Kunststoffe

Begriffsbestimmung "Kunststoff"

Der Begriff Kunststoff ist nicht eindeutig bestimmt. Während der Begriff „Kunststoffe“ in der jüngeren Zeit oft mit den polymeren Werkstoffen verbunden wird, kann er auch der Beschreibung bestimmter synthetischer und halbsynthetischer Materialien dienen [PlasticsEurope]. Im Englischen wird er mit dem Wort „plastics“ übersetzt [PONS]. Auch im Deutschen werden die Begriffe „Kunststoff“ und „Plastik“ häufig synonym verwendet. Beide Begriffe sind jedoch unvollständig. Während das Wort „Kunststoffe“ eine klare Differenzierung zu natürlich vorkommenden Stoffen schafft, wird keine klare Unterscheidung zu den ebenfalls künstlichen Werkstoffen Glas, Metall und Papier hergestellt. Der Begriff „Plastik“ trennt diese Werkstoffe zwar aufgrund ihrer plastischen Eigenschaften vom Plastik, doch werden beispielsweise keine Kunststoffharze eingeschlossen. Die fortan betrachteten Kunststoffe lassen sich jedoch durch jeweils einen der beiden Begriffe treffend beschreiben. Die Bezeichnungen werden dabei synonym zueinander verwendet und können entsprechend ersetzt werden. Kunststoffe setzen sich zusammen aus einem Polymer und Zusatzstoffen. Letztere verleihen dem Kunststoff seine anwendungsbezogenen Eigenschaften. Die Polymere können entweder aus der Natur gewonnen werden oder durch Polymersynthese synthetisch hergestellt werden. [Menges et al. 2014, S. 8]

Kunststoffherkunft und -herstellung

In ihrer Grundform sind Kunststoffe Polymere, das heißt sie bestehen aus Verkettungen mehrerer Monomere. Monomere sind Verbindungen aus Kohlenstoff und Wasserstoff mit mindestens zwei Kohlenstoffatomen. Sie zeichnen sich durch ihre Fähigkeit aus mit anderen Molekülen gleicher Art kovalente Bindungen einzugehen und bestimmen die Eigenschaften der gebildeten Polymere. [Abts 2016, S. 72–73] Für die industrielle Herstellung der Polymere und dann der polymeren Werkstoffe sind jedoch zunächst Monomereinheiten notwendig. Dafür werden die natürlich vorkommenden organischen Stoffe Erdöl, Kohle, und Erdgas als Basis verwendet. Mithilfe von fraktioneller Destillation werden diese Ausgangsstoffe aufgetrennt. Dazu wird beispielsweise das Erdöl auf etwa 400 °C erhitzt. Im Fraktionierturm steigt der entstehende Dampf mehrere Etagen auf. Die Glockenform der Etagendurchlässe garantiert dabei ein langsames Aufsteigen des Dampfes. Durch Absenken der Temperatur des Dampfes kommt es zur Kondensation von Kohlenwasserstoffen mit unterschiedlichen Erdölanteilen auf jeder Etage. Die Fraktionen unterscheiden sich je nach Etage in ihren Siedepunkten, also in ihren Molekülgrößen. Produkte dieser fraktionellen Destillation sind beispielsweise Gasöl mit einer Kettenlänge mit bis zu 19 Kohlenstoffatomen und 20 % Erdölanteil oder Gase mit bis zu 4 Kohlenstoffatomen oder 3 % Erdölanteil. Entscheidend für die Gewinnung von Monomeren sind nun vor allem die Benzinfraktionen (Naphtha). Diese werden für den Crackprozess verwendet. Beim Cracken werden die Kohlenwasserstoffe durch hohe Temperaturen und den Einsatz von Katalysatoren gespalten. [Schwarz et al. 2016, S. 22–23]

Abbildung 1 zeigt die Destillation von Erdöl. Je höher eine Etage angeordnet ist, desto geringer ist der Erdölanteil und desto kleiner sind die Kohlenwasserstoffketten. Die Abbildung veranschaulicht auch, wie der Glockendurchlass das Aufsteigen des Dampfes drosselt.