title: Chinin

text: Obwohl sich die protestantischen Länder nicht von der Wirkung der Chinarinde überzeugen ließen, braute der englische Arzt Robert Talbor einen Chinarindenwein und verkaufte diesen 1679 teuer an Ludwig XIV. 1663 hatte sich das Arzneimittel in Deutschland durchgesetzt, obgleich Georg Ernst Stahl die Verwendung der Chinarinde ablehnte. Erst 1709 untersuchte Francesco Torti verstärkt die Wirkung der Chinarinde gegen Malaria und konnte diese belegen. Im späten 18. Jahrhundert manifestierte sich die Chinarinde als Therapeutikum gegen Malaria. Ein Faktor hierfür war insbesondere die Kolonisation Indiens, Amerikas und Südostasiens. Das Problem zu dieser Zeit allerdings war, dass die Rinde weiterhin aus Südamerika importiert werden musste, was zum einen sehr teuer und zum anderen sehr umständlich war. Außerdem lösten sich die Andenrepubliken allmählich von der spanischen Herrschaft. Dies hatte zur Folge, dass man neue Anbaugebiete erschließen musste.


title: Chinin

text: Anfang des 19. Jahrhunderts fand man kurz nach der Entdeckung des Morphins das Chinin als wirksamkeitsbestimmenden Inhaltsstoff der Chinarinde und machte daraus einen Eckpfeiler der entstehenden Pflanzenchemie. Es wurde bereits im Jahre 1792 von Antoine François de Fourcroy in unreinem Zustand hergestellt und 1820 von Pierre Joseph Pelletier und Joseph Bienaimé Caventou durch Extraktion mit Alkohol aus der Chinarinde isoliert. Der Extrakt wurde mit Kalilauge verdünnt, worauf ein gelblicher amorpher, sehr bitter schmeckender Niederschlag entstand. Pelletier und Caventou nannten die getrocknete Substanz Chinin. 1823 wurde das Chinin vom Apotheker Friedrich Koch in Oppenheim erstmals im industriellen Maßstab aus der Rinde von Cinchona-Arten gewonnen. Das Chinin stimulierte anschließend die pflanzenchemische Forschung. Ab Mitte des 19. Jahrhunderts versuchte man, das teure Chinin durch billigere bzw. wirksamere Derivate zu ersetzen. Dadurch erhielt man 1856 das giftige Abbauprodukt Chinolin, das man wiederum zur Erforschung weiterer Fiebermittel verwendete. Über Kairin 1882, Antipyrin 1883 und weitere Substanzen gelangte man 1896 zum Pyramidon, einem der ersten weltweit erfolgreichen Präparate der pharmazeutischen Industrie, lange bevor man die Konstitution von Chinin kannte, die 1911 von Pictet aufgeklärt wurde.


title: Chinin

text: Zur Zeit des Ersten Weltkrieges wurden Chininderivate ("Eukupin", "Optochin" und "Vuzin") sowie "Rivanol" zur Behandlung der Spanischen Grippe und zur erhofften (chemotherapeutischen) Abtötung von Bakterien eingesetzt, allerdings ohne durchschlagenden Erfolg.


title: Chinin

text: Mit Chinin wurden 1916 zum ersten Mal experimentell ausgelöste neuromuskuläre Krämpfe gehemmt. Anhand weiterer Forschungsergebnisse um 1930 kristallisierten sich zwei Haupteffekte des Chinins heraus: eine neurotrope (nervenbezogene) und eine myotrope (muskelbezogene) Wirkung.


title: Chinin

text: Im Jahr 1944 wurde Chinin von Robert B. Woodward formal totalsynthetisiert, die tatsächliche Totalsynthese gelang Milan R. Uskokovic erst 1970.


title: Chinin

text: Chinin war ein sehr wichtiger Wirkstoff. Daher war die Aufklärung seiner Struktur und später die Totalsynthese ein interessantes Forschungsprojekt, das mit großer Anerkennung verbunden war. Vor allem im Zweiten Weltkrieg wurde die Forschung an der Synthese stark vorangetrieben, da viele Seewege blockiert wurden, sodass nicht genug Lieferungen mit dem Medikament die Truppen der Alliierten erreichen konnten.


