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- von Christian Schweizer
- Pflanzen
Kunststoff sind Makromoleküle, die aus sich wiederholenden Monomeren, sogenannten Polymeren, bestehen. Polymere sind natürlich vorkommende chemische Strukturen. Beispielsweise ist Zucker oder Stärke auch ein Polymer. Polymere bestehen aus langen, sich wiederholenden Kohlenwasserstoffmoleküle, sind ähnlich wie nebeneinander angeordnete Legosteine. Diesen Polymeren werden dann - je nach Verwendung des Kunststoffes - verschiedene Zusatzstoffe, sogenannte Additive, zugesetzt. Zusatzstoffe sind beispielsweise Weichmacher, Farbstoffe oder Stabilisatoren. Der Kunststoff kann je nach thermischem oder mechanischem Verhalten in drei Kategorien eingeteilt werden:
- Thermoplaste (sie werden durch Hitze formbar, dieser Prozess ist reversibel)
- Duroplaste (nach dem Erhitzen bleiben sie in ihrer harten Form bestehen)
- Elastomere (Druck und Dehnung verändern sich kurzfristig).
Einer der ersten Kunststoffe bestand aus Birke: Birkenpech, ein Klebstoff, der vor etwa 80.000 Jahren in der Steinzeit erfunden wurde.
Kunststoffe können daher aus reinen Naturstoffen gewonnen werden oder auch vollsynthetische Produkte sein.
Vollsynthetischer Kunststoff ist in erster Linie ein Produkt der Petrochemie und besteht daher aus Erdöl (zu kleinen Teilen wird er auch aus Kohle oder Erdgas hergestellt). Kunststoff zeichnet sich durch Langlebigkeit, Formbarkeit sowie thermische, mechanische und chemische Beständigkeit aus. Weltweit wurden im Jahr 2016 335 Millionen Tonnen Kunststoff produziert und seit 1950 wurden insgesamt rund 8.300 Millionen Tonnen Kunststoff produziert.
Megaplastisch
Große Kunststoffteile über 1m werden als Megaplastik bezeichnet.
Makroplastik
Unterer Makrokunststoff bezieht sich auf Kunststoffteile, die zwischen 5 mm und 1 m groß sind.
Mikroplastik
Über die genaue Definition von Mikroplastik besteht noch Uneinigkeit, doch die Wissenschaftler haben sich auf die Definition von Partikelgrößen unter 5 mm Durchmesser geeinigt. Es ist in primärer und sekundärer Mikroplastik unterteilt.
Primärer Mikroplastik werden aktiv hergestellt, um zum Beispiel die Hautabnutzung in Peeling-Seifen zu fördern, oder es wird als Granulat hergestellt, das dann zu Konsumgütern verarbeitet wird.
Sekundärer Mikroplastik resultieren aus dem Zerkleinerungsprozess größerer Kunststoffpartikel mittels UV-Strahlen, mechanischem Abrieb sowie bakteriellen Prozessen.
Nanoplastik
Auch hier ist man sich mit der genauen Definition nicht ganz einig. Es gibt Studien, die kleinere Partikel unter <100 nm zu Nanokunststoffen zählen, andere nur unter 1000 nm (nm = 10 ^ -9 Meter). Das Problem bei Nanokunststoffen ist die geringe Größe und damit die Fähigkeit, durch Zellen zu diffundieren. Derzeit liegen nur sehr wenige Forschungsergebnisse zu Umweltauswirkungen und gesundheitlichen Folgen von Nanokunststoffen vor. Eine kürzlich durchgeführte Studie untersuchte Nanokunststoffen in Muscheln und kam zu dem Ergebnis, dass Nanokunststoffe relativ lange im Körper verweilen und durch diesen wandern und dadurch den Organismus beeinträchtigen.
Im Allgemeinen ist man sich aber einig, dass die Auswirkungen von Nanokunststoffen schwerwiegender sind als die von Mikroplastiken.
Feste, lösliche, gallertartige und flüssige Polymere
Kunststoff kann je nach Aggregatzustand fest, flüssig, gelöst oder gelartig sein. Insbesondere in der Kosmetik sind flüssige / gelartige Kunststoffe (z. B. Polyquaternium in Shampoos) und feste Mikroplastiken (z. B. Polyethylenkugeln in Peelingseifen) häufig verborgen. Zwar gibt es ausreichende Belege für die Umweltschädlichkeit fester Mikroplastiken, doch steckt die Forschung im Bereich flüssiger / gelatinöser oder löslicher Kunststoffe noch in den Kinderschuhen. Kosmetikunternehmen versuchen daher in erster Linie, das feste Mikroplastik von den Produkten zu entfernen, tun sich jedoch schwer damit, dasselbe mit flüssigem / gelartigem Kunststoff zu tun.
Typen von Kunststoffen und deren Anwendungen
Kunststoffe werden in synthetische oder natürliche (biologisch abbaubare oder biobasierte) Kunststoffe unterteilt, und es gibt auch Mischungen zwischen den beiden Formen (Polyblends). Die am häufigsten verwendeten Kunststofftypen gehören zur Kategorie der synthetischen Kunststoffe, auf natürliche Kunststoffe entfallen derzeit nur 2,08 Millionen Tonnen pro Jahr (0,6%) (EuropeanBioplastics 2017).
Synthetischer Plastik
Synthetischer Kunststoff wird hauptsächlich aus Erdöl oder Erdgas hergestellt. Die größten Kunststoffhersteller sind: China (29%), Europa (19%), die NAFTA-Staaten (Mexiko, USA und Kanada) mit 18% und das übrige Asien (17%).
Die folgenden sechs Kunststoffe machen 90% der weltweiten Kunststoffproduktion aus:
- Polyethylen (PE)
- Polypropylen (PP)
- Polyvinylchlorid (PVC)
- Polystyrol (PS)
- Polyurethan (PU / PUR)
- Polyethylenterephthalat (PET)
Thermoplastiken
Bis zu 2/3 aller Kunststoffe sind Thermoplaste. Sie zeichnen sich durch ihre Wärmeformbarkeit und Löslichkeit in Lösungsmitteln aus. Die Einsatzmöglichkeiten sind nahezu unbegrenzt. von Umschlägen, Verpackungen, CDs bis hin zu Flaschen und Zahnrädern.
Styrolpolymere (einschließlich PS)
Dazu gehört PS, also Polystyrol. PS und andere Kunststoffe der Gruppe der Styrolpolymerisate verwenden alle den Rohstoff Styrol. Styrol ist eine flüssige, leicht entzündliche und schädliche Substanz. Styrolpolymere überzeugen jedoch durch ihre geringe Permeabilität und können daher als Folien, als Isoliermaterial oder in der Verpackungsindustrie (unter dem Handelsnamen "Styropor") eingesetzt werden.
Polyvinylchlorid (PVC)
PVC ist einer der ältesten Kunststoffe und besteht aus 57% Chlorsalzen und 43% Erdöl oder Gas. PVC ist feuerfest, leicht, stark und hat eine geringe Durchlässigkeit. Je nach Zugabe wird es als Hart- oder Weich-PVC ausgegeben. PVC wird in der Bauindustrie, als Verpackung, in der Medizin und für Schläuche verwendet. PVC wurde wiederholt wegen seines Gesundheitsrisikos (Krebsrisiko durch Chlorgas) und seiner schlechten Recyclingfähigkeit kritisiert.
Polyolefine (zB PP, PE)
Dazu gehören: Polyethylen (PE), Polypropylen (PP) sowie Polyethylen mit niedriger Dichte (LDPE) und Polyethylen mit hoher Dichte (HDPE).
Diese Kunststoffe sind alles Thermoplaste. Sie stellen mengenmäßig die größte Kunststoffgruppe dar. Sie haben eine gute chemische Beständigkeit und isolierende Eigenschaften. Sie bestehen aus Erdöl oder Erdgas und werden durch Polymerisation hergestellt. Sie werden unter anderem zu Frischhaltefolien, Tragetaschen, Agrarfolien, Behältern und Verpackungen (sowie Trinkhalmen) verarbeitet.
Polyethylenterephthalat (PET)
PET steht für Polyethylenterephthalat und besteht chemisch aus mit Säuren verbundenen Alkoholketten, den sogenannten Estern, daher gehört PET zu den Polyestern. Polyester sind sehr vielseitige Kunststoffe, sie werden als Textilfasern wie Polycotton oder Sympatex® verwendet, eine Membran, die Kleidung atmungsaktiv macht. Außerdem wird Polyester zur Herstellung von CDs, Harzen und Filmen verwendet. Bestimmte Polyestersorten kommen auch in der Natur vor und sind daher biologisch abbaubar. Sie haben jedoch eine niedrige Schmelztemperatur und eine geringe Zugfestigkeit, was ihre Verwendungsmöglichkeiten einschränkt. PET gehört zu den aromatischen Polyestern und besitzt hervorragende Materialeigenschaften, die jedoch die biologische Abbaubarkeit verringern respektive zerstören. Aufgrund seiner enormen Formbarkeit kann es für nahezu jede Verpackungsform gegossen werden, so dass PET insbesondere für Getränkeflaschen verwendet wird.
Fluorpolymere
Ein Thermoplast aus Polymeren von Fluoratomen, der beispielsweise Polytetrafluorethen (auch als Teflon bekannt oder als Gore-Tex geschäumt) enthält. Die Vielseitigkeit und Beständigkeit gegenüber Chemikalien und Temperaturen sind charakteristisch.
Polycarbonat
Chemisch besteht es aus mehreren Bindungen von Alkoholen und Kohlensäure. Das bei der Herstellung am häufigsten verwendete Bisphenol-A. Polycarbonate zeichnen sich durch hohe Festigkeit und Beständigkeit gegen Wasser oder andere Lösungsmittel aus. Sie sind transparent und farblos, weisen jedoch eine hohe Empfindlichkeit gegenüber UV-Strahlung auf. Polycarbonate sind teuer und werden in Kraftfahrzeugen (Blinkern) sowie in elektrischen und elektronischen Geräten verwendet.
Elastomere
Elastomere sind in Lösungsmitteln nicht löslich, haben aber eine hohe Elastizität und kehren so nach Verformung in ihren ursprünglichen Zustand (Gummi) zurück. Elastomere basieren unter anderem auf Naturkautschuk. Dies wird heute jedoch häufig synthetisch hergestellt. Die Herstellung von Elastomeren ist komplexer und komplexer als die von Thermoplasten. Zu den wichtigsten Elastomeren zählen Naturkautschuk und Silikonkautschuk oder Butadienkautschuk. Beide Elastomere werden aus synthetischen, meist erdölbasierten Rohstoffen hergestellt. Anwendungsgebiete sind Autoreifen oder Dichtungen.
Duroplaste
Duroplaste können nach dem Aushärten nicht mehr umgeschmolzen und verformt werden. Dies macht ihre Recyclingfähigkeit nahezu unmöglich. Anwendungen umfassen Bootsbau- oder Isolierungsmaterialien.
Phänoplasten (einschließlich PU / PUR)
Hierzu zählen Epoxidharze, Melaminharze, Polyurethane und Polyesterharze. Epoxidharz ist ein hochwertiger, teurer Kunststoff und wird für Elektro-, Schiffs-, Luft- und Raumfahrt- sowie Kunstlackanwendungen verwendet. Polyesterharze werden normalerweise mit einem Verstärkungsmaterial gemischt und ergeben dann einen sehr festen, hitzebeständigen und haltbaren Kunststoff. Diese große Flexibilität spiegelt sich in ihrem vielseitigen Einsatzbereich wider. Sie können dann in vielen Industriebereichen wie dem Schiffbau oder dem Bauwesen eingesetzt werden. Polyurethane (PU oder PUR) sind ebenfalls Bestandteil der Reaktionsharze. Sie werden als Weichschaum in Matratzen und Autositzen eingesetzt. Die Hartschäume dienen dagegen in erster Linie als Isolationsmaterial.
Bioplastik
Der Begriff Biokunststoff oder Agro-Kunststoff ist sehr breit verwendet. Einerseits kann dies bedeuten, dass der Rohstoff für Biokunststoff aus nachwachsenden (biologischen) Produkten stammt. Andererseits können Biokunststoffe auch bedeuten, dass der Biokunststoff biologisch abbaubar ist. Eine Kombination dieser beiden Werte
Für die Herstellung von Biokunststoffen werden verschiedene nachwachsende Rohstoffe verwendet: Mais, Zuckerrohr, Weizen, Baumwolle, Kartoffeln, Tapioka, Kaffeesatz, Federn und vieles mehr.
