Kunststoff

Die Geschichte der Kunststoffentwicklung
Die Zusammensetzung
Verwendung von Kunststoffen
Verarbeitungsverfahren
Vom Erdöl zum Kunststoff
Wiederverwertung
Die verschiedenen Kunststoffe
Chemisch gesehen

Die Geschichte
1838 erfand Victor Regnault PVC (Polyvinylchlorid). Er setzte Vinylchlorid den Sonnenstrahlen aus. Ungefähr vierundsiebzig Jahre später gelang Fritz Klatte PVC mit Chlor verbinden. So konnte das Chlor Umwelt- freundlich deponiert werden. Ab 1938 begann die Produktion von PVC.
1869 erfand der Engländer John Wesley Hyatt das Celluloid.

Zusammensetzung
Alle Kunststoffe bestehen aus Kohlenstoff (C), Wasserstoff (H) und Sauerstoff (O). In manchen kommen auch Stickstoff, Schwefel, Silizium, Fluor und Chlor vor. Aus diesen Grundstoffen werden unter komplizierten chemischen Prozessen, die Ausgangsmaterialien für die Herstellung von Kunststoff hergestellt. Der Hauptbestandteil, ohne den die Herstellung von Kunststoff gar nicht möglich wäre, ist Erdöl. Erdöl ist ein unersetzlicher Rohstoff bei der Kunststoffherstellung. Das Erdöl ist nur in begrenzten Mengen auf der Welt verfügbar. In etwa 50 Jahren sollen die Erdöl Vorräte erschöpft sein. Das heißt nicht, dass es keinen Kunststoff mehr geben wird, da man den Plastikmüll wieder einschmelzen oder auch wieder zu Erdöl verarbeiten kann. Dieser Vorgang ist aber sehr teuer und dauert sehr lange. Erst muss der Plastikmüll klein gehackt werden. Danach wird er in einen Druckkessel gefüllt und unter hohem Druck mit Zugabe von Wasserstoff (H). Das Ergebnis dieses mehrstündigen Prozesses, ist nun wieder Erdöl.

Verwendung von Kunststoffen
Ein Großteil von Kunststoffen wird im Verpackungssektor eingesetzt. Heutzutage ist jeder Gegenstand, den wir kaufen in Kunststoff-Folie eingepackt. Wenn wir uns einmal umgucken sehen wir viele Gegen- stände aus Kunststoff. Der Kunststoff ist heute ein nahezu unersetzlicher Werkstoff, da ein Großteil der Dinge aus unserem Alltag und viele Konsumgüter, Kunststoffe enthalten oder gänzlich aus ihnen bestehen.

Verarbeitungsverfahren
Es gibt viele verschiedene Verarbeitungsverfahren von Kunst- stoffen. Beim Extrudieren wird in einen beheizten, sich drehenden Zylinder, Granulat gefüllt, das dann hier zum Schmelzen gebracht wird. Am hinteren Teil der Maschine wird der Kunststoff durch eine Kühlung langsam erhärtet. Durch dieses Verfahren können zum Beispiel Schläuche, Rohre und Folien hergestellt werden.
Beim Spritzgießen wird ebenfalls durch einen beheizten Zylinder Granulat geleitet. Anders als beim Extudieren wird die noch heiße Masse in formen gepresst. Erst in der Form wird sie langsam abgekühlt. Sie ist eine der meist verwendeten Methoden, da sie passgenaue Kunststoffgegenstände produziert. Mit dieses Verfahren werden zum Beispiel Deckel, und Kunststoffbesteck hergestellt.
Beim Kalandrieren werden hauptsächlich Folien hergestellt. Aber Kunststoffe wie zum Beispiel Polyethylen können dort nicht verarbeitet werden, weil die Schmelze der Kunststoffe zu dünnflüssig ist. Die Maschine besteht aus mehreren, aneinander gereihten Walzen. Beim Extrusionsblasformen wird wie auch beim Extrudieren und Spritzgießen das Granulat in einem Zylinder geschmolzen. Am Ende des Zylinders kommt der Kunststoff als Schlauch heraus. Er wird in Hohlkörper geleitet. Dort wird dann durch einen Schlauch, Luft hineingepresst. Dadurch dehnt sich der Kunststoff aus und kühlt an den Wänden des Hohlkörpers ab. Mit diesem Verfahren lassen sich zum Beispiel Gieskannen, Kanister und Bälle herstellen.
Beim Schäumen gibt er zwei verschieden Möglichkeiten der Herstellung.
Eine Möglichkeit ist, dem Kunststoff, Sauerstoff hinzu zu führen. Die andere ist dem Kunststoff ein Triebmittel hinzufügen. Beim Erwärmen der Kunststoffkugeln, blähen sich diese auf und lassen sich formen. Dieses verfahren wird zur Herstellung von Lenkräder, Styropor und Schuhsohlen verwendet.

Vom Erdöl bis zum Kunststoff
Von einem Liter Erdöl gelangen nur ca. 4 ml in die Kunststoffproduktion. Der Rest dient als Treibstoff, Heizmittel, chemische Produkte und Kunststoffe. Auf der folgenden Graphik kann man den Entsehungsweg von Kunststoffen aus dem Rohstoff Erdöl genau erkennen. Es ist mit Prozentangaben und Pfeilen gegliedert.