title: Chinin

text: Als 1944 Woodward und Doering die Totalsynthese gelang, wurden sie deshalb auch in der Bevölkerung gefeiert. Obwohl die Synthese nie Anwendung fand, trug sie maßgeblich zur Weiterentwicklung der Naturstoff-Synthese bei. Woodward erkannte den Nutzen der Spektroskopie als Mittel zur Aufklärung von Strukturen an Stelle von chemischen Reaktionen. Dieser deutlich elegantere Weg war die Grundlage für die Synthesen von beispielsweise Cholesterin, Chlorophyll oder Vitamin B12. 1965 erhielt Woodward für seine Arbeiten an den Synthesen von Naturstoffen den Nobelpreis in Chemie.


title: Chinin

text: Schon die Strukturaufklärung war ein langer Prozess. Es dauerte 147 Jahre, bis nach der ersten Isolierung die Struktur komplett geklärt werden konnte. Dabei wurde die Summenformel, die Konstitution sowie relative und absolute Konfiguration untersucht. Die große Herausforderung bestand darin, das richtige der 16 Stereoisomeren des Chinins zu identifizieren.


title: Chinin

text: Den Anfang machte 1879 Skraup, der die Summenformel (CHNO) herausfand. 1907 bestimmte Rabe die Konstitution des Chinin-Moleküls. Auf Basis der Verknüpfung der Moleküle (ohne räumliche Orientierung) bestimmten 1950 Prelog und Häflinger die relative Konfiguration. Dies gelang ihnen durch chemische Abbaureaktionen. Dadurch bestimmten sie schrittweise jede Konfiguration an den stereogenen Zentren. Die absolute Konfiguration (es handelt sich um ein (−)-Isomer) konnte schließlich von Carter 1967 festgelegt werden.


title: Chinin

text: Nachdem die Struktur des Chinins geklärt war, begann die Forschung an der Totalsynthese von Chinin. Bis diese erstmals 1944 Robert B. Woodward und William von Eggers Doering gelang, vergingen fast 100 Jahre. Woodward und Doering brauchten 14 Monate, bis ihnen die Synthese gelang.


title: Chinin

text: Bei den Syntheseversuchen entstand unter anderem der Phenazinium-Farbstoff Mauvein (von William Perkin, der ausgehend von der Summenformel N-Allyltoluidin zu Chinin oxidieren wollte), der am Anfang der Teerfarben-Synthese steht, welche als die Wurzel der chemischen Industrie gilt.


title: Chinin

text: Die Totalsynthese, die Woodward 1944 präsentierte, bestand aus der Synthese von 7-Hydroxyisochinolin zu racemischem Chinotoxin und der Synthese von Rabe und Kindler, die bereits 1918 Chinin aus (+)-Chinotoxin gewonnen hatten.


title: Chinin

text: Den Beginn der Totalsynthese machte Louis Pasteur bereits 1853, indem er Chinin durch Erwärmen in verdünnter Säure in das isomere Chinotoxin umlagerte, und das, obwohl damals noch nichts über den Aufbau des Moleküls bekannt war. Darauf aufbauend gelang es Kindler und Rabe 65 Jahre später, 1918, Chinotoxin in einer dreistufigen Synthese in Chinin zurückzuwandeln. 1943 gelang M. Proštenik und V. Prelog die Synthese von Chinotoxin. Dafür bauten sie Cinchonin zu (+)-Homomerochinen ab. Dieses setzten sie mit Chininsäure zu (+)-Chinotoxin um.


title: Chinin

text: Die Synthese des Homomerochinens gelang schließlich Woodward und Doering 1944. Dieses stellten sie racemisch aus 7-Hydroxyisochinolin her. Das Racemat setzten sie auf dem Weg von Proštenik und Prelog zu racemischem Chinotoxin um. Mithilfe von einem D-Weinsäurederivat trennten sie die beiden Enantiomere. Den letzten Schritt, die Synthese von (+)-Chinotoxin zu Chinin, führten sie nicht mehr durch, sondern beriefen sich auf die Arbeiten von Kindler und Rabe.