Biologisch abbaubare Stärkeprodukte aus Mais, Kartoffeln, Tapioka, Weizen oder tierischen Ursprungs wie Wolle, Seide, Gelatine oder Chitinzellulose aus Pflanzenfasern wie Baumwolle, Hanf oder Leinen
Polylactid (PLA), auch Polymilchsäure.
Die Fermentation von natürlicher Kohlenhydratmilchsäure
Nicht wirklich biologisch abbaubar
Biobasiertes Polyethylen auf Biobasis Bio-PET 30, das zu 30% aus nachwachsenden Rohstoffen besteht.
Polybutylene Adipate Terephthalate
Nachwachsende biobasierte Rohstoffe können wiederum in drei Kategorien eingeteilt werden, je nachdem, wie der natürliche Rohstoff zur Herstellung des endgültigen Biokunststoffs verwendet wurde
- Biopolymer, beispielsweise Cellulose, kann direkt von der Natur gewonnen und verwendet werden.
- Biologisch gewonnene Kunststoffe, zum Beispiel Viskose (Kunstseide), die in der Natur gewonnen, aber anschließend chemisch behandelt wurden.
- Auf natürlichen Rohstoffen basierende Kunststoffe wie Bio-Polyethylen, bei denen die Monomere zwar aus Pflanzen stammen, dann aber ähnlich wie die synthetischen Kunststoffe verarbeitet werden.
Nach Angaben des Bundesamtes für Umwelt 2017 gelangen jährlich 3.000 Tonnen biologisch abbaubare Materialien auf den Schweizer Markt, die meisten davon in Form von Müllsäcken, Lebensmittelboxen, Trinkbechern und Zubehör.
Polyblends Polyblends oder Mischungen
Dies sind Kombinationen verschiedener Polymere. Die Polymere können aus nachwachsenden (Biokunststoff) oder fossilen (Kunststoff) Rohstoffen hergestellt werden. Die Kombination kann zu interessanten neuen Möglichkeiten führen. Zum Beispiel durch Mischen eines abbaubaren, aber mit weniger guten Materialeigenschaften ausgestatteten synthetischen Polyesters mit einem Polymer aus nachwachsenden Rohstoffen. Die Herkunft der Polyblends liegt in Biokunststoffen oder synthetischen Kunststoffen, woraus sich die Nachteile ableiten lassen: unter anderem die Abbaubarkeit, der ethische Konflikt und die fossilen Rohstoffe.
Plastikzusätze
Kunststoffzusätze sind die chemischen Zusätze, die Kunststoff zu einem funktionellen Produkt machen. Die Hälfte der Zusatzstoffe sind Weichmacher, gefolgt von Flammschutzmitteln. Viele Zusatzstoffe wirken bei Freisetzung in die Umwelt toxisch. Es mangelt auch an detaillierten Kenntnissen darüber, was mit den chemischen Zerfallsprodukten der Zusatzstoffe geschieht. Ihre Toxizität, Unvorhersehbarkeit und ein hohes Maß an Umweltanreicherung machen sie zu einer der Hauptursachen für die negativen Umweltauswirkungen von Kunststoffen.
Wichtiger Kunststoff
Additive Weichmacher
werden zur Erhöhung der Flexibilität insbesondere bei der Herstellung von PVC eingesetzt
Phenthalate Flammschutzmittel
Machen Kunststoffe widerstandsfähiger gegen Verbrennung
Polybromierte Biphenyle Stabilisatoren
Schützen den Kunststoff vor UV-Licht, Hitze, Ozon usw., damit er länger hält.
