Was ist Plastik? Die Herstellung von Plastik, das Recycling von Plastik und die Geschichte des Plastiks hängen stark voneinander ab.

Was ist Plastik? – Herstellung, Recycling, Alternativen

Plastik hat in den letzten Jahrzehnten eine rasante Verbreitung erlebt. Aber was ist Plastik eigentlich? Welche Arten von Plastik gibt es? Welche Probleme entstehen durch Plastik?

Plastik beschreibt umgangssprachlich alle Arten an Kunststoffen. Kunststoffe werden aus Erdöl – synthetische Kunststoffe – oder durch Veränderung natürlicher Polymere – halbsynthetische Kunststoffe – hergestellt. Der bekannteste Vertreter ist Polyethylen, aus dem Rohre und Müllsäcke erzeugt werden.

Inhalt

Was ist Plastik?

Plastik steht umgangssprachlich für Kunststoff und bezeichnet eine Gruppe von Werkstoffen, die aus überwiegend Makromolekülen, einer Menge von Atomgruppen und Atomen, besteht. Weltweit werden 99 % der Kunststoffe aus Erdöl und Erdgas durch eine Reihe chemischer Reaktionen, die als Polymerisation bezeichnet werden, erzeugt. Typische Vertreter der Kunststoffe sind Polyethylen (PE), Polyvinylchlorid (PVC) sowie Polypropylen (PP).

Kunststoffe können durch Änderung der Makromoleküle, des Herstellungsablaufs oder durch Beimischung von Zusatzstoffen, den Additiven, eine Vielzahl von Eigenschaften annehmen. Sie können hart oder weich, biegsam oder starr, transparent bis undurchsichtig sowie zerbrechlich oder bruchfest sein.

Plastikflaschen mit Wasser. Was ist Plastik?

Für viele Anwendungen in unserer Welt können Kunststoffe damit die jeweiligen spezifischen Anforderungen erfüllen und so ist es nicht verwunderlich, dass pro Jahr über 400 Millionen Tonnen Kunststoff produziert werden. Kunststoff wird in Verpackungsmaterial, Kosmetika und für Bauteile in Autos oder Flugzeugen eingesetzt. Heutzutage gibt es keine Industrie mehr, die nicht mit Plastik in Berührung kommt.

Wer hats erfunden?

Die Entdeckung des Plastiks kann drei Männern zugeschrieben werden.
 
Der Amerikaner Charles Goodyear experimentierte 1839 mit Kautschuk. Durch Zufall entdeckte er dabei Gummi. Der erste halbsynthetische Kunststoff war gefunden und löste damit den ersten Kunststoff-Boom aus.
 
Der erste vollsynthetische Kunststoff wurde 1907 von Hendrik Baekland entdeckt. Angelehnt an seinen Nachnamen nannte er den neuen Stoff Bakelit. Bakelit findet noch heute in Steckdosen oder Rohren Anwendung und ist sehr ähnlich zu PVC, dem meistproduzierten Kunststoff unserer Tage (dazu unten mehr).
 

Der deutsche Chemiker Hermann Staudinger beschrieb 1922 den Vorgang der Polymerisation (mehr dazu im nächsten Kapitel). Bis zu diesen Zeitpunkt war der Vorgang bei der Entstehung von Kunststoff noch unbekannt und damit eine Herstellung undenkbar. Staudinger ebnete damit den Weg für die Massenproduktion von vollsynthetischen Kunststoffe.

Möchtest du mehr erfahren über die Geschichte des Plastiks erfahren? Dann interessiert dich vielleicht unser ausführlicher Beitrag über die Entdecker des Plastiks.

Wie wird Plastik hergestellt?

Plastik kommt in seiner Reinform nicht in der Natur vor. Es wird immer in chemischen Reaktionen hergestellt. Produkte aus natürlichem Kunststoff bezeichnen daher nur die Herkunft des Ausgangsmaterials.

Ein Erdölfeld beim Sonnenuntergang. Erdöl ist das Ausgangsprodukte für Produkte aus Plastk. Erdöl stellt damit eine zentrale Antwort auf die Frage Was ist Plastik? dar.

Am Anfang der Herstellung steht die Förderung des Erdöls. Dabei werden Wasser und Chemikalien in den Boden gepumpt, um so das Erdöl an die Erdoberfläche zu drücken. Oben angekommen wird das Erdöl abgepumpt und in großen Tanks zwischengelagert.