title: Chinin

text: Dies führte im Nachhinein zu einigen Diskussionen. So argumentierte Gilber Stork über 50 Jahre später, dass Woodward und Doering die Arbeit von Kindler und Rabe überprüfen hätten müssen und es sich somit nicht um die erste Totalsynthese handeln könne. Gilbert Stork war auch derjenige, dem die erste stereokontrollierte Synthese von Chinin gelang, nachdem sie zuvor bereits immer weiter verfeinert wurde. Er schaffte es, in knapp 20 eleganten Reaktionsschritten die Konfiguration des chiralen Bausteins zu erhalten, weshalb nur stereoselektive Reaktionen angewandt werden konnten.


title: Chinin

text: Heute können mit einem industriellen Verfahren aus einer Tonne Rinde 30–40 kg Chinin gewonnen werden. Davon werden ca. 75 % in die Pharmaindustrie, 20 % in die Getränkeindustrie und der Rest an die chemische Industrie verkauft.


title: Chinin

text: Das erste industrielle Verfahren zur Gewinnung von Chinin aus Chinarinde wurde 1823 von Friedrich Koch vorgestellt. Dieses wurde stetig weiterentwickelt, bis zum heutigen Extraktionsverfahren. Dieses wird am Beispiel des Verfahrens der Firma Buchler & Co. aus Braunschweig gezeigt. Sie sind einer von 7 Chinin-Produzenten, der einzige in Europa und mit einem Anteil von 20–30 % Weltmarktführer.


title: Chinin

text: Im ersten Schritt wird die Rinde fein zermahlen. Das Mahlgut wird dann mit gebranntem Kalk und verdünnter Natronlauge aufgeschlossen. Das Rindenpulver ist nun aufgequollen und wird dann für mehrere Stunden mit Toluol extrahiert. Toluol als organisches Lösungsmittel löst sich nicht in Wasser, sodass die Chinaalkaloide, die Fette und Harze sich in die organische Phase extrahieren. Dieses Gemisch wird im Anschluss filtriert. Um das restliche Toluol zu entfernen, wird der Filterrückstand (Chinarinde) mit Wasserdampf behandelt. Die Toluol-Phase wird währenddessen in Flüssig-Flüssig-Extraktoren mit verdünnter Schwefelsäure versetzt. Da die Chinaalkaloide als basische Amine mit der Säure Salze bilden, gehen sie aus der organischen in die wässrige Phase über. Die Fette und Harze verbleiben in der organischen Phase. Diese wird im Anschluss abgetrennt und das Toluol über Destillation zurückgewonnen. In der wässrigen Phase (die die gesamten Chinaalkaloide enthält) wird der pH-Wert exakt eingestellt, sodass durch Kristallisation bereits 70 % des Chinins ausfällt. In der restlichen Lösung befinden sich neben dem restlichen Chinin Chinidin, Chinchoin, Chinchonidin und Chininsäure. Diese können in weiteren Kristallisationsschritten gewonnen werden. Die Kristallisationsprodukte werden auf Reinheit und Lösemittelrestgehalt untersucht und dann weiterverarbeitet.


title: Chinin

text: Chinin schmeckt bitter. Es fluoresziert in saurer Lösung bei Bestrahlung mit Ultraviolettstrahlung (315–380 nm) intensiv hellblau. Dieser Effekt liegt an der auxochromen Wirkung der Methoxy-Gruppe am 10 π-Elektronensystem des Chinolins. Die Fluoreszenz verschwindet bei Zugabe von Salzsäure, da die darin enthaltenen Chloridionen die Fluoreszenz löschen.


title: Chinin

text: Mit Chrom(VI)-oxid (CrO) kann Chinin in saurer wässriger Lösung zu Chininsäure und Merochinen oxidiert werden:


title: Chinin

text: Chinin gehört zu den ältesten Malariamitteln der Welt und ist auch als fiebersenkendes Heilmittel bekannt. Bis 1940 war Chinin das einzige wirksame Medikament gegen Malaria. Heute gibt es deutlich mehr und auch wirksamere Mittel zur Behandlung, sowie eine Impfung mit eingeschränktem Schutz.