Wiederverwertung
Kunststoffe sind resistent gegen alle Umwelteinflüsse. Sonneneinstrahlung, Wasser und Wind können Kunststoffen nichts ausmachen. Deshalb ist das Recyceln von Kunststoffen sehr kostenintensiv und der Kunststoff verliert an Qualität. Man kann es auch, wie auf Seite 3 beschrieben, Destillieren. Je nach Reinheitsgrad, kann man bestimmte Kunststoffe auch einschmelzen und wieder in neue Formen gießen. Heutzutage ist es möglich aus leeren Flaschen und anderem Kunststoffmüll, Kunst- stofffasern herzustellen, aus denen später ein Pullover hergestellt werden kann. Zuerst werden die Plastikabfälle zermahlen. Danach werden sie getrocknet und erhitzt. Zum Schluss lassen sie sich zu Polyesterfäden spinnen. Mit dieser Methode können künstliche „Wollfäden“ erstellt werden. Fast ähnlich ist es mit Nylon. Bei der Nylonfaden-Herstellung werden die Altkunststoffe mit Neukunststoffen vermischt und vorher in Granulat geschmolzen. Erst danach werden sie, mithilfe einer Dosierpumpe in die Spinndrüse gepresst. Die einzelnen noch instabilen Fäden werden dann zu einem Garn gesponnen und auf Rollen gewickelt. Später kann man die Fäden zu Textilien verarbeiten. Diese Kunststoffwiederverwertung lohnt sich, weil man damit sozusagen „zwei Fliegen mit einer Klappe schlägt“. Man verringert nicht nur den Kunststoffmüll sondern man hat einen günstigen Rohstoff, der von keinem mehr verwendet wird und deshalb sehr billig zu haben ist.

Die Verschiedenen Kunststoffe
Kunststoff ist nicht gleich Kunststoff. Es gibt ca. 20 verschiedene Kunststoffarten. Jede Kunststoff eignet sich für eine andere Verarbeitungs- methode und Verwendungsart. Einige Kunststoffe haben niedrige Schmelzpunkte, andere höhere
manche sind elastisch, andere wiederum fest. Die Kunststoffe müssen sich auch nicht immer ähnlich sehen. Sie können farblos, weiß oder mit Zugabe von Farbstoffen, farbig sein. Aber vor allem Unterscheiden sich die Kunststoffe in ihrer Konsistenz und Dichte. Auf der folgenden Tabelle kann man die verschiedenen Kunststoffe, ihre Erfindungsjahre und ihren Verwendungszweck sehen:

Kunststoffe Chemisch gesehen:
Kunststoffe sind sehr leicht.
Die dichte beträgt 800 bis 2200kg/m3. Im verglich zu Metallen sind Kunststoffe beständiger. Sie können weder rosten (Oxidieren) noch verwesen oder zerfallen. Ihre Leitfähigkeit ist sehr gering. Deshalb wird der Kunststoffe auch als Isolierung von Elektrischen Leitungen genutzt. Ebenfalls niedrig ist ihre Wärmeleit-fähigkeit. Deshalb werden vor allem Schaumstoffe als Dämmmaterialien verwendet. Der Schmelz- und Siedepunkt von Kunststoffen liegt bei 250 °C bist 300 °C. Kunststoffe bestehen hauptsächlich aus Kohlenwasserstoff Gruppen. Kohlen-wasserstoffe sind Stoffgruppen von Verbindungen, die aus Kohlenstoff und Wasserstoff bestehen. Die Kohlenwasserstoffe kommen in Kunststoffen vor, weil sie aus Erdöl hergestellt sind. Da Erdöl ein fossiler Brennstoff ist, beinhaltet er auch Kohlenstoff. Dadurch kommen natürlich auch die Kohlenwasserstoffe (CH) in den Kunststoffen vor. In manchen Kunststoffen kommen auch Chlor und Sauerstoff vor. Polyethylen hat die Chemische Formel CH2 = CH2. Bei Polyvinylchlorid ist sie ähnlich. CH2 = CHCl lautet die Chemische Formel von Polyvinylchlorid. Sie hat Ähnlichkeiten weil sie ebenfalls wie bei Polyethylen, Kohlenwasserstoffe beinhaltet. Anders dagegen ist, das Chlor (Cl) hinzu gekommen ist. Das auf der Seite sichtbare 3D Modell, soll die Moleküle des Polypropylens darstellen. Die blauen Atome stehen für den Kohlenstoff, die grauen für Wasserstoff. Hier eine kurze Zusammenfassung:
– Ihre dichte beträgt 800 bis 2200kg/m3.
– Schmelzpunkt liegt bei 250 °C bis 300 °C.
– Bestehen hauptsächlich aus Kohlenwasserstoffgruppen.
– Nur sehr geringe Wärmeleitung
– Nur sehr geringe Elektrische Leitung

Jeder Kunststoff hat seine eigenen Eigenschaften. Thermoplaste bestehen aus langen Molekülen. Sie sind leicht Formbar und schmelzen schnell. Sie sind eine der häufigsten verwendeten Kunststoffe. Duroplaste sind sehr hart und spröde. Sie werden beim erhitzen gegenüber anderen arten nicht wieder weich. Elastomere sind wie der Name schon sagt Elastisch. Sie werden Vulkanisiert oder Bestrahlt. Beim Erwärmen werden sie nicht weich. Autoreifen sind Elastomere. Seit etwa 16 Jahren forscht man an kompostierbaren Kunststoffen. Um einen Kunststoff biologisch abbaubar zu machen, muss man seine Eigenschaften chemisch verändern. Man muss Angriffsflächen für die Enzyme der Mikroorganismen bilden. Die Enzyme nutzen diese Angriffsflächen für ihren eigenen Stoffwechsel. Dadurch können sie aus langen Polymerketten, kurze wasserlösliche Bruchstücke machen.

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