Von den Tanks aus gelangt das Erdöl meist direkt, manchmal erst nach einem Transport per Schiff und / oder Tanklaster, zur Raffinerie. Hier wird das Erdöl gereinigt und für die Weiterverarbeitung aufbereitet. Endprodukt dieses energieintensiven Prozesses sind z. B. Heizöl, Kerosin, Diesel oder Benzin.

Eine Erdölraffinerie im arabischen Raum.

Aus den Endprodukten werden die Plastikprodukte hergestellt. Die dabei stattfindenen chemische Reaktionen werden als Polyreaktionen bezeichnet. Bei diesen Reaktionen werden einzelne Moleküle, genannt Monomere, zu Ketten von Molekülen, den Makromolekülen, umgewandelt. Durch die Verbindung aller Makromoleküle entsteht der Kunststoff, das sogenannte Polymer.

Durch verschiedene Arten der Reaktion können Kunststoffe mit vielseitigen Eigenschaften erzeugt werden. In der Produktion von Kunststoffprodukten werden oft noch Additive hinzugegeben. Durch die Additive kann der Kunststoff besondere Eigenschaften annehmen.

Der bekannteste Vertreter der Additive sind die Weichmacher. Durch sie wird der Kunststoff elastisch und biegsam. Erst ihre Zugabe verleiht dem harten und spröden Kunststoff Polyvinylchlorid (PVC) elastische Eigenschaften und ermöglicht, dass er als Weich-Kunststoff eingesetzt wird

Bei der Herstellung von Kunststoffen werden drei Reaktionsarten unterschieden:

Polymerisation:

DIe Polymerisation von Plastik.

Durch die Polymerisation verbinden sich die Monomere mit benachbarten Monomeren zu langen Ketten. Die Reaktion erfolgt ohne Abspaltung von Nebenprodukten. Typische Kunststoffe sind Polyethylen (PE), Polyvinylchlorid (PVC) und Polystyrol (PS).

Polykondensation:

Die Polykondensation von Plastik.

Die Polykondensation verläuft in mehreren Stufen. Das Endprodukt sind lange Ketten an Monomoren. Während der Reaktion kommt es zur Abspaltung von Nebenprodukten wie Wasser. Typische Vertreter sind Polyester und Polyamide.

Polyaddition:

Die Polyaddition von Plastik.

Bei der Polyaddition werden Atome und Elektronen verschoben, um eine Verbindung von Monomeren zu ermöglichen. Es findet während der einzelnen Stunfen der Reaktion keine Abspaltung von Nebenprodukten statt und es entstehen bekannte Kunststoffe wie Polyharnstoffe oder Epoxidharze.

Welche Arten von Plastik gibt es?

Die Einteilung von Kunststoffen kann über die Betrachtung der mechanisch-thermischen Eigenschaften erfolgen. Neben dieser Einteilungsmöglichkeit gibt es noch weitere, z. B. die  Einteilung nach der Verwendung oder nach dem Ursprungsmaterial des Kunststoffes. Eine strenge Einteilung mit klaren Abgrenzungen ist oft nicht möglich, allerdings erhält man so eine gute Übersicht.

Bei der Einteilung nach den mechanisch-thermischen Eigenschaften wird Plastik nach folgenden Kriterien unterschieden:

  • Vernetzung zwischen den Molekülen: Wie sind die einzelnen Moleküle miteinander verbunden?
  • Gebrauchstemperatur: In welchem Temperaturbereich kann der Kunststoff für Anwendungen genutzt werden?
  • Glasübergangstemperatur: Ab welcher Temperatur geht der Kunststoff von einem festen Zustand in einen flüssigen bzw. zähflüssigen Zustand über?

Es werden drei Gruppen von Kunststoffen unterschieden:

Thermoplaste

Der molekulare Aufbau von Thermoplasten.

Thermoplaste stellen mit einem Anteil von über 90 % an der weltweiten Kunststoffproduktion die wichtigste Gruppe dar. Die Makromoleküle liegen hier als lange Ketten vor, die durch Wärmezufuhr beliebig oft weich und damit formbar gemacht werden können und nach der Abkühlung starr vorliegen. Zwischen den Molekülen besteht keine bzw. nur eine schwache Vernetzung.

Thermoplaste bieten damit die Vorteile einer sehr flexiblen und einfachen Herstellung.

Bekannte Thermoplaste und deren Einsatzgebiete sind

  • Polyethylen (PE) – Plastiktüten, Plastikflaschen, Rohre für Trinkwasser
  • Polypropylen (PP) – Lebensmittelverpackungen, Stoßstangen
  • Polyvinylchlorid (PVC) – Bodenbeläge, Duschvorhänge, Gummistiefel

Duroplaste

Der molekulare Aufbau von Duroplasten.

