우수하고 강성은 MDPE와 같은 정도인데 탄력성이 크고 강인하여 내 충격성이 대단히 크다. 또한 유기용제나 광물유에 잘 견디고 stress cracking의 문제도 거의 없고 접착제의 사용이나 인쇄 등도 PE보다는 꽤 용이하다. 내 Corona성도 PE보다 극히 우수하고 heat seal성은 같은 정도이다. 현재 기대되고 있는 최대의 용도는 포장재료로 film이 침과 같은 예리한 첨단과 접촉하여도 부서지지 않는 것으로 특히 기계부품의 skin packaging에 최적이다. 또한 완전히 투명으로 강인하여서 의약품, 식료품, 기타용기로도 유망하다.

3.4 변성 polyethylene(graft copolymer)
변성PE라 불리우는 PE graft copolymer는 PE를 base로 하여 그 주쇄에 acryl산이나 무수 말레인산 등의 극성을 갖는 monomer를 촉매로 하여 화학적으로 결합시킨 copolymer이다. 이 graft copolymer는 금속이나 다른 plastics과의 접착성이 우수하고 공압출 film이나 다층 blow등, 주로하여 PE와 다른 plastics과의 접착층으로 하여 사용 범위가 넓어지리라 기대되고 있다.

3.5 직쇄상 저밀도 polyethylene(L-LDPE)
근년 저압법에 의한 직쇄상 PE(Linear Low Density Polyethylene)가 등장하여 종래의 고압법에 의한 LDPE와 같은 밀도 level을 찾으면서 그 특징 있는 물성과 경제적인 제조 process에 의해 주목을 받고 있다. 고압법 LDPE는 고압하에서의 radical중합에 따르는 장쇄분기에 의해 밀도가 저하하는데 대해 L-LDPE는 ethylene과 α-olefine을 공중합하는 것에 의해 직쇄상 PE에 단쇄분기를 도입하여 저밀도화를 꾀한 것이다. L-LDPE의 제조 process는 기상법과 액상법으로 크게 분류된다. 액상법은 또한 PE의 융점이하로 중합하는 슬라리법과 융점이상에서 중합하는 용액법으로 분류된다. L-LDPE의 성질은 그 분자구조에서 옛날의 HDPE와 유사하다. 표2에 고압법 LDPE나 L-LDPE의 기초물성의 비교를 정리해 놓았다. L-LDPE의 용도로는 그 장점인 핫-태그성, 내충격성과 내열성이 좋은 것 등에서 포장용 film, 식품용기, 의약품용기, 전선피복, pipe등 많은 분야로의 수요가 기대되고 있다.

표2. LDPE와 L-LDPE의 기초물성의 비교
=======================================================
항 목 고압법 LDPE에 대하는 L-LDPE의 물성
--------------------------------------------------------
인장강도 높 다
신 율 크 다
분자량분포 Control가능하지만 일반으로 좁다
내 연 성 우수하다.
강 성 높 다
용융점도 분자량분포가 좁으므로 높다.
충격강도 크 다
내stress-cracking성 대단히 우수하다.
투 명 성 조건에 따라서는 양호
==========================================================

3.6 염소화 polyethylene
PE를 염소화 하면 Poly 염화 vinyl에 유사한 polymer 가 얻어지는데 원료PE의 종류,염소화의 조건, 염소 함유량 등에 의해 고무상 탄성체에서 비교적 단단한 polymer까지 각종의 성상의 것이 얻어지고 일반으로 염소 함량이 많을수록 연화점은 상승한다. 이들 중에서 염소함량 30~40%정도의 것이 질염화 vinyl수지제품의 내충격성을 개량하기위한 blend제로서 상용되고 있고 butadiene을 함유하는 충격성 개질제 보다 내후성이 우수하다. 이외 연질염화 Vinyl수지에 첨가하여 가소제의 이행성 등의 문제를 해소하고 또한 poly olefine의 난연화를 꾀하기 위해서도 blend시키는 것도 있다. 또한, 고무상 염소화 PE에는 diamine, 유기과산화물 등으로 가교하면 내유성, 내후성, 내 오존성, 반발탄성 등이 우수한 가류고무가 얻어진다.

3.7 가교 polyethylene
선상 polymer의 내열성은 분자간을 가교하여 망상거대분자로 하는 것에 의해 개선할 수 있다. PE를 가교하는 방법으로서 현대공업적으로 2종의 방법이 실시되고 있다. 그 하나는 전자선, β선, r선 등의 고 energy, 방사선을 film, 피복전선, 성형품등에 조사하는 방법인데 이 처리에 의해 PE의 성상은 현저히 변화한다. 이를테면 인장강도는 대폭으로 증대하여 사실상 stress-cracking의 염려는 없어지고 내후성도 현저히 향상한다. 또한 250°C에서 연화하지 않는 제품도 얻어진다. 공업적에는 완디그라프, 다이나미트론, 리니악 등의 전자 가속장치가 이를 위해 사용되고 있는데 설비비가 많이 드는 난점이 있다. 방사선 처리를 한 PE제품의 주요한 용도는 내열성 절연재료, 로켓이나 미사일의 부품 등이다 최근 발포제를 머금은 film에 방사선을 조사하여 발포 배율이 큰 PE foam을 만드는 방법도 개발되고 있다.

방사선처리보다도 가격이 싼 PE를 가교하는 방법도 행해지고 있다. 이들은 PE의 용융온도부근에서 분해하는 유기과산화 물을 배합하여 소망의 현상으로 성형한 후 단시간에 열처리에 의해 polymer분자를 가교하는 방법이다. 가교에 요하는 시간은 과산화물의 종류와 배합량에 따라 다른데 180°C에서 10분내지 200°C에서 1분 정도로 고무의 가류와 거의 같은 모양의 조작으로 가교시키는 것이 가능하다. 특히 흥미 깊은 것은 카본블랙을 배합하면 현저히 성능이 향상하는 것으로 이것은 과산화물에 의해 카본블랙의 입자가 활성화되고 PE분자와 결합하기때문이라고 생각되어 있고 300%의 카본블랙을 배합하여 가교반응을 완결시키면 단시간이면 540°C로 가열하여도 용융하지도 않고 무르게 되지도 않는 제품도 얻어진다고 말해지고 있다.

화학조작에 의해 얻는 가교 PE도 방사선의 경우와 같고 내연성, 기계적강도, 내후성이 크게 향상하고 저온에서의 유영성은 그만큼 없어지지 않는다. 가격도 통상의 PE보다 약간 높게 되는 정도이므로 고전압용, 고주파용의 내열성절연재료, 화학장치의 내식부품, 용기 등의 용도가 있다.

3.8 발포 polyethylene
PE의 발포제품은 이전부터 있었지만 종래의 제품은 발포 배율도 2~3배 정도,용도도 cable의 절연재료등에 국한되어 있었다. 그러나 전기의 방법으로 부분적으로 PE를 가교하면 발포 배율이 대단히 큰 foam이 얻어지게 되고 그 용도도 단열제, 부력제, 흡음제, 충격완화재등 광범위한 용도로 뻗치고 있다. 포PE는 저온가요성, 반발탄성, 저흡수성이 우수한 것이 특징으로 포장용 완충재, 카펫트, 스포츠용 매트리스 등에 넓게 진출하고 있다. 또한 저발포 성형품은 목재의 대용으로 파렛트, 수송 box등에 대량의 수요를 개척하고 있다.

4. 성형가공법
PE는 성형가공성이 우수하고 압축성형, 사출성형, 압출성형, 흡입성형, 진공성형 등 많은 성형법을 적용할 수 있다. 압축성형은 극단에 유동성이 나쁜 초고분자량 PE의 성형이외에는 거의 이용되지 않는데 사출성형에서는 꽤 복잡한 형상의 제품도 용이하게 얻어진다. 그러나 PEL(특히 고밀도의 것)의 성형수축율은 다른 재료보다 크므로 금형의 설계나 성형조건의 선택등에 특별한 고려가 필요하다. PE는 압출기를 이용하여 각종의 제품에 이용되고 있다. 예를 들면 전선피복, pipe, sheet, film, 단섬유, yarn등이다.

