Lexikon: Kunststoff

 

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Als Kunststoffe bezeichnet man Festkörper|Stoffe, deren Grundbestandteil Synthese (Chemie)|synthetisch oder halbsynthetisch erzeugte e sind.

Durch die Auswahl des Ausgangsmaterials, das Herstellungsverfahren und die Beimischung von Additiven lassen sich technische Eigenschaften von Kunststoffen wie Formbarkeit, Härte, Elastizität, Bruchfestigkeit, Temperatureinsatzbereich|Temperatur- und chemische Beständigkeit in weiten Grenzen variieren. Kunststoffe werden zu Formteilen, Halbzeugen, n oder Folien weiterverarbeitet.

Halbsynthetische Kunststoffe entstehen durch die Verarbeitung natürlicher Polymere (zum Beispiel Zellulose zu Zelluloid). Synthetische Kunststoffe werden durch Polymerisation (Polyaddition, Polykondensation usw.) aus einem Monomer erzeugt. Rohstoff ist meist Steamcracken|gecracktes Naphta.

Umgangssprache|Umgangssprachlich und abwertend wird Kunststoff oft als Plastik (alte Bundesländer) oder Plaste (neue Bundesländer) bezeichnet, selbst wenn das Material eigentlich elastisch ist. Daher wird in der Wissenschaft der Begriff Kunststoffe bevorzugt.

Charakterisierung nach Eigenschaften

  • Thermoplaste
Kunststoffe, die aus langen, linearen Molekülen bestehen. Durch Energiezufuhr werden diese Materialien formbar bis flüssig und können mit verschiedenen Verfahren verarbeitet werden. Nachdem das jeweilige Werkstück wieder abgekühlt ist, behält es seine Form. Dieser Prozess ist reversibel (wiederholbar).
Die meisten der heute verwendeten Kunststoffe fallen unter diese Gruppe. Für einfache Konsumwaren, Verpackungen etc. werden häufig Polypropylen (PP), Polyethylen (PE), Polyethylenterephthalat (PET) und Polystyrol (PS) eingesetzt. Technische Teile werden meist aus Polyacetal (POM), Polyamid (PA), Polybutylentherephthalat (PBT), Polyethersulfon (PES), Polycarbonat (PC), Polyphenylensulfid (PPS), Polyetheretherketon (PEEK) oder Polyimid (PI) gefertigt.
Um neue bisher noch nichtvorhandene Eigenschaften zu erzeugen, können auch zwei oder mehrere Thermoplaste vermischt werden. Dieser neue Kunststoff ist dann ein Polyblend.
  • e
Kunststoffe, die bei der Verarbeitung räumlich eng vernetzen. Diese Vernetzung erfolgt chemisch zwischen den Molekülen der Ausgangsmaterialien. Dieser Vorgang ist nicht umkehrbar. Sobald ein derartiges Material vernetzt ist, kann es nur noch mechanisch bearbeitet werden. Duroplaste sind meistens hart und spröde.
Bei Hitzeeinwirkung werden Duroplaste nicht weich. Deshalb werden sie häufig für Installation|Elektroinstallationen verwendet. Einer der verbreitetsten und ältesten Kunststoffe dieser Klasse ist . In diese Gruppe fallen auch praktisch alle e wie beispielsweise Epoxide.
Polytetrafluorethylen (PTFE) ist zwar nicht chemisch vernetzt, wird aber auf Grund seiner Eigenschaften ebenfalls zu den Duroplasten gezählt.
  • Elastomere
Zu den Elastomeren gehören alle Arten von Kautschuk. Die Elastomere sind weitmaschig vernetzt und daher flexibel. Elastomere werden beim Erwärmen nicht weich und sind in den meisten Lösemitteln nicht löslich. Daher werden sie für artikel oder Chemikalienhandschuhe verwendet. Die Gummimischung von Autoreifen ist ebenfalls ein Elastomer, diese erhält ihre Eigenschaften durch Vulkanisation.

