Was ist Kunststoff?

Das ist eine gute Frage, auf die es wie immer bei guten Fragen keine ganz leichte Antwort gibt. Aber fangen wir mit einer einfachen Definition an, wie sich sich auch in einem Lexikon finden lassen könnte. Mit Kunststoff oder manchmal auch Plastik wird ein Material bezeichnet, das synthetisch erzeugt wurde. Dabei findet die Herstellung dieser Materialien und Produkte über Verbindungen von Polymeren statt, die meist aus organischen Gruppen bestehen. Das ist zwar generell richtig, wird aber dem Laien nicht so viel sagen können. Anders ausgedrückt lässt es sich vielleicht so darstellen. Organische Stoffe setzen sich aus Molekülen zusammen, die in der Art ihrer atomaren Zusammensetzung den Charakter des Stoffes ergeben.

Makromoleküle und Polymere

Wenn sich viele dieser Moleküle mit einer gleichen Struktur aneinander binden, spricht man von einem Makromolekül. Makromoleküle mit bestimmten Eigenschaften werden Monomere genannt, da sie aufgrund ihrer atomaren Zusammensetzung die chemische bzw. physikalische Neigung haben, mit entsprechenden Molekülen zu reagieren. Monomere werden entweder organisch oder künstlich dazu angeregt, sich zu langen Ketten aus Tausenden bis zu Millionen Einheiten zusammenzuschließen.

Je nach Eigenart der Monomere schließen sie sich nur mit ihresgleichen zusammen oder vernetzen sich mit verschieden anderen Monomeren. Das Ergebnis dieses wiederholten aneinander Bindens nennt sich Polymer. Natürliche bzw. biologische Polymere bilden Grundbestandteile des Lebens. Sie finden sich sowohl in unserer DNS, also der Erbsubstanz, wie auch in Haaren, in der Haut oder anderen organischen Stoffen.

Natürliche Polymerisation

Die Menschen lernten schon sehr früh die Polymerisation für ihre Zwecke auszunutzen. Natürlich wussten sie nicht, was genau da vor 100.000 Jahren ablief, wenn sie z.B. die Birkenrinde destillierten und daraus mit dem Birkenpech einen starken Klebstoff herstellten. Aber das Prinzip wird daran deutlich. Durch bestimmte chemische Einflüsse lassen sich die Moleküle bzw. Polymere eines Stoffes so beeinflussen, dass sie einen anderen Charakter annehmen. Dabei entstehen Eigenschaften, die sich nicht im ursprünglichen Material aus der Natur erkennen lassen. Schon die Maya benutzten den Saft des Kautschukbaums, den sie mit anderen Pflanzensäften mischten, um mit der entstehenden elastischen Masse Ball zu spielen oder sich eine Art Gummistiefel herzustellen. Als die Europäer diesen Stoff entdeckten, entstand schnell eine ganze Industrie darum, denn elastische Stoffe kannte man bis dahin kaum. Neben den wasserabweisenden Eigenschaften hatte dieser Kautschuk weitere wichtige Merkmale. So stellte man später fest, dass er auch gut isolierte. Goodyear entdeckte 1839, dass man mit Zugabe von Schwefel aus Kautschuk Gummi herstellen konnte und die anderen Pflanzensäfte nicht benötigte. Sofort blühte der Markt auf, Kautschuksamen wurden um die Welt geschmuggelt und Goodyear machte ein Vermögen mit Reifen.

Polymerisation und Kunststoffe

Als der Kautschuk in den Kriegswirren des späten 19. und frühen 20. Jahrhunderts knapp wurde, setzte sich ein Heer von Forschern an die Aufgabe, die Polymerisation des Kautschuks in Verbindung mit Schwefel künstlich zu erzeugen. Denn um nichts anderes als Polymerisation handelte es sich. Seit dem frühen 19. Jahrhundert hatten diverse Forscher bereits die organische Polymerisation benutzt, um z.B. Zelluloid, Bakelit, Buna und andere nützliche Stoffe herzustellen. Aber erst der spätere Nobelpreisträger Staudinger konnte sich ab 1917 einen Reim darauf machen, wie die Polymerisation für echten Kunststoff funktionierte. Sobald die Forscher dank Staudinger diese Prinzipien verstanden, konnten sie viel zielgerichteter an einem Kunststoff und seiner Erzeugung forschen.

Die Arten und die Einteilung der Kunststoffe

Im nächsten Blogbeitrag lesen Sie über die Einteilung der Kunststoffe, wie sie heute immer noch gilt. Die Welt der Kunststoffe wird von den drei Gruppen der Elastomere, Duroplaste und Thermoplaste bestimmt, denen so gut wie jeder Kunststoff zuzuordnen ist. Allerdings existieren diverse Mischformen. Ein neuer Kunststoff wird heute praktisch nach den gewünschten Eigenschaften entwickelt, die die entsprechenden Produkte mit sich bringen sollen. Die Zahl der verschiedenen Kunststoffe und ihrer unendlichen Mischformen hat längst die Zahl von 100.000 Kunststoffen überschritten. Wenn in der Industrie ein neuer Kunststoff bzw. neue Eigenschaften benötigt werden, reicht ein Blick in die umfangreiche Datenbank. Jedoch werden die Hauptgruppen immer noch durch Duroplaste, Thermoplaste und Elastomere gebildet.

Man entdeckte, dass bestimmte Säuren und Harze sich besonders gut eigneten, um über Hitze oder den Zusatz sogenannter Initiatoren Kettenreaktionen zu bilden, in denen sich die Makromoleküle nahezu endlos verknüpften und Stoffe mit neuen Eigenschaften bildeten. Diese Stoffe wurden bereits seit 1910 als Kunststoff bezeichnet. So wurde 1933 zum ersten Mal aus dem Gas Ethen unter hoher Hitze und hohem Druck Polyethylen hergestellt, einer der erfolgreichsten Kunststoffe überhaupt. Jahre später fand ein weiterer Forscher einen Katalysator, der für diesen Kunststoff die gleiche Kettenreaktion sogar bei Zimmertemperatur ermöglichte. Schnell wurden weltweit immer neue Kunststoffe erfunden.

Epoxidharz, Nylon, Polypropylen, PVC, Perlon und Acrylglas kamen in wenigen Jahren hinzu. Allen Kunststoffen war zwar die “künstliche” Herstellung gemein, aber in ihren Eigenschaften und in ihrer Herstellung unterschieden sie sich teils drastisch. Zusammenfassend kann man sagen, dass alle Kunststoffe aus Polymeren bestehen. Polymere kommen auch in der Natur vor und können außerdem durch die Umwandlung organischer Stoffe wie dem Kautschuk erzeugt werden. Oder aber sie werden als synthetische Stoffe erzeugt, in dem man sich der Kettenpolymerisation bedient oder die verwandten Verfahren der Polyaddition oder Polykondensation anwendet.