Kunststoffe (2): Ein Stoff mit vielen Facetten 23.08.2014, 08:16

In Haushalten gibt es kaum noch Geräte, die nicht aus Kunststoff bestehen.

Der Grund für den Siegeszug der Kunststoffe liegt auch darin, dass sie im Vergleich zu Metallen oder Holz relativ preiswert sind. Aber: Ihre Sonnenseite wird getrübt, wenn sie dem Menschen und der Umwelt schaden.

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Kunststoffe (2): Ein Stoff mit vielen Facetten

Im Beitrag Kunststoffe (1) wurde beschrieben, wie Kunststoffe aufgebaut sind und wovon ihre Eigenschaften abhängen. Ob sie biegsam sind oder hart, hängt insbesondere von zusätzlich verwendeten Elementen ab, z. B. Sauerstoff (O), Wasserstoff (H), Stickstoff (N) oder Schwefel (S).

1905 entdeckte der belgische Chemiker Baekeland (1863-1944) bei Experimenten mit Phenolen und Formaldehyd die Eigenschaft dieser Chemikalien, sich zu langen Molekülketten zu verbinden. Die dabei entstehende Kunstharzmasse konnte Baekeland in Formen pressen und durch Wärme und Druck härten. Baekeland nannte seine Erfindung „Bakelit“ und ließ sie 1907 patentieren. Das hitzebeständige Bakelit wurde lange zur Herstellung von Geräten benutzt, die Wärme aushalten mussten, wie Schalter (Bild unten), Steckdosen, Toaster oder Föns. 

So sahen nach dem Krieg die Bakelit-Schalter aus

Bild: Frettie: Lichtschalter aus Bakelit ( CC BY 3.0)

Bis heute gültige Erkenntnisse über den Aufbau der Kunststoffe gewann der deutsche Chemiker Hermann Staudinger (1881-1965). Der Professor für organische Chemie erhielt 1953 den Chemie-Nobelpreis für seine Arbeiten über die Makromoleküle. Dieser Begriff stammt von Staudinger selbst.

Seit Baekeland hat sich die Kunststoffwelt grundlegend verändert. Tausende neuer Kunststoffarten wurden entwickelt und das moderne Leben könnte man sich ohne Plastik nicht mehr vorstellen. Insbesondere die Verpackungsindustrie hat das Material für sich entdeckt.

Flaschen, Becher, Schachteln oder Tüten – mehr als ein Drittel der Kunststoffe in Deutschland werden zu Plastikverpackungen verarbeitet. In die Produktion von Haushaltswaren, Möbeln, Medizin, aber auch in die Landwirtschaft geht ein Viertel der Kunststoffe, ein weiteres Viertel in den Bausektor und ein kleiner Teil in die Automobilindustrie

Schaubild zum Verbrauch der Kunststoffe

Der Grund für den Siegeszug der Kunststoffe liegt darin, dass sie im Vergleich zu Stahl, Holz oder Metall relativ preiswert sind. Ihre besonderen Eigenschaften kommen zum Zug, wenn es darum geht, leichtere Fahrzeuge zu bauen oder Gebäude besser zu dämmen und damit den Energieverbrauch zu senken. Das schont die Umwelt. Klar im Nachteil gegenüber Metallen sind Kunststoffe, wenn sie mechanische Belastungen aushalten sollen, insbesondere Zug- und Biegekräfte.
Doch, wie jede Medaille zwei Seiten hat, haben auch Kunststoffe ihre Haken: Viele von ihnen können der Umwelt schaden, das Polyvinylchlorid (PVC) beispielsweise. Mit seinem Chloranteil von bis zu 57 Prozent entstehen bei der Verbrennung hochgiftige Chlorverbindungen und Säuren. Sie nachhaltig zu entsorgen, ist sehr teuer. 

Für die Wiederverwertung des gebrauchten Materials muss dieses in aufwändigen Verfahren getrennt werden. Brauchbare Kunststoffe lassen sich nur aus sortenreinen Rückständen herstellen. Das geschieht in Sortieranlagen. In Deutschland wird etwa die Hälfte des Kunststoffmülls recycelt; der größere Teil wird verbrannt. Wenn er auf dem Müll oder in der Natur landet, schafft er große Probleme. 

Geraten Kunststoffprodukte in die freie Natur, braucht es viele Jahre, bis sie vollständig abgebaut sind. Alleine die Weltmeere sind nach Schätzungen mit mehr als 100 Millionen Tonnen Plastik vermüllt – einen wesentlichen Anteil bilden Kunststoffbeutel. Wenn diese Rückstände in immer kleinere Teilchen zerkrümeln, verwechseln Meerestiere wie Fische, Krebse und Schildkröten die Abfälle mit Fressbarem und verenden qualvoll daran. Dem Menschen schaden Kunststoffe oft deshalb, weil sich in ihnen enthaltene Chemikalien lösen. 

Inzwischen gibt es ein neues Problem: Nicht nur auf den Ozeanen treiben riesige Teppiche aus kleinsten Kunststoffteilchen. Wissenschaftler haben etwa am Gardasee nachgewiesen, dass selbst dieses naturnahe Binnengewässer so stark vermüllt ist, dass sie wegen der dort vorhandenen »nachhaltigen Verschmutzung eines Ökosystems« vor Risiken für die Nahrungskette warnen müssen. Nicht nur der großstückige Abfall bereitet ihnen große Sorgen. Mikrokügelchen in Shampoo, Zahnpasta und Haushaltsreiniger und Fasern von synthetischen Produkten wie Pullovern gelangen in großen Mengen ins Wasser, und belasten es so mit einem langlebigen und unangenehmen Erbe.

Eine kleine Rechenaufgabe dazu.

a) Wenn man das mittlere spezifische Gewicht der Kunststoffe mit ρ = 1,0 t/m3 annimmt: Wieviel Kubikmeter Plastik bedecken dann den Grund unserer Meere? (Anmerkung: Das mittlere ρ liegt eher bei 0,8 bis 0,9)

b) Wenn ein mittelgroßes Auto ein Volumen von 5 m3 hat: Wie vielen Autos würde die o. a. Müllmasse in den Meeren entsprechen?

 

Lösungen: a) 100 000 000 m3     b) 20 Millionen Autos

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