Verarbeitung

  • Extrusion (Fertigungstechnik)|Extrudieren
  • Spritzgießen
  • Kalandrieren
  • Schaumstoff|Schäumen

Wichtige Massenkunststoffe

Etwa 90% der weltweiten Produktion entfallen in der Reihenfolge ihres Anteils auf die folgenden sechs Kunststoffe:

  • Polyethylen (Polyethylen|PE)
  • Polypropylen (Polypropylen|PP)
  • Polyvinylchlorid (Polyvinylchlorid|PVC)
  • Polystyrol (Polystyrol|PS - Marken: „Styropor“, „Styrodur“)
  • Polyurethan (PUR) oder lineares Polyurethan (TPU)
  • Polyethylenterephthalat (Polyethylenterephthalat|PET)

Sonstige Kunststoffe

  • Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymerisat (Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymerisat|ABS)
  • Aminoplaste (Harnstoffharz, Melaminharz, Phenolharz)
  • (Catalin)
  • Celluloseacetat
  • Celluosehydrat
  • Epoxidharz
  • Phenoplaste
  • Polyamid (Polyamid|PA - Marken: „Nylon“, „Perlon“, „Dederon“)
  • Polybutylentherephthalat (Polybutylentherephthalat|PBT)
  • Polycarbonat (Polycarbonat|PC)
  • Polyacetal (Polyacetal|POM)
  • Polylactid (Polylactid|PLA) - Polymilchsäure
  • Polyester
  • Polyhalogenolefine (Polychlortrifluorethylen|PCTFE, Polytetrafluorethylen|PTFE)
  • Polyisobuten|Polyisobutylen (Polyisobuten|PIB)
  • Polymethylmethacrylat (Polymethylmethacrylat|PMMA - „Plexiglas“)
  • Styrolbutadien|Polystyrol schlagfest
  • Polytetrafluorethylen (Polytetrafluorethylen|PTFE - umgangssprachlich „Teflon“, „Gore-Tex“ usw., gehört zu den Polyhalogenolefinen)
  • Polyvinylacetat (PVAC)
  • Silikonkautschuk (Q)
  • Vulkanfiber
  • Zelluloid|Zellulosenitrat (Zelluloid|CN)

Entwicklungsgeschichte der Kunststoffe

Vorläufer von Kunststoffen gab es in allen Kulturen. In Arabien wurden Wasserbecken und Kanal (Wasserbau)|Kanäle mit natürlichem abgedichtet. Ebenso wurden dort bestimmte Latex|Baumharze als Arabicum eingesetzt und nach exportiert. Aus Osteuropa ist Bernstein als fossiles Harz für die Verwendung bei Pfeilspitzen und Schmuckgegenständen bekannt. Im wurde Horn (Biologie)|Tierhorn durch bestimmte Verfahrensschritte in einen Plastizität|plastisch Verformung|verformbaren Stoff (Chemie)|Stoff verwandelt.

Naturforscher brachten aus Malaysia und Brasilien im 17. Jahrhundert|17. und 18. Jahrhundert Elastizität|elastische Massen, gewonnen aus milchigen Baumsäften, mit. Hierfür wurde der Begriff Gummi in eingeführt. Seit Mitte des 19. Jahrhunderts entwickelte sich eine rasch wachsende Gummi-Industrie. Der Erfinder Charles Goodyear stellte fest, das sich Gummi durch Zusatz von und durch Vulkanisation in einen guten werkstoff verwandeln lässt. Ebenso entdeckte er Hartgummi, eine bei Wärme verformbare aber bei Raumtemperatur harte Masse, welche anfangs Ebonit genannt wurde. Daraus wurden zum Beispiel Schmuckstücke, Füllfederhalter, Teile von Musikinstrumenten und Telefonen gemacht. Dieser erste startete die Entwicklung der Kunststoffe als Werkstoff im Umfeld des en.

