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Hintergründe und Fakten

Basisinformationen zu Kunststoffen

Definition: Kunststoffe sind künstlich hergestellte Werkstoffe, die sich chemisch aus sogenannten Polymeren zusammensetzen. Kunststoffe entstehen in Polyreaktionen. Das sind Reaktionen, bei denen einzelne Moleküle (Monomere) zu Polymeren reagieren. Polymere sind also durch eine chemische Bindung zu einer langen Kette verbunden Monomere. Kunststoffe sind wegen ihrer Eigenschaften (nichtrostend, wasserfest, extrem haltbar, flexibel, isolierend usw.) besonders vielseitig verwendbar. Jeder Kunststoff ist bei einer bestimmten Temperatur formbar, das heißt plastisch – daher der allgemein gebräuchliche Begriff Plastik.

Rohstoffe: Rohmaterialen für die Kunststoff-Erzeugung sind Naturstoffe wie Zellulose, Kohle, Erdöl und Erdgas. Alle sind Verbindungen von Kohlenstoff und Wasserstoff. Auch Sauerstoff, Stickstoff und Schwefel können beteiligt sein. Derzeit werden Kunststoffe fast ausschließlich aus Erdöl gewonnen.

Herstellung aus Erdöl: In der Raffinerie wird Erdöl durch Destillation in mehrere Bestandteile getrennt: Gas, Rohbenzin, Diesel, Heizöle sowie Gasöl. Das für die Kunststofferzeugung wichtigste Bestandteil ist Rohbenzin (Naphtha). Es wird in einem thermischen Spaltprozess (Crack-Prozess) im sogenannten Cracker zu Ethylen, Propylen, Butylen und anderen Kohlenwasserstoff-Verbindungen. Durch Polyreaktionen (Polymerisation, Polykondensation oder Polyaddition) wird nun mit der Herstellung des eigentlichen Kunststoffes begonnen.

Polyreaktionen und Kunststoff-Arten: Polyreaktionen werden in drei verschiedene Reaktionstypen unterschieden:

Polymerisation: Diese verläuft stufenlos und ohne Abspaltung von Nebenprodukten. Durch Polymerisation entstehen:

– Polyethylen (PE) – Einsatz u.a. in: Getränkekisten, Plastikflaschen, Küchengeschirr, Plastiktüten, Folien, Plastiktuben etc.
– Polypropen (PP) – Einsatz u.a. in: Plastiktüten, Lebensmittelverpackungen, medizinische Geräte, Sitzbezüge etc.
– Polystyrol (PS) – Einsatz u.a. in: Styropor, Joghurtbecher, Isolierung elektrischer Kabel, Schaltergehäuse, Verpackungsfolien etc.
– Polyvinylchlorid (PVC) – Einsatz u.a. in: Abflussrohre, Fensterprofile, Bodenbeläge, Kinderspielzeug, Schläuche, Kunstleder, Schwimmreifen, Dichtungen etc.
– Polyacrylnitril (PAN) – Einsatz u.a. in: Polyacryl-Fasern für Textilien, Grundstoff für die Herstellung von Kohlenstofffasern
– Polytetrafluorethen (PTFE) – Handelsnamen: Teflon, Dyneon, Gore-Tex / Einsatz u.a. in: Beschichtung von Pfannen und Töpfen, Dichtungstechnik, Kleidung, Medizin etc.
– Polyacrylate – Einsatz u.a. in: Lacken, Dispergiermittel für Klebstoffe

Polykondensation: Verläuft in Stufen und mit Abspaltung von Nebenprodukten.

Durch Polykondensation entstehen:
– Polyamide (PA) – Einsatz u.a. in: Fahrzeugbau (Lampengehäuse, Kraftstoffleitungen und -Tanks, Gas- und Kupplungspedale), Gehäuse von Elektrowerkzeugen
– Polyester (PES) – Einsatz vor allem in Form von PET (Polyethylenterephthalat) u.a. in: PET-Flaschen, Textilien, Folien
– Formaldehydharze (MF als Melamin-Formaldehyd-Harz / PF als Phenol-Formaldehyd-Harz / UF als Harnstoff-Formaldehyd-Harz) – Einsatz u.a. in: Spanplatten, Holzleim

Polyaddition: Verläuft in Stufen, aber ohne Abspaltung von Nebenprodukten.