Bisphenol A
Farbstoffe sind für die Farbe des Kunststoffs verantwortlich, können organischen oder anorganischen Ursprungs sein
Füller
Da einige Kunststoffe teuer sind, versuchen man sie, mit Füllstoffen anzureichern. Es gibt aber auch solche, die die Stabilität verbessern. Kalk, Ton, Kreide
Fasermaterialien
Verbessern die Stärke und die Starrheit Glasfaser, Kohlenstofffaser
Kunststoff ist aufgrund seiner chemischen Struktur sehr stabil und widerstandsfähig gegen Umwelteinflüsse. Die meisten Mikroorganismen sind nicht in der Lage, die Kunststoffe vollständig zu zersetzen, und bestimmte Kunststoffe werden von ihnen nicht abgebaut. Dies bedeutet, dass Kunststoff zwar zersetzt wird, jedoch nur in kleinere Partikel (Mikro- oder Nanopartikel), die sich dann ablagern. Darüber hinaus ist Kunststoff keiner Mineralisierung (dh seiner Umwandlung in anorganische Substanzen) ausgesetzt, da er sehr löslich ist. Es wird geschätzt, dass die vollständige Zersetzung einer Plastikflasche bis zu 450 Jahre dauert.
Es gibt immer mehr Untersuchungen, die darauf hindeuten, dass Mikroorganismen und sogar eine Raupe Plastik zersetzen können. Da die Forschung noch nicht weit fortgeschritten ist, ist es noch fraglich, ob diese Organismen unser plastisches Problem lösen können.
Im Allgemeinen sollte der Schwerpunkt auf der Bekämpfung von Ursachen und nicht auf der Bekämpfung von Symptomen liegen. Beim Verbrennen von Kunststoffen (z. B. bei der Müllverbrennung) erzeugen einige Kunststoffe giftige Produkte und schädliches Kohlendioxid. Darüber hinaus wird in vielen Ländern Kunststoffabfall in offenen Kaminen verbrannt und die giftigen Gase werden direkt in die Umwelt freigesetzt.
Auch bei der Herstellung von Kunststoffen gibt es häufig giftige Produkte. Mikroplastik zieht andere giftige Substanzen an und es kommt zu einer erhöhten Ansammlung von Umweltgiften auf seiner Oberfläche. Plastiknetze, Getränkehalter, Plastikleinen und Schnüre sind eine tödliche Bedrohung für Tausende von Tieren. Die Tiere verfangen sich darin und können dadurch erwürgt werden.
Meerestiere essen Plastik in dem Glauben, dass es Nahrung ist. Dieser Kunststoff reichert sich im Magen an und lässt die Tiere mit vollem Magen verhungern, da sie den Kunststoff nicht verdauen können. Die zersetzten Kunststoffpartikel gelangen schließlich über die Nahrungskette oder Trinkwasser zum Menschen.
Additive, die Kunststoffen ihre spezifischen Eigenschaften verleihen, sind häufig toxischer Natur (z. B. Weichmacher wie Bisphenol-A). Es ist noch völlig unklar, was beim Abbau von Kunststoff mit den oft giftigen Kunststoffadditiven passiert. All diese Gründe sprechen für einen nachhaltigen, ressourcen- und umweltschonenden Umgang mit Kunststoffen wie der Wiederverwendung.
Vor allem, wenn man bedenkt, dass in Europa nur 31% des Kunststoffs recycelt werden. Der Rest landet auf Deponien (27%) oder in der Kategorie der Energierückgewinnung (42%).
Gemäß European Bioplastics und der Norm DIN EN 13432 muss der biologisch abbaubare Kunststoff einer Kompostierungsanlage nach 3 Monaten bei einer Temperatur von 50-65 ° C einen Abbau von 90% erreichen. Da sich jedoch das biologische und physikalische Klima einer professionellen Kompostierungsanlage von dem von zu Hause unterscheidet, kann es bis zu einem Jahr dauern, bis der Hauskompost (Temperaturen zwischen 0 und 45 ° C) zersetzt ist.
Es ist auch wichtig zu erwähnen, dass, wenn Biokunststoffe nicht ordnungsgemäß entsorgt werden und in der Natur landen, kaum Bedingungen erforderlich sind, um die Kompostierung innerhalb eines angemessenen Zeitraums sicherzustellen.
Der Anbau und die Herstellung der jeweiligen Biokunststoffe können unter anderem auch viel Energie (Wasser, Strom) aufnehmen, was die Gesamtökobilanz verringern kann.
Ein Beispiel: Die Papier Trinkhalme verbrauchen beispielsweise mehr Energie in ihrem Lebenszyklus als solche aus Glas.