Kunststoff

Verschiedene Fertiggerichte in luftdichten Verpackungen.

Werkstoffe

Kunststoff

Etwa 20 Millionen Tonnen – so viel Kunststoff produzieren allein die Unternehmen in Deutschland jedes Jahr. Tendenz steigend. Der Deckel vom Coffee to go, der Joghurtbecher, die Schuhe – überall steckt Plastik drin.

Plastik dominiert im Verpackungsmarkt

Neue Kunststoffe in Fleischverpackungen töten sogar Mikroben ab und helfen so, den Inhalt länger frischzuhalten. "Aus der modernen Welt ist Plastik nicht mehr wegzudenken", sagt Ramón Català vom Institut für Lebensmitteltechnologie und Agro-Chemie in Valencia. Seit mehr als 45 Jahren forscht der Wissenschaftler an Kunststoffverpackungen. Flaschen, Becher, Schachteln oder Tüten - die Verpackungsindustrie hat das künstliche Material für sich entdeckt.

Mehr als ein Drittel der Kunststoffe in Deutschland werden zu Plastikverpackungen verarbeitet. Ein Viertel der Kunststoffe werden in der Produktion von Haushaltswaren, Möbeln, Medizin oder in der Landwirtschaft benötigt, ein Viertel im Bausektor und ein kleiner Teil in der Automobilindustrie.

Die ersten Kunststoffe entstehen

Ein Mann im orange farbenen Schutzanzug steht zwischen glänzenden Rohren in einer Fabrik und betätigt einen Hebel.

Plastikbehälter lösen zunehmend Glasflaschen ab

Kunststoffe sind rein künstlich hergestellte Materialen. Die ersten Kunststoffe entstanden, als Mitte des 19. Jahrhunderts Rohstoffe wie Holz oder Metalle immer knapper und damit teurer wurden. Die Bevölkerung wuchs stetig. Viele Forscher suchten damals nach Wegen, wie sie die herkömmlichen Werkstoffe ersetzen könnten, um Alltagsgegenstände günstig herzustellen.

1839 fand Charles Goodyear heraus, dass sich der Saft des Kautschukbaums durch Erhitzen und die Zugabe von Schwefel in Gummi umwandelt. Der Erfinder goss die ersten Gummihandschuhe aus dem neuen Material.

Der erste Kunststoff, der industriell hergestellt wurde, war Bakelit. Das hitzebeständige Material wurde lange Zeit verwendet, um Gegenstände wie Telefone, Toaster oder Föhne herzustellen.

1912 entwickelte der deutsche Chemiker Fritz Klatte ein Verfahren, um einen Kunststoff zu erzeugen, der heute etwa noch im Bausektor für Rohre, Fußbodenbeläge und als Isolationsmaterial für Elektrokabel genutzt wird: Polyvinylchlorid (PVC). Auch Schallplatten bestehen aus Polyvinylchlorid, daher auch die Bezeichnung "Vinyl".

Kunststoffe bestehen aus Molekülketten

Aus dem Saft des Kautschukbaums wird Gummi hergestellt

Aus dem Saft des Kautschukbaums wird Gummi hergestellt

Alle Kunststoffe haben eines gemein: Sie bestehen aus langen Molekülketten, den Polymeren. Die Länge dieser Ketten variiert: Die einen zählen einige tausend Moleküle, die anderen mehr als eine Million. Die Glieder der Ketten bilden Kohlenstoffverbindungen, die meist aus Erdöl, Erdgas oder Kohle gewonnen werden.

Welche Eigenschaften ein Kunststoff hat, ob er etwa eher biegsam ist oder hart, hängt vor allem von den Elementen ab, die ihm noch beigemengt werden. Das können zum Beispiel Sauerstoff (O), Wasserstoff (H), Stickstoff (N) oder Schwefel (S) sein. Die Teilchen beeinflussen, wie sich die Molekülketten verzweigen und miteinander wechselwirken.

Eine Plastiktüte schmilzt etwa auf einer heißen Herdplatte und verformt sich. Diese Gruppe der Kunststoffe wird Thermoplaste genannt. Kunststoffe, die hingegen Hitze widerstehen können und die Form beibehalten, heißen Duroplaste. Auch die Elastizität ist eine wichtige Eigenschaft von Kunststoffen: Die Elastomere bleiben in Form und kehren – trotz biegen, quetschen und drücken – immer wieder zu ihrer Ursprungsform zurück.