Film은 T-타이 법과 inflation법에 의해 만들어지는데 前者는 투명도가 좋고 폭이 넓은 film을 능률 좋게 생산하는데 적당하고 후자에서는 製袋(제대)에 적당한tube상 film이 얻어지는데 투명도가 떨어진다는 결점이 있다. 그러나 inflation성형에 있어서 성형조건을 적당히 선택하면 열 수축성 film을 싸게 얻을 수 있으므로 파렛트 포장용으로서의 수요가 많다. 또한 ilm을 일축연신하여 쪼개어 만든 flat yarn, 또는 flat yarn에 또한 많은 裂目을 부여하여 유연성을 크게한 split yarn은 포장용으로 대량으로 이용되고 있다. 또한 셀로판, 종이, 알루미늄박 등과의 라미네이트, PP, EVA등과의 복합 film등도 압출성형에 의해 만들어지는 중요한 제품이다.
흡입성형을 행하는데는 PE는 특히 적당한 성상을 갖고 있으므로 각종 밀도의 PE가 이 방법으로 병 등에 가공되고 능률이 좋은 자동흡입성형기기가 개발되고 있다. 최근 엔젤법, 하이슬라드, 회전성형법등의 분말PE를 이용하는 성형법이 행하여지고 있다. 어느것도 사출성형 기타의 성형법에는 얻어질 수 없는 대형 혹은 특이한 형상의 제품을 경제적으로 성형할 수 있는 특징이 있고 또한 이들의 분말 성형법은 값이 싼 금형을 이용하여 잔류 왜곡이 적은 Stress-cracking에 잘 견디는 제품이 얻어지는 것, 성형품의 두께를 자유롭게 조절할 수 있는 등의 이점을 갖고 있다. 현재 이들의 방법에서 성형되고 있는 것에는 대형용기, 드럼 라이너, 운반상자, pot, 후로트, 완구 등이다.

PE분말을 이용하여 금속제품에 방식라이닝을 행하는 것은 이전부터 행하여 졌는데 이 분말 도장법에는 dispersion법, 용사법, 유동침적법등이 있고 최근은 정전기를 이용한 방법도 개발되고 있다. PE에는 유효한 접착제가 없으므로 접합하는 경우에는 용접법에 의하지 않으면 안 된다. 두꺼운 sheet의 경우에는 핫-쉘도를 이용하는데 얇은 film의 때에는 전열로 가열한 금속편으로 압착하는 heat sealer가 이용되고 있다. 고주파에 의한 용접은PE에는 이용될 수가 없다. Pipe등은 직접화염 또는 저열로 가열 연화 시켜 용착하든지 특별히 만들어진 금속제의 죠인트를 이용하여 접속한다.

5. 용도
PE는 상당히 저온에서도 유연성을 잃지 않고 충격에 강하고 파괴되지 않고 각종의 화학 약품에도 잘 견디고 여러 가지 성형법으로 복잡한 형상의 제품으로 만들 수 있으므로 용도는 대단히 광범위하다. 이를테면 사출 성형품에서는 각종용기, 식기, 완구, 일용잡화 등 모든 제품에 저밀도에서 고밀도의 PE까지 이용되고 있는데 열탕소독에도 견디는 고밀도 제품은 식기 등의 호적이다. 완구, 물통, 쓰레받기, 오토바이 후런트카바와 펜다 등의 대형 성형품에도 고밀도 제품이 진출하고 있다. 최근은 맥주와 주스와 같은 병의 운반용기로서 HDPE제품이 다량으로 사용되고 있다. PE제품에서 다른 plastics의 추적을 불허하는 것은 흡입 성형품으로 식료품이나 화장품, 화학약품 등의 보존이나 수송에 깨지지않는 병으로 많이 이용되고 있다. 병 재료로서는 LDPE가 많이 이용되고 있는데 HDPE는 강성이 크고 두께를 얇게해도 강도를 유지할 수 있으므로, 가정용의 등유통 등으로 대표되는 소형드럼통이나 석유통의 대체품이 각 분야에서 이용되고 있다.