Duroplaste, auch Duromere genannt, können im Gegensatz zu den Thermoplasten nicht beliebig oft verformt werden. Nach der Polymerisation sind die Makromoleküle so stark vernetzt, dass sie erst bei hohen Temperaturen, ab ca. 100 °C, sich zersetzen. Die Duroplasten, im Gegensatz zu den Thermoplasten, erweichen auch bei höheren zwestelligen Temperaturen nicht. Bei Zimmertemperatur sind die Duroplasten spröde.

Damit eignen sich Duroplastenbesonders für Anwendung bei höheren Temperaturen und bei Anforderungen an harte Materialien. Polyesterharze oder Silikon sind typische Vertreter der Duroplasten.

Elastomere

Der molekulare Aufbau von Elastomeren.

Im Gegensatz zu Thermoplasten und Duroplasten werden Elastomere oberhalb der Glasübergangstemperatur eingesetzt.  Unterhalb dieser sind sie spröde und hart. Oberhalb sind sie elastisch.

Elastomere lassen sich beliebig elastisch verformen und kehren immer wieder in ihre Ausgangsform zurück. Sie sind daher das Material für Gummibänder, Reifen oder Dichtungsringe. Auch Gummi zählt zu Elastomeren.

Im unbelasteten Zustand liegen die Makromoleküle des Elastomers in einem Knäul zusammen. Ziehst du an dem Elastomer, lässt also sogenannte Zugkräfte im Elastomer entstehen, ziehen sich die Makromoleküle in die Länge und das Knäul an Molekülen verschwindet. Sobald die Kräfte nachlassen, du also aufhörst am Band zu ziehen, gehen die Moleküle wieder in den Ausgangszustand zurück.

Wie wird Plastik recycelt?

Derzeit gibt es keine effiziente und gleichzeitig umweltschonende Methode zum Recycling von Plastikmüll. Nur 14 % der Plastikprodukte weltweit werden recycelt. Oft geschieht hier nur ein Downcycling – das Plastik wird in minderwertigen Produkten wiederverwendet. Der Großteil des Plastiks wird verbrannt. So gelangen Schadstoffpartikel und große Mengen CO2 in die Umwelt.

Ein Mülleimer zum recycling von Bioabfall.

In Deutschland werden nur 15,6 % der Plastikabfälle recycelt. Davon haben nur 7,8 % nach dem Recycling wieder die Qualität von Neukunststoff. Um die Menge an Plastik zu reduzieren, hilft es also nicht, sich auf unser Recycling-System zu verlassen. Wir, die Bvölkerung, müssen Wege finden, den Plastikverbrauch deutlich zu reduzieren.

Die Gründe, warum nicht mehr Plastik recycelt wird, sind vielfältig. Hersteller von Kunststoffprodukten nutzen lieber neuwertigen Kunststoff, da der recycelte Kunststoff nicht so rein ist wie neuwertiger. Zudem lohnt es sich beim niedrigen Preis für Neukunststoff nicht, das alte Plastik aufwendig zu sortieren und aufzuarbeiten. Daher wird ein Großteil des Kunststoffs von Deutschland ins Ausland exportiert.

Welche Probleme gibt es mit Plastik?

Auch wenn wir auf diesem Blog viel über die Nachteile und Alternativen zu Plastikprodukten schreiben, können wir nicht verneinen, dass Plastik einige deutliche Vorteile gegenüber anderen Materialien besitzt.

Die Vorteile von Plastik sind:

    • leicht
    • einfach herzustellen
    • flexibel formbar
    • elektrisch isolierend
    • kostengünstig

Diese Eigenschaften haben dazu geführt, dass Plastik sich in in fast jeder Branche zu einem der meist genutzten Materialien entwickelt hat.

In Branchen wie der Automobil- oder der Luft- und Raumfahrtindustrie trägt Plastik hingegen zu einer deutlichen Gewichtsreduzierung und damit Einsparung von Kraftstoff bei. Im Hinblick auf den Klimawandel bietet Plastik damit einige gute Argumente für den Einsatz im Transportbereich.

Ein Flugzeug von unten.

Leider ist Plastik aber in vielen Branchen gar nicht erforderlich bzw. andere Stoffe würden hier genauso die Anforderungen erfüllen. Besonders in den Bereichen des täglichen Bedarfs gibt es viele einfache Möglichkeiten auf Produkte aus Plastik zu verzichten. Rohstoffe wie Bambus, Altpapier oder Kork bieten eine Vielzahl an Möglichkeiten, nachhaltige Produkte herzustellen bzw. in seinem Alltag zu verwenden.