title: Chinin

text: Ist der Mensch durch den Stich einer weiblichen Anopheles-Mücke infiziert worden, entwickelt sich der parasitäre Erreger im Körper weiter. Er gelangt über das Blut in die Leberzellen, wo er sich fortpflanzt und eine Überdauerungsform hervorbringt, die Monate oder sogar Jahre schlummern und danach wieder aktiv werden kann. Nach wenigen Tagen strömen viele Einzeller in die Blutbahn und befallen die roten Blutkörperchen. Ein Teil der Erreger geht in die Geschlechtsform der Gametozyten über, sodass eine Mücke, die den infizierten Menschen sticht, die Gametozyten aufnimmt und diese sich in ihr vermehren können. Sticht diese Mücke wiederum einen Menschen, wird dieser infiziert und der Infektionskreislauf schließt sich.


title: Chinin

text: In den infizierten roten Blutkörperchen zerlegt der Einzeller das Hämoglobin, um an die Aminosäuren des Komplexes zu kommen. Dabei bleibt als Spaltprodukt der eisenhaltige Farbstoff des Blutes, das Häm (Ferriprotoporphyrin IX), zurück. Dieses ist in freier Form für den Erreger giftig, weswegen er es in einem einmaligen Schutzmechanismus in Schichten übereinanderstapelt und so über Wasserstoffbrücken verknüpfte Häm-Dimere erhält, die in dieser gebundenen Form als nicht toxische Hämozoin-Kristalle (β-Hämatin) ausfallen. Die Kristallisation von β-Hämatin verläuft entgegen früheren Annahmen nicht enzymatisch.


title: Chinin

text: Chinin setzt an der Stelle gegen den Malariaerreger an, wo dieser die roten Blutkörperchen befällt und das Protein Globin des Hämoglobins abbaut, das für ihn giftige Häm jedoch über Biomineralisierung unschädlich macht. Hier liegt auch die Lebensbedrohung für den infizierten Menschen, da auf diese Weise bis zu 80 % der roten Blutkörperchen zerstört werden können, was zu einer Anämie führt. Außerdem verändert sich die Oberfläche von befallenen Blutkörperchen, sodass sie dazu neigen, die Kapillaren, besonders im Gehirn, zu verstopfen.


title: Chinin

text: Die pharmakologische Wirkung des Chinins besteht darin, die Biomineralisierung des Häms in das kristalline Hämozoin zu verhindern. Der exakte Mechanismus ist noch unbekannt. Es wurde noch nicht geklärt, ob Chinin beispielsweise die dimeren Häm-Komplexe bindet und eine weitere Zusammenlagerung aufhält oder ob es an den Kristallflächen eine Schutzschicht bildet. Klar ist jedoch, dass der Erreger sich durch den weiteren Abbau des Hämoglobins selbst tötet.


title: Chinin

text: Chinin wird heute kaum noch als Malariamedikament eingesetzt (meist zur Behandlung der komplizierten Malaria tropica), weil sich mittlerweile bei den Erregern Resistenzen entwickelt haben. Meist werden heutzutage Kombinationspräparate zur Prophylaxe und Therapie verwendet. Helfen diese bei schweren Krankheitsverläufen allerdings nicht, wird auch heute noch Chinin, manchmal in Kombination mit anderen Wirkstoffen gegeben. In den USA ist Chininsulfat wegen schwerwiegender Nebenwirkungen, wie Blutbildveränderungen (Thrombozytopenie) bis hin zu Todesfällen, nur zur Behandlung der Malaria tropica zugelassen.


title: Chinin

text: Die Malariabehandlung erfolgt über eineinhalb bis zwei Wochen mit oralen Gaben von Chininsalzen in Dosierungen, die mindestens 0,8 bis 1,0 Gramm freier Chininbase pro Tag entsprechen (z. B. Tagesgabe von 1,95 Gramm Chininsulfatdihydrat).