Kunststoffe der Zukunft

Garnelen liegen auf einem Haufen.

Die Schalen von Garnelen: eine Basis für Kunststoffe

Die Kunststoffindustrie muss umdenken. Erdöl ist teuer - und es gibt nicht unendlich viel davon. "Die Zukunft gehört den Biokunststoffen", sagt der Forscher Ramón Català. Diese lassen sich aus nachwachsenden Rohstoffen herstellen, etwa aus Soja, Mais, Zuckerrohr und sogar aus Überresten von Tieren.

Am Institut für Lebensmitteltechnologie und Agro-Chemie in Valencia arbeiten Català und seine Kollegen an einem Kunststoff, der aus den Schalen von Krebstieren wie Garnelen gewonnen wird, aus Chitosan. "Dieser Rohstoff ist als Abfallprodukt der Lebensmittelindustrie in Massen vorhanden. Er wartet nur darauf, sinnvoll genutzt zu werden", erklärt Català.

Die Tüten mancher Supermarktketten bestehen schon heute zum Teil aus Mais oder Cellulose. Um die Tüten reißfest zu machen, wird aber meist noch herkömmlicher Kunststoff beigemengt.

Plastikfolien, die Keime töten

Fleisch eingepackt in Folie.

Fleisch frischhalten: in aktiver Plastikfolie

Forscher auf der ganzen Welt suchen nach Wegen, Kunststoffe um neue Eigenschaften zu erweitern. Künftig sollen Kunststoffe auch aktiv mit der Umwelt interagieren – und etwa Lebensmittel länger frisch halten. Die neuen Plastikverpackungen fangen jene Gase ein, die Obst und Gemüse reifen lassen. "Viele dieser Kunststoffe stehen noch am Anfang der Entwicklung", sagt Català. Bisher habe sich kein Produkt auf dem Markt halten können.

An der Universität Bonn arbeitet eine Forschergruppe an einer Verpackung, die antimikrobiell wirkt und so die Haltbarkeit von Fleischprodukten verlängert. Die Folie, in der das Fleisch verpackt ist, ist hydrophob und stark positiv geladen. Sie zieht Bakterien an und bricht deren Zellwände auf, wenn sie mit dieser in Berührung kommen.

"Erste Versuche haben gezeigt, dass keine Mikroorganismen auf dem neuen Material überleben", sagt die Projektleiterin Judith Kreyenschmidt. Wenn in den weiteren Tests keine unerwünschten Nebeneffekte auftreten, könne der antimikrobielle Kunststoff in fünf bis sieben Jahren auf dem Markt sein, schätzt die Forscherin.

Kunststoffe schaden der Umwelt

Plastikflaschen und anderer Müll schwimmen im Wasser.

Plastikmüll belastet die Meere

"Im Vergleich zu Stahl, Holz oder Metall ist Plastik ein relativ preiswerter Werkstoff", sagt Franziska Krüger vom Umweltbundesamt. Zudem ermöglichen es die Kunststoffe, leichtere Fahrzeuge zu bauen, Gebäude besser zu dämmen und somit den Energieverbrauch zu senken. Das schont die Umwelt.

Plastik genießt jedoch keinen guten Ruf. Viele der Kunststoffe schaden der Umwelt, darunter das Polyvinylchlorid. Es enthält bis zu 57 Prozent Chlor. Verbrennt es, entstehen hochgiftige Chlorverbindungen und Säure. Die Schadstoffe zu entsorgen, ist sehr aufwändig und teuer.

Gerät das Plastik in die Umwelt, braucht es viele Jahre, bis es vollständig zersetzt ist. Alleine in den Weltmeeren schlummern nach Schätzungen mehr als 100 Millionen Tonnen Plastik. Es zerfällt in immer kleinere Fragmente. Meerestiere wie Fische, Krebse und Schildkröten schnappen die Teilchen auf. Chemikalien, die der Gesundheit schaden, lösen sich. Auch dem Menschen kann das schaden.

Autorin: Inka Reichert

Weiterführende Infos

Stand: 15.11.2016, 12:41

Darstellung: