Die wirtschaftliche Bedeutung der Kunststoffe

Heute im Chemieunterricht: | Die besonderen Vorzüge der Kunststoffe. Vielseitige Verwendbarkeit.

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125. Die wirtschaftliche Bedeutung der Kunststoffe

Mini-LKW Spielzeug aus Kunststoff
Bild 1. Mini-LKW aus Plastik.

Die besonderen Vorzüge der Kunststoffe

Kunststoffe haben - verglichen mit keramischen oder metallischen Werkstoffen - eine Reihe von ungewöhnlichen Eigenschaften. Ursprünglich waren Kunststoffe als Ersatzstoffe gedacht, doch heute werden sie in Massen produziert und finden sich in allen Lebensbereichen. Kunststoffe werden heute sogar in der Medizin für spezielle Bereiche wie künstliche Hüft- oder Kniegelenke eingesetzt.

Kunststoffrohre
Bild 2. Kunststoffrohre aus Polyvinylchlorid (PVC).

Dichte und Festigkeit

Kunststoffe haben eine niedrige Dichte, die sich bei den meisten Arten zwischen 800 und 2200 kg/m³ bewegt. Sie sind damit erheblich leichter als Metalle oder keramische Werkstoffe und bilden das ideale Material für viele Gebrauchsgegenstände, Verpackungen und Behälter. Obwohl die Festigkeiten von Kunstroffen vergleichsweise niedrig sind, brechen sie weniger leicht als beispielsweise Keramik oder Glas. Deshalb werden Gebrauchsgegenstände für Kinder und Spielzeug vielfach aus Kunststoff gefertigt.

Chemische Beständigkeit

Aufgrund ihrer organischen Natur sind viele Kunststoffe im Gegensatz zu Metallen gegenüber anorganischen Mineralsäuren, Laugen und wässrigen Salzlösungen beständig. Daher bevorzugt man Werkstoffe aus Kunststoff zur Herstellung von pflegeleichten Haus- und Elektrogeräten, Fahrzeugausstattungen und Spielzeugen. Ihre große Unempfindlichkeit gegenüber Wasser, Luft und biologischen Abbauvorgängen macht ihr Einsatzgebiet fast unbegrenzt und verleiht ihnen eine hohe Alterungsbeständigkeit.

Allerdings reagieren Kunststoffe im Gegensatz zu Metallen empfindlich auf organische Lösungsmittel, wie Alkohole, Aceton oder Benzin. Doch auch auf diesem Gebiet gelang es den ChemikerInnen beständige Kunststoffe zu entwickeln. Beispielsweise besteht der Tank in modernen Autos aus Polyethylen und ist somit überaus beständig gegenüber Korrosion und trotzdem unempfindlich gegenüber dem Benzin.


 
»Werkstoffe nach Maß«, weil Kunststoffe während der Synthese mit erwünschten Spezialeigenschaften ausgestattet werden können
 
Besondere Vorzüge der Kunststoffe: niederes spez. Gewicht, widerstandsfähig gegen Luft und Wasser, gute Isolatoren, leicht zu bearbeiten
 
Nenne einige Kunststoffe und vergleiche sie mit bekannten Naturstoffen.
 
Für welche technischen Fortschritte war die Entwicklung entsprechender Kunststoffe Voraussetzung?

Niedrige Verarbeitungstemperaturen

Die meisten Kunststoffe werden bei Temperaturen zwischen 250 bis 300 °C verarbeitet. Während Metalle bei hohen Temperaturen aufwändig gegossen werden müssen, lassen sich aus Thermoplasten auch kompliziertere Formteile mit vergleichsweise geringem Aufwand herstellen. So lassen sich auch Farbpigmente oder Fasern in Kunststoffe einarbeiten, die sich bei den hohen Temperaturen in der Metall- oder Keramikherstellung zersetzen würden.

Kiste Coca Cola, vielseitig verwendbar
Bild 4. Teile aus Kunststoff - vielseitig verwendbar.

Niedrige Leitfähigkeiten

Kunststoffe leiten die Wärme deutlich schlechter als Metalle. Wegen dieser geringen Wärmeleitfähigkeit werden viele als Dämmstoffe eingesetzt (vor allem Schaumstoffe). Die elektrische Leitfähigkeit von Kunststoffen ist etwa 15 mal kleiner als die von Metallen. So werden viele Kunststoffe zur Isolation von elektrischen Leitungen und Kabeln eingesetzt.


Kunststoffe und Umwelt

Aus Kunststoffen werden neben hochwertigen und langlebigen Formteilen auch Wegwerfartikel hergestellt, wodurch sich die Frage nach der Entsorgung stellt. Kunststoffpolymere sind nicht wasserlöslich und können auch nicht die Zellmembranen passieren, weshalb sie von Mikroorganismen nicht abgebaut werden können (eine Ausnahme bilden biologisch abbaubaren Kunststoffe).

Schwip Schwap Getränkeflasche aus Kunststoff
Bild 5. Getränkeflasche aus Polyethylenterephthalat (PET).

Wegen dieser nicht vorhandenen Wechselwirkung der Polymere mit der belebten Natur können sie zwar als gesundheitlich unbedenklich eingestuft werden, jedoch verrotten sie nur sehr langsam. Umweltgefährlich können auch verschiedene Zusätze der Kunstoffe sein, beispielsweise Weichmacher, Farbstoffe oder Flammschutzmittel. Schadstoffe sind hier insbesondere flüchtige organische Verbindungen.

Im Hausmüll enthaltene Kunststoffe sind weitgehend grundwasserneutral und können somit auf Mülldeponien entsorgt werden, wobei in Deutschland kein Kunststoff mehr deponiert wird und in der EU dieses Ziel bis zum Jahr 2020 erreicht werden soll. In der Bundesrepublik lag die Recyclingquote im Jahr 2010 bei 45 Prozent, womit Deutschland Vorreiter im europäischen Vergleich ist. Die Kunststoffindustrie hat zur Unterstützung dieses Vorhabens eine Kampagne „Zero Plastics to Landfill by 2020“ gestartet. Inzwischen gibt es auch Industrieunternehmen, die sich auf das Recycling von Plastik spezialisiert haben [1].

Kunststoffrecycling

Recycling oder Rezyklierung ist ein technischer Vorgang, bei dem Abfallprodukte wiederverwertet oder deren Ausgangsmaterialien zu Sekundärrohstoffen umgewandelt werden. Direkt recyceln lassen sich lediglich Termoplaste und auch nur mit Qualitätseinbußen. Ein großes Problem ist die Unverträglichkeit der einzelnen Kunststoffe untereinander, wodurch man gezwungen ist, die einzelnen Abfälle nach Sorten zu trennen. Ansonsten wäre ein Recycling nicht möglich.


Bild 3. Knapp ein Fünftel des Mülls besteht aus Kunststoffen.
 

Kunstoff-Recycling. Quelle Wikipedia, Symbole von User Tomia
Recyclingsnummer Kürzel Name des Werkstoffs Verwendung und Recycling des Polymers zu
1-PETE PET oder PETE Polyethylenterephthalat Polyesterfasern, Folien, Softdrink-Flaschen, Lebensmittelverpackungen
2-HDPE PE-HD High-DensityPolyethylen Plastikflaschen, Plastiktaschen, Abfalleimer, Plastikrohre, Kunstholz
3-V PVC Polyvinylchlorid Fensterrahmen, Rohre und Flaschen (für Chemikalien, Kleber, …)
4-LDPE PE-LD Low-DensityPolyethylen Plastiktaschen, Eimer, Seifenspenderflaschen, Plastiktuben
5-PP PP Polypropylen Stoßstangen, Innenraumverkleidungen, Industriefasern, Lebensmittelverpackungen
6-PS PS Polystyrol Spielzeug, Blumentöpfe, Videokassetten, Aschenbecher, Koffer, Schaumpolystyrol, Lebensmittelverpackungen
PLA Polylactide Verpackungen, Mulchfolien, Medizintechnik
7-OTHER O (OTHER) Andere Kunststoffe wie AcrylglasPolycarbonatNylonABS und Fiberglas.

Anwendung von Kunststoffen

Heute aus Kunststoff früher aus. . .
Kabelmäntel Guttapercha, Ölpapier, Bleifolien
Schaltergehäuse, Dosen Porzellan, Hartgummi
Fernsehapparate Hartgummi
Tonband- und Filmspulen Blech
Schallplatten Schellack, Hartgummi
Fotografischer Film Glasplatten
Füllhalter, Kugelschreiber Hartgummi
Lineale, Winkelmesser Metall, Holz
Autorücklichter Preßglas
Heute aus Kunststoff früher aus. . .
Getränkekästen Holz, verzinktes Stahlblech
Eimer, Wannen verzinktes oder emailliertes Stahlblech
Körbe Weidenholz, Pettigrohr
Wäscheklammern Holz
Kinderwagenbezüge Textil, Wachstuch, Rohr
Regenkleidung Gummierter Stoff, Wachstuch
Schutzhelme Stahl, Aluminium
Lichtkuppeln Flachglas auf Stahlgitter
Hochsprungstäbe Holz, Bambus, Aluminium

[1] Quelle: Wikipedia - Kunststoffe