title: Chinin

text: Chinin wirkt außerdem schmerzstillend, in unmittelbarer Umgebung betäubend und fiebersenkend. In China wird es aufgrund der fiebersenkenden und schmerzstillenden Wirkung in geringen Dosen Mitteln zur Behandlung von grippalen Infekten beigemischt.


title: Chinin

text: Chinin wirkt auch krampflösend und wird deshalb (als Chininsulfat) zur Vorbeugung und Behandlung bei Muskelkrämpfen (z. B. nächtlichen Wadenkrämpfen) eingesetzt. Hierbei wird jedoch eine weitaus geringere Dosis als bei der Malariabehandlung verwendet. Man geht von einer Tagesdosis von 200 bis 400 Milligramm aus. Chinin wirkt an der motorischen Endplatte an den Verbindungsstellen zwischen Nerven und Muskelfasern. Die Funktion des Muskels wird dadurch nicht beeinträchtigt. Die Eliminationshalbwertszeit von Chinin beträgt 11–12 Stunden bzw. 18 Stunden.


title: Chinin

text: In Deutschland ist die Anwendung von Chinin zur Verhütung und Behandlung nächtlicher Wadenkrämpfe unter dem Handelsnamen "Limptar N" zugelassen. In Studien wurde die Reduzierung von Krampfhäufigkeit, Krampfintensität und Krampfdauer durch Chinin dokumentiert. Unter anderem wegen der schweren Nebenwirkungen forderte das Bundesinstitut für Arzneimittel und Medizinprodukte (BfArM) schon länger eine Verschreibungspflicht für Chinin. Dem ist der Gesetzgeber nachgekommen: Seit 1. April 2015 unterliegt Chinin der Verschreibungspflicht, ist also nicht mehr ohne Rezept zu erhalten.


title: Chinin

text: Chinin wirkt anregend auf die Gebärmuttermuskulatur und wurde früher als wehenförderndes Mittel eingesetzt. In diesem Zusammenhang wurde Chinin als Abortivum (Abtreibungsmittel) missbraucht, was auf Grund der Aufnahme sehr hoher Dosen oftmals zum Tod der Mutter führte. Das Bundesinstitut für Risikobewertung (BfR) warnt wegen der Wirkung auf die Gebärmuttermuskulatur in einer Publikation Schwangere vor der Einnahme.


title: Chinin

text: Chinin kann bei empfindlichen Personen allergische Reaktionen auslösen. Zudem sollte das Medikament bei Personen mit Überempfindlichkeiten gegen China-Alkaloide oder Xanthine vorsichtig eingesetzt werden. Personen mit Glukose-6-Phosphat-Dehydrogenase-Mangel, Tinnitus, Optikusneuritis, Myasthenia gravis, peptischem Ulcus oder Gastritis sollten auf das Präparat verzichten. Kinder, ältere Patienten oder Patienten mit ernsthaften Herzkrankheiten, Leberkrankheiten und Nierenkrankheiten sollten kein Chininsulfat einnehmen. Da Chinin fruchtschädigend wirkt, darf es nicht von Schwangeren eingenommen werden. In der Stillzeit ist es kein geeignetes Medikament, da Chinin über die Muttermilch an den Säugling abgegeben wird.


title: Chinin

text: Eine mögliche Oxidation des Hämoglobins durch aufgenommenes Chinin kann eine Methämoglobinämie verursachen.


title: Chinin

text: Bei Chininsulfat können vor allem bei längerer Einnahme und hohen Dosen Tinnitus, Übelkeit und Sehstörungen auftreten. Weitere Nebenwirkungen betreffen den Gastrointestinaltrakt, das Nervensystem, das kardiovaskuläre System und die Haut. Überempfindlichkeiten manifestieren sich meist durch Hautrötungen, Juckreiz, Fieber, Hautausschlag, Magenbeschwerden, Ohrensausen oder Sehstörungen. Seltene Nebenwirkungen sind Hämoglobinurie, Asthma und thrombopenische Purpura.


title: Chinin

text: Chinin ist wie jedes Präparat in Abhängigkeit von der Dosierung giftig. ("siehe auch: Cinchonismus") Eine Überdosis führt unter anderem zu Schwindelgefühl, Kopfschmerz, Tinnitus, Taubheit, vorübergehender Erblindung und Herzlähmung. Die Nebenwirkungen beruhen auf einer Hemmung von Enzymen der Gewebsatmung sowie einer Blockierung der Synthese der Desoxyribonukleinsäure. Die tödliche Dosis liegt für einen erwachsenen Menschen bei etwa fünf bis zehn Gramm Chinin. Der Tod tritt durch zentrale Atemlähmung ein.


title: Chinin

text: Da Chinin das QT-Intervall im EKG verlängert, muss darauf geachtet werden, es nicht mit anderen Medikamenten einzunehmen, die ebenfalls eine verlängernde Wirkung auf die QT-Zeit haben. Dies könnte zu Torsade de pointes und zum Herzstillstand führen.


title: Chinin

text: In der Leber hemmt Chinin den Abbau anderer Wirkstoffe und erhöht so den Wirkstoffspiegel. Vor allem bei Präparaten wie Digitalis, Muskelrelaxantien und Antikoagulantien müssen Wechselwirkungen berücksichtigt werden.


title: Chinin

text: Das bitter schmeckende Chinin wird in geringen Mengen Getränken wie Bitter Lemon oder Tonic Water zugesetzt. Als Höchstmenge ist in Deutschland 85 mg/kg in alkoholfreien Getränken, 300 mg/kg in Spirituosen zugelassen. Generell ist es ein beliebter Bittermacher der Lebensmittelindustrie und beispielsweise in Magenbitter zu finden.


title: Chinin

text: Da es sich jedoch um eine pharmakologisch wirksame Substanz handelt, muss die Verwendung in Deutschland in alkoholfreien Getränken stets kenntlich gemacht werden.


title: Chinin

text: In der chemischen Reaktionsführung kann Chinin bzw. dessen Derivate in asymmetrischen Synthesen eingesetzt werden. Aufgrund der Tatsache, dass Chinin enantiomerenrein aus der Natur gewonnen werden kann, wird es besonders dazu genutzt, mit Enantiomeren diastereomere Paare zu bilden, welche sich in chemischen und physikalischen Eigenschaften unterscheiden. Damit ist eine Trennung der zuvor chemisch und physikalisch identischen Enantiomere möglich. Chinin dient zudem oft als Katalysatorbestandteil für die Induktion einer spezifischen stereochemischen Information, damit bei einer Synthese ein höherer Anteil eines Enantiomers erhalten wird (hoher "ee"-Wert). Beispiele sind Epoxidierungen, Dihydroxylierungen und Aminohydroxylierungen an Doppelbindungen.


title: Kunststoff

text: Als Kunststoffe (auch Plaste, selten Technopolymere, umgangssprachlich Plastik) werden Werkstoffe bezeichnet, die hauptsächlich aus Makromolekülen bestehen.


title: Kunststoff

text: Wichtige Merkmale von Kunststoffen sind ihre technischen Eigenschaften, wie Formbarkeit, Härte, Elastizität, Bruchfestigkeit, Temperatur-, Wärmeformbeständigkeit und chemische Beständigkeit, die sich durch die Wahl der Makromoleküle, Herstellungsverfahren und in der Regel durch Beimischung von Additiven in weiten Grenzen variieren lassen. Kunststoffe werden bezüglich ihrer physikalischen Eigenschaften in drei großen Gruppen unterteilt: Thermoplaste, Duroplaste und Elastomere. Die ISO 1043 legt für eine große Anzahl von Kunststoffen Kurzzeichen fest.


title: Kunststoff

text: Kunststoffe werden zu Formteilen, Halbzeugen, Fasern oder Folien weiterverarbeitet. Sie dienen als Verpackungsmaterialien, Textilfasern, Wärmedämmung, Rohre, Bodenbeläge, Bestandteile von Lacken, Klebstoffen und Kosmetika, in der Elektrotechnik als Material für Isolierungen, Leiterplatten, Gehäuse, im Fahrzeugbau als Material für Reifen, Polsterungen, Armaturenbretter, Benzintanks und vieles mehr.


title: Kunststoff

text: Die jeweiligen Makromoleküle eines Kunststoffes sind Polymere und daher aus wiederholenden Grundeinheiten aufgebaut. Die Größe der Makromoleküle eines Polymers variiert zwischen einigen tausend bis über eine Million Grundeinheiten. Beispielsweise besteht das Polymer Polypropylen (Kurzzeichen PP) aus sich vielfach wiederholenden Propyleneinheiten. Die Polymere können unverzweigte, verzweigte oder vernetzte Moleküle sein.


title: Kunststoff

text: Die Polymere können aus Naturstoffen gewonnen oder rein synthetisch sein. Synthetische Polymere werden durch Kettenpolymerisation, Polyaddition oder Polykondensation aus Monomeren oder Prepolymeren erzeugt. Halbsynthetische Kunststoffe entstehen durch die Modifikation natürlicher Polymere (vorwiegend Zellulose zu Zelluloid), während andere bio-basierte Kunststoffe wie Polymilchsäure oder Polyhydroxybuttersäure durch die Fermentation von Zucker oder Stärke hergestellt werden.


title: Kunststoff

text: Zwischen 1950 und 2015 wurden weltweit rund 8,3 Mrd. Tonnen Kunststoff hergestellt – dies ergibt etwa 1 Tonne pro Kopf der Weltbevölkerung. Die Hälfte der Produktion stammt aus den letzten 13 Jahren. Von dieser Menge wurden ca. 6,3 Mrd. Tonnen zu Abfall, der zu 9 % recycelt, zu 12 % verbrannt und zu 79 % auf Müllhalden deponiert wurde bzw. sich in der Umwelt anreichert. Kunststoffe im Allgemeinen stehen wegen der Abfallproblematik und möglicher Gesundheitsgefahren in der Kritik.


title: Kunststoff

text: Biopolymere und natürlich vorkommende Polymere werden von Menschen schon seit Urzeiten verwendet. Alle Tiere und Pflanzen enthalten in ihren Zellen Polymere. Holz diente dem Menschen zunächst als Brennholz und Werkzeug, etwa als Wurfholz, Speer und als Baumaterial. Der Zellverband Tierhaut oder Fell wurde durch Gerben stabilisiert, damit vor dem raschen Verwesen geschützt und so zu haltbarem Leder. Aus Wolle, abgeschnittenen Tierhaaren, wurden durch Verspinnen und Weben oder durch Filzen Bekleidung und Decken hergestellt.


title: Kunststoff

text: Birken lieferten den ersten Kunststoff der Menschheitsgeschichte, das aus Birkenrinde durch Trockendestillation gewonnene Birkenpech, das sowohl Neandertalern als auch dem steinzeitlichen Homo sapiens als Klebstoff bei der Herstellung von Werkzeugen diente.


title: Kunststoff

text: In Mesopotamien wurden Wasserbecken und Kanäle mit natürlichem Asphalt abgedichtet. Ebenso wurden dort bestimmte Baumharze als Gummi Arabicum eingesetzt und nach Europa exportiert. Aus Europa ist Bernstein als fossiles Harz für die Verwendung bei Pfeilspitzen und Schmuckgegenständen bekannt. Im Mittelalter wurde Tierhorn durch bestimmte Verfahrensschritte in einen plastisch verformbaren Stoff verwandelt. Bereits um 1530 wurde im Hause der Fugger nach einem Rezept des bayerischen Benediktinermönches Wolfgang Seidel transparentes Kunsthorn aus Ziegenkäse gefertigt und vertrieben.


title: Kunststoff

text: Im 17. und 18. Jahrhundert brachten Naturforscher aus milchigen Baumsäften gewonnene, elastische Massen (Kautschuk) aus Malaysia und Brasilien mit. Für diese wurde in Deutschland der Begriff "Gummi" eingeführt. Seit Mitte des 19. Jahrhunderts entwickelte sich eine rasch wachsende Gummi-Industrie.


