Wie werden Kunststoffe hergestellt?
Die Kunststoffherstellung
Bei der Herstellung von Kunststoffen werden bestimmte Makromoleküle systematisch aufgebaut. Der Aufbau erfolgt aus einer Vielzahl kleiner gleichartiger Bausteine, die durch chemische Reaktion miteinander verbunden werden. Kunststoffe werden daher auch als polymere Stoffe bezeichnet, da sie durch das Aneinanderreihen und Verbinden sehr vieler Teile (poly = viele, meros = Teil) entstehen. In der Chemie nennt man diese Aufbaureaktionen Polymerisation.
Das regelmäßige Bauprinzip, bei dem sich ein bestimmter Teil des Makromoleküls ständig wiederholt (entsprechend den verwendeten Bausteinen), ist ebenso ein gemeinsames Merkmal aller Kunststoffe wie der Aufbau aus Makromolekülen.
Die Ausgangsstoffe („Bausteine“) für Kunststoffe sind einfach gebaute Kohlenstoffverbindungen, die heute aus Erdöl oder Erdgas gewonnen werden. Bis in die 60er Jahre war Kohle der wichtigste Rohstoff für die Herstellung der „Kunststoffbausteine“. Grundsätzlich eignen sich alle kohlenstoffhaltigen Rohstoffe als Basismaterial für die Gewinnung von Kunststoffbausteinen also auch nachwachsende Rohstoffe, wie z.B. Melasse (Rückstände aus der Zuckergewinnung).
Die Namen vieler Kunststoffe geben Auskunft darüber, welche „Teilchen“ für ihre Herstellung verwendet werden:
- Polyethylen = „viele Ethylenteilchen“
- Polypropylen = „viele Propylenteilchen“
- Polystyrol = „viele Styrolteilchen“
Der Kunststoff Polyethylen, aus dem z.B. alle Tragetaschen sind, entsteht beispielsweise durch Polymerisation tausender Ethylenmoleküle.
Wie viel Energie wird für die Herstellung von Kunststoffen verbraucht ?
Der Energiebedarf für Kunststoffprodukte ist oft niedriger als derjenige für Produkte aus Alternativ-Werkstoffen, obwohl der Energieverbrauch für die Herstellung eines Kilogramms Kunststoff vergleichsweise hoch liegt. Das geringe Gewicht von Kunststoffprodukten wirkt sich positiv aus.
Bei der Datenerfassung wird der Energiebedarf zunächst immer für ein Kilogramm eines Werkstoffes berechnet. Dafür werden alle erforderlichen Energiemengen addiert – von der Rohstoffgewinnung bis zum verarbeitungsfähigen Werkstoff. Rohstoffe, die auch Energieträger sind, wie z.B. Erdöl, werden dabei ebenfalls als „materialgebundener“ Energiebedarf in der Berechnung berücksichtigt.
Die folgende Darstellung gibt einen Überblick über den Energiebedarf zur Produktion von je 1kg verschiedener Werkstoffe.
In der Praxis ist ein Vergleich der Herstellungsenergie für ein Kilogramm eines Werkstoffes aber nicht relevant. Interessant ist die Gegenüberstellung von Produkten, und dabei spielt das Gewicht des Produktes eine entscheidende Rolle.
Für die Produktion von 1 kg Glas ist deutlich weniger Energie erforderlich als für die Herstellung von 1 kg Kunststoff. Aus 1 kg Glas lassen sich aber max. drei 1L Getränkeflaschen, aus 1 Kg Kunststoff dagegen 20 Flaschen mit dem gleichen Füllvolumen herstellen. Der Vergleich von Getränkeflaschen fällt eindeutig zu Gunsten des Kunststoffes aus!
Welche Zusatzstoffe werden bei der Herstellung von Kunststoffen verwendet ?
Zusatzstoffe oder Additive werden den Kunststoffen zur Verbesserung bestimmter Materialeigenschaften oder zur Erleichterung der Verarbeitung zugesetzt. Man unterscheidet daher Funktionszusatzstoffe und Verarbeitungshilfsmittel.
Wichtige Funktionszusatzstoffe sind:
- Lichtschutzmittel – sie schützen vor Schäden durch Licht
- Antioxidantien – sie schützen vor Schäden durch Einwirkung von Sauerstoff
- Füllstoffe – sie erhöhen die mechanische Festigkeit
- Farbstoffe und Pigmente – sie ermöglichen farbige Kunststoffe
- Weichmacher – sie erhöhen die Flexibilität bestimmter Kunststoffe
- Antistatika – sie verhindern die statische Aufladung von Kunststoffprodukten an der Oberfläche
Wichtige Verarbeitungshilfsmittel sind:
- Gleitmittel – sie erleichtern den Transport der Kunststoffschmelze in den Verarbeitungsmaschinen
- Hitzestabilisatoren – sie schützen die Kunststoffe bei der Verarbeitung vor Schäden durch Überhitzung
- Entformungshilfsmittel
- Treibmittel – sie ermöglichen die Herstellung von Schaumstoffen