Die Arten der Kunststoffe
Kunststoffe sind synthetisch hergestellte Materialien, die hauptsächlich aus Polymeren bestehen. Diese Polymere sind Makromoleküle, die durch die Vernetzung organischer Verbindungen entstehen. Die Vielfalt der chemischen Zusammensetzungen und Herstellungsverfahren ermöglicht eine breite Palette an Materialeigenschaften, die den Einsatz von Kunststoffen in nahezu allen Industriezweigen erlaubt. Kunststoffe stellen die wichtigsten modernen Materialien dar.
Wir planen und produzieren auch für Ihre Branche und Ihr Unternehmen.
Senden Sie uns Ihre Anfrage oder rufen Sie einfach an,
wir sind gerne für Sie da.
Ökologische und wirtschaftliche Aspekte der Kunststoffe
Seit 1950 wurden weltweit etwa 9,5 Milliarden Tonnen Kunststoff produziert, wobei ein Großteil für Verpackungszwecke verwendet wurde. Jedoch hat der Kunststoff in den verschiedensten Formen Einzug in sämtliche Produktionsbereiche gefunden. In Materialdatenbanken für die industrielle Herstellung sind mittlerweile mit allen Varianten und Additiven über 100.000 verschiedene Kunststoffe nach Typen und Mischungen katalogisiert. Die moderne Gesellschaft ist ohne Kunststoffe nicht mehr vorstellbar.
Die persistente Natur von Kunststoffen führt jedoch zu erheblichen Umweltproblemen. Jährlich gelangen schätzungsweise 8 bis 12 Millionen Tonnen Kunststoffe in Form von Plastikmüll in die Weltmeere, wo sie marine Ökosysteme nachhaltig schädigen. Besonders problematisch ist die Kunststoff-Fragmentierung zu Mikroplastik (Partikel <5 mm) und Nanoplastik (Partikel <100 nm), die inzwischen in jedem Bereich der Umwelt nachweisbar sind.
Diese Partikel akkumulieren in Nahrungsketten und stellen ein potenzielles Risiko für Organismen auf allen trophischen Ebenen dar. Studien haben Mikroplastik in Meeresorganismen, Trinkwasser, Lebensmitteln und sogar in menschlichem Gewebe nachgewiesen. Die langfristigen gesundheitlichen Auswirkungen sind derzeit Gegenstand intensiver Forschung. Die Reinigung der Weltmeere und die effiziente Filterung von Mikroplastik bilden zwei der größten Probleme des Umweltschutzes.
Die wirtschaftliche Recyclingfähigkeit von Kunststoffen hängt maßgeblich von der sortenreinen Trennung ab. Nur homogene Materialströme ermöglichen ein ökonomisch und ökologisch sinnvolles Kunststoff-Recycling. Hierin liegt eine der größten Herausforderungen der gegenwärtig angestrebten Kreislaufwirtschaft.
Systematische Klassifizierung von Kunststoffen
Die Entwicklung der Kunststoffindustrie erfuhr besonders in den 1920er und 1930er Jahren einen signifikanten Aufschwung, was eine systematische Kategorisierung der Kunststoffe erforderlich machte. Die etablierte Einteilung basiert auf dem thermomechanischen Verhalten der Materialien, das direkt mit der molekularen Struktur und dem Vernetzungsgrad der Polymere korreliert.
Entscheidende Kriterien sind dabei die Verarbeitbarkeit bei unterschiedlichen Temperaturen sowie das mechanische Verhalten unter Belastung. Daraus ergeben sich drei Hauptkategorien für Kunststoffe.
Die drei Hauptkategorien von Kunststoffen
Thermoplaste
Molekulare Struktur, Eigenschaften und Verhalte
Thermoplaste bestehen aus linearen oder verzweigten Polymerketten mit relativ schwachen intermolekularen Bindungen (die sogenannten Van-der-Waals-Kräfte und Wasserstoffbrückenbindungen). Die Struktur dieser Kunststoffe ermöglicht damit ein reversibles Erweichungsverhalten bei Temperaturerhöhung. Man unterscheidet je nach Art der Herstellung zwischen teilkristallinen und amorphen Thermoplasten.
Verarbeitungseigenschaften
Bei Erhitzung durchlaufen Thermoplaste zunächst einen plastischen Zustand, bevor sie schließlich schmelzen. In diesem erweichten Zustand können die Kunststoffe durch Verfahren wie Spritzguss, Extrusion oder Thermoformen in nahezu beliebige Formen gebracht werden. Nach dem Abkühlen behalten sie diese Form bei. Die Kunststoffe können jedoch durch erneutes Erhitzen wieder verformt werden. Diese Eigenschaft macht sie besonders gut für das Recycling geeignet.
Anwendungsbeispiele und spezifische Materialien
Zu den wichtigsten Vertretern der Thermoplaste zählen:
- Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS): Verbreitet in technischen Anwendungen und dem 3D-Druck
- Polyethylen (PE): Verwendet für Verpackungen, Folien und Behälter
- Polypropylen (PP): Eingesetzt in der Automobilindustrie und für technische Bauteile
- Polyvinylchlorid (PVC): Anwendung in Rohren, Fensterprofilen und Bodenbelägen
- Polyethylenterephthalat (PET): Hauptsächlich für Getränkeflaschen und Textilfasern
Duroplaste
Molekulare Struktur, Eigenschaften und Verhalten
Duroplaste (auch Duromere genannt) zeichnen sich durch eine dreidimensionale Vernetzung ihrer Polymerketten aus. Diese räumlich vernetzte Struktur entsteht während der Aushärtung durch chemische Reaktionen, die zu kovalenten, also gerichteten Bindungen zwischen den Molekülketten führen.
Verarbeitungseigenschaften
Der Vernetzungsprozess, also die Härtung, wird durch Hitze, Druck oder spezielle Katalysatoren initiiert und ist irreversibel. Im ausgehärteten Zustand zeigen Duroplaste eine hohe mechanische Festigkeit, thermische Stabilität und chemische Beständigkeit. Bei übermäßiger Erhitzung zersetzen sie sich, anstatt zu schmelzen. Diese Eigenschaft limitiert die Recyclingfähigkeit für diese Art Kunststoff erheblich.
Anwendungsbeispiele und spezifische Materialien
Typische Duroplaste sind:
- Melaminharze: Verbreitet in Laminaten und dekorativen Oberflächen
- Epoxidharze: Verwendet in Verbundwerkstoffen, Elektronik und Beschichtungen
- Phenolharze: Eingesetzt für hochtemperaturbeständige Komponenten und Isolatoren
- Polyesterharze: Anwendung in glasfaserverstärkten Kunststoffen (GFK)
Elastomere
Molekulare Struktur, Eigenschaften und Verhalten
Elastomere besitzen zwar eine weiträumige, aber dennoch ausreichend vernetzte Polymerstruktur, um fest wirkende Körper zu erzeugen. Die Makromoleküle sind locker miteinander verbunden und bilden ein dreidimensionales Netzwerk mit erheblichen Abständen zwischen den Vernetzungspunkten.
Verarbeitungseigenschaften und mechanisches Verhalten
Diese molekulare Anordnung verleiht Elastomeren ihre charakteristische Eigenschaft: Bei Belastung können sich die Molekülketten dehnen und nach Entlastung in ihre ursprüngliche Position zurückkehren. Sie besitzen also eine ausgeprägte Elastizität und Rückstellfähigkeit. Im Gegensatz zu Thermoplasten lassen sich Elastomere durch Wärme nicht erweichen und sind in den meisten Lösungsmitteln unlöslich.
Anwendungsbeispiele und spezifische Materialien
Zu den wichtigsten Elastomeren zählen:
- Synthetischer Kautschuk (SBR): Hauptbestandteil moderner Autoreifen
- Silikonkautschuk: Verwendet in der Medizintechnik und für Dichtungen
- Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM): Eingesetzt für witterungsbeständige Anwendungen
- Polyurethan-Elastomere: Anwendung in Schuhsohlen und technischen Komponenten
Moderne Entwicklungen und Zukunftsperspektiven
Die Kunststoff-Technologie entwickelt sich kontinuierlich weiter, wobei viele aktuelle Forschungsschwerpunkte auf biobasierten Materialien, verbesserten Recyclingverfahren und funktionalisierten Kunststoffen mit speziellen Eigenschaften liegen.
Die Kombination verschiedener Kunststofftypen und der Einsatz von Additiven bei der Herstellung ermöglichen maßgeschneiderte Materialien für spezifische Anwendungen.