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Allgemeine Informationen

Was ist Plastik?

Die Verwechslung zwischen Kunststoff und Plastik stammt noch aus den Tagen, als Kunststoff und Plastik ein und dasselbe bedeuteten. Als nämlich Kunststoffe noch überwiegend durch einfache Umformungsverfahren (plastisch = verformbar) zur Herstellung von Massenartikeln genutzt wurden. Inzwischen haben Kunststoffe jedoch noch viele weitere Anwendungen gefunden, auf die der Begriff Plastik nicht mehr zutrifft. Plastikklebstoff, beispielsweise, ist kein Klebstoff aus Plastik sondern für Plastik. Er besteht jedoch aus Kunststoff. Was aber ist Kunststoff? Alle Kunststoffe haben eine gemeinsame Eigenschaft: Sie bestehen aus Polymeren.

Was ist ein Polymer?

Polymere sind allgegenwärtig. Ohne sie gäbe es das Leben nicht. Ob als Informationsspeicher DNS, als Zellwand von Pflanzen oder als Enzym - die Formen und Funktionen natürlicher Polymere sind extrem vielfältig.

Ein Polymer - ob natürlich oder künstlich - ist schlicht ein riesig großes Molekül, das aus vielen Einzelbausteinen, so genannten Monomeren, zusammengesetzt ist. Im einfachsten Fall ist das eine sehr lange Kette aus immer dem gleichen Baustein. So etwas nennt man Homopolymer (homo=gleich). Das Polyethylen (der Plastiktüten) ist ein Beispiel dafür.

Wie wird ein Polymer hergestellt?

Polymere entstehen nach folgendem Muster:

Viele Monomere --> (chemische Reaktion) --> wenige Polymere. 

In den meisten Fällen kann man auch im fertigen Polymer noch die Struktur der Monomere erkennen. Und fast immer prägen die Monomere das Profil des Polymers.

Im wesentlichen bestehen Monomere aus Kohlenstoff und Wasserstoff (=Kohlenwasserstoff). Das allein wäre aber etwas zu einschränkend, und so bekommen viele Monomere/Polymere erst durch weitere Elemente die gewünschten Eigenschaften. Am häufigsten anzutreffen sind dabei: Sauerstoff, Stickstoff, Chlor und Fluor. PVC (Polyvinylchlorid) enthält neben Kohlenstoff und Wasserstoff auch Chlor.

Neben den Homopolymeren gibt es auch so genannte Copolymere, an denen zwei oder mehrere Monomere beteiligt sind. Das einfachste Copolymer besteht aus einer abwechselnden Folge der zwei Bausteine „A“ und „B“ nach dem Muster:

...-A-B-A-B-A-B-... 

Nylon (Polyamid) ist dafür das bekannteste Beispiel. Der häufigste Nylon-Typ, das Nylon66, verdankt seinen Namen der schlichten Tatsache, dass die beiden eingesetzten Monomere je 6 Kohlenstoffatome enthalten.

Mit Copolymeren entstehen viele neue Möglichkeiten für den Aufbau der Polymere: Die Monomere können sich wie beim Nylon abwechseln, sie können zufällig aufeinander folgen oder in größeren Abschnitten zusammengefasst sein, die ihrerseits wieder abwechseln. Polymere können aus einfachen Ketten bestehen, sie können verzweigt sein oder vernetzt. 

Die Anordnung der Monomere spielt eine entscheidende Rolle für die Eigenschaften des Polymers und damit letztlich die Eigenschaften des Kunststoffs, der aus ihnen hergestellt wird. So kann man sich leicht vorstellen, dass stark vernetzte Polymere starre, feste Kunststoffe bilden, wohingegen einfache Ketten zu einem eher biegsamen, elastischen Material führen.

Darüber hinaus werden Polymere nach ihrem Verhalten beim Erwärmen eingeteilt. Thermoplaste nennt man Kunststoffe die schmelzen und sich in der Hitze verformen lassen. Dies kann beliebig oft wiederholt werden. Für Plastiktüten wird das Polyethylen in kleinen Körnchen beim Verarbeiter angeliefert, aufgeschmolzen und dann zu Folien ausgezogen. 