Zudem weist Plastik einige entscheidene Nachteile auf:

  • hoher Ausstoß von CO2 in der Herstellung
  • Weichmacher in Plastik können zu gesundheitlichen Problemen führen
  • Keine effiziente Recyclingmethode vorhanden – Nur 14 % der Plastikprodukte werden recycelt
  • Export von Plastikmüll in Entwicklungsländer, wo der Müll ohne Schutzvorrichtungen und Filter von Menschen auf Müllhalden verbrannt wird
  • Gesundheitliche Schäden durch Mikroplastik, welches durch Nahrung aufgenommen wird
  • Qualvoller Tod von Tieren, die an Plastikabfällen verenden
Wir haben uns selbst intensiv mit den Vor- und Nachteilen von Plastik in einem weiteren Beitrag beschäftigt. Hier bekommst du nochmal einen deutlich tieferen Einblick in die Thematik.
 

Welche Alternativen gibt es zu Plastik?

Wie bereits oben angedeutet, gibt es einige sinnvolle alternative Rohstoffe zu Plastik.

Biologisch abbaubarer Kunststoff stellt dabei keine Alternative dar. Die für den Anbau benötigten Flächen stehen in direkter Konkurrenz zur Nahrungsmittelproduktion. Im ungünstigsten Fall zersetzt sich der Kunststoff noch während der Verwendung, z. B. als Verpackung. Zudem ist biologisch abbaubarer Kunststoff nicht recyclebar. Aus Erdöl hergestellter Kunststoff hingegen schon.

Noch viele weitere interessante Fakten über biologisch abbaubaren Kunststoff findest du in einem weiteren Beitrag von uns.

Bambus

Bambus ist einer der meistgenutzen Rohstoffe für plastikfreie Produkte.An Bambus kommt man nicht vorbei. Nahezu jedes plastikfreie Produkte hat eine Variante aus Bambus. Besonders Zahnbürsten und Küchenutensilien werden aus dem schnell nachwachsendem Rohstoff hergestellt.

Baumwolle 

EIn Baumwollfeld in den USA. Aus Baumwolle werden viele plastikfreie Produkte hergestellt.Baumwolle wird seit Jahrhunderten als Rohstoff in der Textilindustrie eingesetzt. Durch den Plastikboom in den 1980er Jahren, dem Fast-Fashion-Trend sowie dem Trend zu Einwegprodukten, wurde Baumwolle mehr und mehr durch Plastik ersetzt. Heutzutage finde zum Glück schon ein Umdenken statt, sodass Plastiktüten aus Supermärkten verband werden und Stoffbeutel wieder mehr verwendet werden.

Edelstahl

Edelstahl ist, ähnlich wie Baumwolle, ein weitverbreitetes und bekanntes Ausgangsmaterial für viele Produkte. Auch Edelstahl wurde von Plastik immer weiter verdrängt. Ein typisches Beispiel: Viele Brotdosen gibt es heutzutage nur noch als Plastikvariante. Edelstahl eignet sich mindestens genauso gut. Es ist leicht abwaschbar, hat ein geringes Gewicht und kostet wenig.

Neben diesen Rohstoffen gibt es noch viele weitere Alternativen zu Plastik. Glas eignet sich ähnlich wie Edelstahl für eine Vielzahl an Anwendungen anstelle von Plastik. Einige Start-Ups vertreiben sogar Produkte aus Stroh oder Gras. Wir haben einen Beitrag über die alternativen Rohstoffe zu Plastik geschrieben, in dem wir dir einen faktenreichen Einblick über die verschiedenen Materialien geben.

Fazit

Das Erfolgsprodukt Plastik kann durch viele Vorteile überzeugen. Leider stellt die Entsorgung des Plastiks derzeit noch das große Problem dar. Zu viel Plastik gelangt noch in die Umwelt und zu wenig Plastik wird von uns recycelt. Aufgrund der begrenzten Verfügbarkeit des Erdöls und des zunehmenden Klimawandels sind sinnvolle Alternativen zu Produkten aus Plastik unabdingbar.

In unserem Blog wollen wir dir Anregungen und Tipps geben, wie du einfach plastikfrei leben bzw. deinen Plastikverbrauch reduzieren kannst. Wir wollen unseren Teil dazubeitragen, dass wir die Umwelt und das Klima besser schützen.

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