또한 흡입 성형품으로 최근 급속히 늘고 있는 것에 내장 통이 있다. 이것은 금속통이나 종이 용기 중에 집어 넣어 액체 수송용에 사용하는 얇은 두께의 용기로 저밀도 원료가 많이 사용되고 있다. LDPE pipe는 유연하고 질은 상태 그대로 말아서 운반할 수 있으므로 배관작 없이 간단히 할 수 있는 이점이 있다. 산이나 알카리에 강하고 위생적으로 무독한 것으로 광공업, 釀造(양조)공업등에 이용되고 있는 외에 농업에서도 약제살포, 관계용수 관에도 이용되고 간이 수도배수관의 수도 많다.

다만 열에 약하고 꼭 알맞은 배관이 안되는 것이 결점인데 이점은 HDPE의 사용에 의해 보충할 수가 있다. 중밀도 PE의pipe는 저밀도 제품과 같이 긴 이로 감아 말을 수 있고 한편 내열성이나 강도가 크므로 두께를 얇게 할 수 있는 등의 이점이 있어 pipe재료로서 최근 잘 이용되고 있다. PE는 넓은 주파수 영역에서의 전기특성이 우수하므로 내수성이 우수하므로 각종의 방면에 절연재료로서 사용되고 있다. 우리 생활에 관계 있는 분야에서는 TV의 feeder선, 전화선의 피복제 등이다. PE는 film으로 가공하기 쉽고 투습성이 적은 것과 간단히 heat seal에 의해 밀봉할 수 있으므로 종이 등의 라미네이트와 함께 식료품, 의약품, 비료, 잡화, 기계공구 등의 포장재료로서 수요가 많다.

농업용으로의 진출도 현저하여 야채나 과실, 화류 등의 온상, 온실, 턴넬재배등에 넓게 이용되고 있다. 그밖에 토목건축의 분야서도 PE가 진출하고 있다. 이를 테면 가옥의 빌딩 등의 기초에 밑 바닥에 film을 깔아 마루 아래로부터의 습기 침입을 막기도 하고 광산이나 턴넬공사 등의 때 콘크리트 방호벽의 외부에 film을 놓고 누수를 막기도 하는 예도 볼 수 있다. 압출기에 의해 만들어지는 monofilament(단섬유)는 HDPE제품의 강도가 nylon을 상회하고 비중도 작고 물에 젖어도 강도가 변하지 않는 등의 특징을 살려 어망, rope등 외에 샤워 카텐, 방충망등에 이용되고 있다. 압출성형에서 한번에 네트상의 제품으로 한 것이 있는데 가느다란 실의 제품은 액체나 과실등의 포장자재에 두꺼운 실의 제품은 坦根(탄근), 정원의 칸막이, 쓰레기통 등에 이용되고 있다. 또한HDPE film을 연신하여 가늘게 가른 것은 荷造用(하조용)의 끈으로서 그 수요가 급증하고 있는데 이것을 짜서 종래의 麻袋(마대)의 대신으로 곡물의 수송에 이용되기도 하고 카펫트나 수예재료등에도 이용되고 있다. 또한 최근 무공해 포장재료로서 개발되고 있는 것에, 탄산칼슘이나 유산칼슘과 같은 값비싼 무기질의 충진재를 다량으로 배합한 sheet가 있다. 이것은 열성형성에 의해서 꽤 복잡한 형상으로 가공할 수 있고 연소 시켜도 발열량이 적고 용융물이 흐름이 없고 흑연이나
유독 gas를 발생하지 않는 특성이 있어 폐기물처리의 용이함의 점에서 주목되고 있는 것으로 통조림 등의 포장재로서 많은 수요가 있는 것으로 기대되고 있다.