Durch Polyaddition entstehen:
– Epoxidharze (EP) – Einsatz u.a. in: Klebstoffen, Faserverbundwerkstoffen (Duroplaste)
– Polyurethane (PUR) – Einsatz u.a. in: Schaumstoffen
– Polyharnstoffe (PUA) – Einsatz u.a. in: Beschichtungen, Klebstoffen, Schaumstoffen

Additive (Zusatzstoffe): Kunststoffen werden im Verlauf des Herstellungsprozesses sogenannte Additive zugesetzt (Compoundierung). Additive in der Kunststoffverarbeitung sind:

– Antistatika: Antistatika werden Kunststoffen zugefügt, um die elektrostatische Aufladung der Verpackung zu verhindern, durch die Kunststoffe dazu neigen, Staub- und Schmutzpartikel anzuziehen und festzuhalten.

– Farbstoffe: Zum Einfärben der Kunststoffe werden lösliche (anorganische und organische sogenannte Pigmente) und unlösliche Farbstoffe verwendet. Die Verwendung von Farbstoffen kann die Eigenschaften (z.B. die Festigkeit) des Kunststoffes zum Teil erheblich beeinflussen.

– Flammschutzmittel: Durch den Zusatz von Flammschutzmitteln wird das Brennverhalten der Kunststoffe beeinflusst. So können z.B. die Entflamm- und Entzündbarkeit sowie der Verbrennungsprozess selber begrenzt werden.

– Füllstoffe: Füllstoffe, wie z.B. Glasfasern, Kreide, Graphit, Ruß etc., dienen zum einem dazu, die Kunststoffe zu strecken und damit preiswerter zu machen. Zum anderen werden sie zur Verbesserung der Qualität des Kunststoffes (z.B. Festigkeit, Elastizität, Härte) eingesetzt.

– Gleitmittel: Gleitmittel dienen der leichteren Verarbeitung der Kunststoffe. Sie lassen sich so besser verformen.

– Stabilisatoren: Stabilisatoren haben die Aufgabe, Kunststoffe z.B. vor Licht, UV-Strahlen, Wärme und Alterung zu schützen: Sie bewahren Kunststoffe vor vorzeitiger Zersetzung bzw. negativer Beeinflussung ihrer Eigenschaften.

– Weichmacher: Durch die Zugabe von Weichmachern werden bestimmte Eigenschaften des Kunststoffes beeinflusst. Die Elastizität des Kunststoffes wird erhöht, die Temperatur, bei der er spröde wird, sinkt. Außerdem verringert sich seine Härte. Vor allem Weichmacher sind gesundheitlich alles andere als unbedenklich.

Gruppierung nach Eigenschaften: Kunststoffe werden bezüglich ihrer physikalischen Eigenschaften in drei großen Gruppen unterteilt: Thermoplaste, Duroplaste und Elastomere.

– Thermoplaste lassen sich im warmen Zustand verformen, mehrfach wiederholbar

– Duroplaste sind temperaturbeständig, nicht verformbar, nicht schmelzbar und unlöslich. Bei normaler Temperatur sind sie hart und spröde.

– Elastomere sind formfeste, aber elastisch verformbare Kunststoffe. Das wesentliche Merkmal von Elastomeren ist, dass sie sich auf mindestens das Doppelte ihrer Länge dehnen lassen und beim Loslassen in ihren Ausgangszustand zurückkehren (Gummi-Elastizität).

Wissenswertes zu Kunststoffen: Nur rund fünf Prozent der weltweiten Erdöl-Ressourcen werden für die Kunststoff-Produktion aufgewendet. Zwischen 1950 und 2012 hat sich die globale Produktion von Kunststoff von 1,7 auf 288 Millionen Tonnen gesteigert. Ungefähr ein Viertel des weltweiten Kunststoffverbrauchs geht auf die Kosten Europas und mit 11,7 Millionen Tonnen pro Jahr ist Deutschland Europameister im Kunststoffverbrauch. Für die Herstellung von einem Kilogramm Kunststoff wird mindestens die doppelte Menge Öl benötigt.