Haben Sie sich schon einmal gefragt, wie aus Chemikalien Kunststoffe werden?
Es ist Magie.
Ein Scherz … Eigentlich ist es Wissenschaft in Aktion. Genauer gesagt, Chemie. Kunststoffe sind das Ergebnis einer sehr realen Verbindung von Rohstoffen, Technik und Energie – alles zusammengebracht durch Chemie.
Hier ist eine kurze Einführung, wie Chemiker moderne Kunststoffe möglich machen. Keine Sorge, wenn Sie im Chemieunterricht nicht gut abgeschnitten haben. Kunststoffe können zwar hochtechnische, fortschrittliche Materialien sein, aber ihr grundlegender Aufbau ist leicht zu verstehen. Nun, zumindest für mich …
Kunststoffchemie: Wie Kunststoffe hergestellt werden
Um die heutigen Kunststoffe herzustellen, beginnen Chemiker mit verschiedenen Elementen (Atome wie Kohlenstoff, Wasserstoff, Sauerstoff usw.), die aus natürlichen Ressourcen stammen. Erinnern Sie sich an das wunderbare, elegante Periodensystem der chemischen Elemente, in dem die Bausteine für alles auf der Erde aufgeführt sind? Das ist die Liste der Inhaltsstoffe.
Chemiker kombinieren verschiedene Atome zu Molekülen, die einfach aus zwei oder mehr Atomen bestehen, die durch chemische Bindungen zusammengehalten werden. Bei der Herstellung von Kunststoffen werden diese Moleküle im Allgemeinen als Monomere bezeichnet. Diese Monomere werden dann durch chemische Bindungen zu einer Kette oder einem Netzwerk verbunden – dies wird als Polymerisation bezeichnet. Die daraus entstehenden Materialien werden als Polymere bezeichnet. Oder Kunststoffe.
(Wie Sie sehen, sind chemische Bindungen ziemlich wichtig – nicht nur, um moderne Kunststoffe zu ermöglichen. Sie organisieren auch all die Elemente, aus denen sich alles im Universum zusammensetzt – einschließlich uns Menschen. Ohne chemische Bindungen wäre das Leben nur ein chaotischer Strudel von Elementen. Eigentlich nicht viel Leben…)
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Die Wissenschaft der Kunststoffe: Thermoplaste und Duroplaste
Wenn die Monomere wie eine Kette aneinandergereiht sind (man stelle sich eine Perlenkette vor), nennt man das Polymer einen Thermoplast. Dieser Kunststoff verhält sich wie ein Eiswürfel: Er schmilzt, wenn er erwärmt wird, und verfestigt sich, wenn er abkühlt … wie Wasser, immer und immer wieder. Polypropylen (das Material, aus dem Butterdosen oft hergestellt werden) ist ein Beispiel für einen Thermoplast.
Wenn sich die Monomere zu einem dreidimensionalen Netzwerk verbinden, nennt man das Polymer einen Duroplast. Dieser Kunststoff verhält sich ähnlich wie ein Ei: Wenn er erst einmal ausgehärtet ist (oder im Falle des Eies, wenn es gekocht wurde), kann er nicht mehr in seinen klebrigen, flüssigen Zustand zurückkehren. Ein Epoxidharz aus dem Baumarkt, das beim Auftragen aushärtet, ist ein Beispiel für einen Duroplast.
Da Duroplaste ein dreidimensionales Netzwerk von Monomeren sind, können sie sehr zäh sein. Zum Beispiel werden Ihre Autoreifen aus duroplastischen Kunststoffen (oft auch als synthetischer Kautschuk bezeichnet) hergestellt.
Thermoplaste sind ebenfalls sehr widerstandsfähig, werden aber oft in weniger intensiven Umgebungen verwendet, z. B. in leichten Flaschen für Erfrischungsgetränke, die nicht wie Reifen großer Hitze und Reibung ausgesetzt sind.
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Kunststoffchemie: Immer in Bewegung
Chemiker (und andere kluge Köpfe) haben im Laufe der Zeit viele Möglichkeiten gefunden, Zutaten zu kombinieren, um neue Polymere herzustellen … und sogar Polymere zu kombinieren. Die Moleküle können mit verschiedenen Eigenschaften versehen werden, je nachdem, was wir brauchen: klebrig oder glitschig oder leicht oder weich oder hart oder schaumig oder dehnbar oder … nun, Sie verstehen schon. Deshalb werden Kunststoffe in so vielen nützlichen Alltagsprodukten verwendet, von Spateln bis zu Stoßstangen für Autos und von medizinischen Implantaten bis zu Stoffen für Kleidung.
Und das ist nur der Anfang, denn Chemiker entwickeln ständig innovative neue Kunststoffe, die Flugzeuge leichter machen, Herzen länger pumpen lassen, Lebensmittel frischer halten, Häuser energieeffizienter machen und so weiter.
So endet die Chemiestunde. Sehen Sie, das war einfach.
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