Später wurde in England Cellulosenitrat zur Imprägnierung von ien und in den Schellack entwickelt. Im Jahre 1869 erfand John Wesley Hyatt das Celluloid und 3 Jahre später die erste Spritzgießen|Spritzgußmaschine. Der Werkstoff Casein (Galalith) wurde 1897 erfunden, und ähnelt stark Horn oder Elfenbein. Hierraus wurden in verschiedenen n zum Beispiel Knopf|Knöpfe, Anstecker|Anstecknadeln, Gehäuse (Technik)|Gehäuse für Radios, Zigarettendosen, Spielzeug, Griffe für Regenschirme u.ä. hergestellt. Der Kunststoffverbrauch lag im Jahre 1930 schon bei ca. 10.000 t. Das von Otto Röhm 1928 angemeldetet Patent zu Polymethylmetacrylat (PMMA) startet eine Ära, die bis heute anhält. Weiterhin kommen in dieser Zeit die Phenolharze zur Geltung, wobei der Erfinder Leo H.Baekeland mit dem Werkstoff Bakelite sehr erfolgreich ist. Durch die guten Elektrizität|elektrischen Eigenschaften wird er u. a. rasch in der aufstrebenden Elektroindustrie eingesetzt. Der Münchner Chemiker Dr. Ernst Richard Escales gibt 1910 der Werkstoffgruppe den Namen „Kunststoffe“. Die von ihm gegründete gleichnamige Zeitschrift erscheint erstmals 1911. Fritz Klatte entdeckt 1912 die Hintergründe des Polymerisationsvorganges von PVC welches bereits 1838 erstmals erzeugt wurde. 1926 veröffentlichte Hermann Staudinger wichtige Theorien über den Aufbau von Kunststoff. Hierfür erhielt er 1952 den . 1930 wird in Ludwigshafen die Polystyrol|„PS“-Produktion begonnen. 1931 wird bei ICI in Großbritannien und Nordirland|Großbritannien erstmals Polyethylen hergestellt. In Ludwigshafen wird 1934 die Herstellung von Epoxidharzen von Paul Schlack begonnen. In Jahre 1935 wird gleichzeitig von Henkel-Konzern|Henkel (Mainkur) und Ciba () die Entwicklung von Melamin-Formaldehydharz und von DuPont die Entwicklung von Polyamid 6 (Nylon) beschrieben. Das von Paul Schlack 1937 hergestellte Polyamid 6 auf Basis von Caprolactam wird dann Perlon getauft. Etwa zeitgleich wird in den Buna-Werken der IG Farben die Fertigung von Styrol-Butadien-Kautschuk|Buna S und Butadien-Acrylnitril|Buna N als Synthese|synthetischer Gummi-Ersatz begonnen. Otto Bayer entwickelte in diesem Jahr Polyurethan in Ludwigshafen. Bei DuPont wird 1938 der Kunststoff Polytetrafluorethylen (Teflon) entwickelt. 1939 folgen bei ICI Low-Density Polyethylen (PE-LD). Der Werkstoff Polyethylenterephthalat (PET) wurde von J.R.Whinfielt und J.T. Dickson bei Calico Printers im Jahre 1941 erfunden. 1942 entdeckte Harry Coover (USA) bei Eastman Kodak den „Sekundenkleber“ Methylcyanoacrylat.

Im Zeitraum von 1910 bis 1950 wurde Kunststoff von einem Ersatzstoff mit besonderer Bedeutung zu einem Werkstoff für die industrielle Massenfertigung. Die Weltproduktion überschritt 1949 die Grenze von 1 Mio. t. Die Thermoplaste setzten sich von 1950 bis 1980 durch. In diesen Jahren wurden Werkstoffe wie PS, PE-HD, PP, PC, Perfluor-Kunststoff|FEP, PVF, PES, PSU, PPE, PPO und einige andere entwickelt. Im Jahre 1976 lag die Weltproduktion bereits bei 50 Mio t. Im Jahre 1971 folgten LCP und Polyphenylensulfid|PPS sowie im Jahre 1972 PBT. Im Jahre 2003 erreichte die Weltproduktion ca. 200 Mio t. Hierbei ging der Anteil der Duroplaste stetig zurück, und lag im Jahre 2000 nur noch bei ca. 15%. Der Pro Kopf-Verbrauch an Kunststoffen im Jahr 2000 bei 92 kg in West-Europa, 13 kg in Ost-Europa, 130 kg in NAFTA, 19 kg in Lateinamerika, 86 kg in , 13 kg in Südost- und im mittleren Osten/Afrika bei 8kg. Die Kunststoffindustrie ist bis heute weiterhin eine Wachstumsbranche wobei die Herstellkapazitäten in Asien etwa im Jahre 2006-2008 die führenden und etwa gleichstarken Regionen Europa und Nord-/Südamerika überholen werden.

Literatur

  • Oberbach et al. (Hrsg.): Saechtling Kunststoff-Taschenbuch. 29. Auflage. Carl Hanser Verlag, München 2004, ISBN 3-446-22670-2

  • Otto Schwarz:Kunststoffkunde ISBN 3802319176

  • Gottfried W. Ehrenstein: Polymer-Werkstoffe. 2. Auflage. Carl Hanser Verlag, München 1999, ISBN 3-446-21161-6
  • Brigitta Huckestein, Thomas Plesnivy: Möglichkeiten und Grenzen des Kunststoffrecyclings. Chemie in unserer Zeit 34(5), S. 276 - 286 (2000), ISSN 0009-2851

Weblinks

Siehe auch

  • Polymerisation
  • Polykondensation
  • Polyaddition

Kategorie:Kunststoff

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