Duroplaste dagegen behalten auch beim Erwärmen ihre Form bei. Und darüber hinaus: Das Erhitzen von Duroplasten ist Teil des Produktionsprozesses, der sie härtet. Duroplaste schmelzen nicht, sondern werden ab einer bestimmten Temperatur einfach nur zerstört. Polyurethan-Schaum ist ein Duroplast. Auch der Kunststoff-Klassiker Bakelit gehört in diese Gruppe. 

Die Unterscheidung zwischen Thermo- und Duroplasten ist insbesondere für die Verarbeitung der Polymere wichtig. 

Plastik ist hart und bricht, doch nicht alles, was aus Polymeren hergestellt wird, muss so sein. Gummis, oder technischer: Elastomere, bestehen auch aus Polymeren und alles, was über den Aufbau von Plastik gesagt wurde, trifft auch auf sie zu. Die Unterscheidung ist nicht immer ganz einfach. Auf dem Markt sind viele Kunststoffe zu haben, die mehr oder weniger elastisch sind. Plastifiziertes PVC ist beispielsweise elastisch genug, um Gummi für viele Aufgaben zu ersetzen. Oder „thermoplastische Elastomere“: Sie sind Copolymere, bei denen die Monomere in Blöcken angeordnet sind. (Schema: ...A-A-A-A-A-A-A-B-B-B-B-B-B-B-B-B-A-A-A-A-A-...) Dabei verhält sich der eine Block wie Gummi, der andere Block wie ein Thermoplast. Das Ergebnis ist ein Kunststoff, der wie ein Thermoplast verarbeitet, d. h. in Form gebracht, werden kann und sich bei Raumtemperatur so elastisch verhält wie Gummi. Daraus lassen sich beispielsweise stoßdämpfende Lenkergriffe für Mountain-Bikes herstellen.

Plastik gegen die Natur?

Warum sind Kunststoffe in unserer Welt so weit verbreitet, dass sie nicht mehr weg zu denken sind? Ein Teil des Erfolgs der synthetischen Polymere ist ihre enorme Vielfalt. Plastik als formgebendes Material ist das früheste und sicher auch heute noch das größte Aufgabengebiet für Kunststoffe. Synthetische Polymere können aber noch wesentlich mehr und haben deshalb natürliche Materialien aus vielen Bereichen verdrängt. Einige Bespiele:

Kunststoffe als Klebstoffe (technisch: Adhäsive) sind ein großes Aufgabengebiet für synthetische Polymere. In Flugzeugen werden heutzutage viele, auch tragende Teile miteinander verklebt. Mit Knochenleim wäre das undenkbar. Kunststoffe können äußerst stabile und dauerhafte Verbindungen der unterschiedlichsten Materialien schaffen. Aber auch das Gegenteil ist der Fall. Mit den durch chemische Gestaltung maßgeschneiderten Eigenschaften von Klebstoffen gelingt es sogar, die Preisetiketten von Büchern so zu beschichten, dass sie mühelos wieder entfernbar sind.

Lacke und Farben

Nach einem lackiertem Gegenstand, bei dessen Behandlung kein Kunststoff eine Rolle gespielt hat, kann man heute lange suchen. Allenfalls bei der Holzverarbeitung haben sich natürliche Harze und Öle eine kleine Nische erhalten können. Der ganze Rest: Kunststoff. Nachdem bekannt wurde, dass viele der älteren Lacke giftige Dämpfe freisetzten, hat die Industrie mehr und mehr wasserlösliche Lacke entwickelt

Folie & Membranen

In der Lebensmittelindustrie werden auch heute noch natürliche Membranen eingesetzt, zum Beispiel Wurstpellen. Im wesentlichen sind aber auch hier die Kunststoffe auf dem Vormarsch. Spätestens seit den 40er Jahren, mit der Einführung des Polyethylens (das Material der Plastiktüte), haben sich Kunststofffolien fest etabliert.

Fasern

Einzig bei Bekleidung gibt es friedliche Koexistenz. Seit der Erfindung des Nylonstrumpfs galt Kunststoff als billiger Ersatz für teure Naturfasern. Und erst in jüngster Zeit sind Kunstfasern für Bekleidung entwickelt worden, die ähnlich gute oder bessere Eigenschaften besitzen als Naturfasern. Bei anderen Anwendungen für Fasern dominieren die Kunststoffe inzwischen unangefochten das Feld. Kein Bergsteiger, kein Segler macht sich heute noch mit mehreren Kilo Hanftampen auf die Reise, sondern er benutzt Nylon-Seile oder ähnliches.

Design

In gerade Mal hundert Jahren haben sich Kunststoffe zum weltweit meistgebrauchten Werkstoff gemausert. Im Vergleich zur Arbeit mit klassischen Materialien wie Porzellan, Holz, Glas oder Metall, ist die Kunststoffindustrie noch sehr jung, hat aber bereits eine ereignisreiche und wohldokumentierte Geschichte. Das Design von Gegenständen aus Plastik, seien es Telefone, Stühle oder Staubsauger hat schon bald seine eigene ganz einzigartige Ästhetik entwickelt.

Die ersten Plastikmaterialien erschienen im späten 19. Jahrhundert als willkommene Alternative zu den damals sehr eleganten Naturstoffen Elfenbein, Horn und Schildpatt, für die die Nachfrage das Angebot deutlich überstieg.

Kunststoff eröffnete aber auch völlig neue Designmöglichkeiten mit Farben und Formen, die bis dahin unbekannt waren. In den letzten 150 Jahren hat Plastik die Designer in die Lage versetzt, immer wieder innovative Produkte zu entwickeln vom Nylonstrumpf bis zu Kontaktlinsen oder luftdichten Verpackungen. Völlig neue Industriezweige sind daraus entstanden, wie zum Beispiel die Musik- und Filmindustrie oder die Fotografie. Hatte Plastik einst den Ruf, schnöder Ersatz für hochwertige Naturstoffe zu sein, ist es heute bevorzugtes Material für viele Produkte, die fester Bestandteil unseres modernen Lebens sind.

Seit den 1930er und 40er Jahren ist die damals noch recht kleinen Auswahl an Kunststoffen enorm gewachsen. Heutzutage können die Designer aus einer Vielzahl an Kunststoffarten und -qualitäten wählen. Von weichen gummiartigen Gelen bis zu kugelsicheren oder nicht brennbaren Geweben ist alles dabei. Die Vielseitigkeit der Materialien schenkt den Designern eine ganz neue Freiheit für die Gestaltung.

Die ästhetischen und technische Anforderungen zu erfüllen, ist aber nur ein Teil der Aufgaben. Durch die vielfältigen Kombinationsmöglichkeiten von Monomeren zu Polymeren können auch Eigenschaften wie die Abbaubarkeit beeinflusst werden.

Das wiederum hat dazu geführt, dass der Umweltschutz und die Schonung der Ressourcen mittlerweile beim Produktdesign eine wichtige Rolle spielen. Das Recycling als Teil der Lebensdauer eines Produktes wird heute so als eigenständige Aufgabe in der Entwicklung angesehen.

Das wohl älteste bekannte Rezept zur Herstellung eines "Kunststoffs" stammt aus dem 16. Jahrhundert, in dem der bayerische Benediktinerpater Wolfgang Seidel eine komplizierte Prozedur beschreibt, nach der man aus Ziegenkäse ein Material erzeugen kann, das sich, solange es warm ist, in jede beliebige Form bringen lässt und nach Erkalten erstarrt. Typische Eigenschaften eines thermoplastischen Kunststoffs. 

Die theoretischen Grundlagen für solche Prozesse sollten erst 300 Jahre später entwickelt werden. Bis dahin war die Herstellung von Kunststoffen in der Hand von Tüftlern und Erfindern, die zwar weltbewegende Erfolge hatten, aber nur auf das Prinzip "Versuch und Irrtum" und ihre Erfahrung bauen konnten. Die Hochzeit der Kunststoffe bricht etwa Mitte des 19. Jahrhunderts an.

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