title: Kunststoff

text: Der Erfinder Charles Goodyear stellte 1839 fest, dass sich Kautschuk bei Hitzeeinwirkung durch Zusatz von Schwefel in Gummi umwandelt. Dieser Prozess wird Vulkanisation genannt. Charles Goodyear fertigte aus dem neuen Material zunächst Gummihandschuhe. Um 1850 entdeckte er außerdem Hartgummi, ein durch Erhitzen in Gegenwart von Schwefel erhärteter Naturkautschuk, der anfangs als Ebonit vermarktet wurde. Daraus wurden zum Beispiel Schmuckstücke, Füllfederhalter, Klaviertasten, Tabakpfeifen und Teile von Telefonen hergestellt. Dieser erste Duroplast startete die Entwicklung der Kunststoffe als Werkstoff im Umfeld des Menschen.


title: Kunststoff

text: Die Entwicklung des Zelluloids ist mehreren Chemikern zu verdanken. Christian Friedrich Schönbein entwickelte 1846 die Schießbaumwolle, indem er Baumwolle mit Salpetersäure versetzte. Der Engländer Maynard löste Schießbaumwolle in einem Ethanol-Äther-Gemisch und erhielt nach Verdampfung elastische Häutchen (Kollodium). Der Engländer Cuttin verknetete das Kollodium mit alkoholischer Campherlösung zu Zelluloid. Im Jahr 1869 nutzte John Wesley Hyatt das Zelluloid als Kunststoff und entwickelte drei Jahre später die erste Spritzgussmaschine. Später wurde in England das Zellulosenitrat zur Imprägnierung von Textilien entwickelt.


title: Kunststoff

text: Max Fremery und Johann Urban lösten mit einer ammoniakalischen Kupferhydroxidlösung Zellulose auf. Mit dieser Lösung (Cupro) konnten leicht Kupfer-Reyon-Fäden als erste Viskosefaser hergestellt werden.


title: Kunststoff

text: Adolf von Baeyer beschrieb 1872 die Polykondensation von Phenol und Formaldehyd. Der belgische Chemiker Leo Hendrik Baekeland untersuchte die Wirkung von Säure und Alkali bei dieser Reaktion und entwickelte 1907 ein Verfahren (seit 1909 in der technischen Produktion) zur Herstellung und Weiterverarbeitung eines Phenolharzes. Dieser von ihm Bakelit getaufte Kunststoff war der erste in großen Mengen industriell hergestellte, synthetische Duroplast. Dank seiner Eignung als elektrischer Isolator wurde er unter anderem in der aufstrebenden Elektroindustrie eingesetzt.


title: Kunststoff

text: Wilhelm Krische und Adolf Spittler entwickelten 1885 das Galalith (Kunsthorn). Der Kunststoff ähnelt stark dem tierischen Horn oder Elfenbein. Das Kunsthorn wird aus Kasein und Formaldehydlösung hergestellt. Es wurden daraus zum Beispiel Knöpfe, Anstecknadeln, Gehäuse für Radios, Zigarettendosen, Spielzeuge, Griffe für Regenschirme in den verschiedensten Farben gefertigt.


title: Kunststoff

text: Der deutsche Chemiker Fritz Hofmann meldete 1909 ein Patent auf den synthetischen Kautschuk Methylkautschuk an. Die ersten vollsynthetischen Reifen aus Isoprenkautschuk wurden 1912 hergestellt.


title: Kunststoff

text: Der Berliner Apotheker Eduard Simon beschrieb im Jahr 1839 das Polystyrol. Das Styrol verwandelte sich zunächst in eine gallertartige Masse. Im Jahr 1909 untersuchte Hans Stobbe die Polymerisationsreaktion von Styrol detailliert. Erst zwanzig Jahre später wurde diese Entdeckung genutzt.


title: Kunststoff

text: Im Jahr 1835 entdeckte Victor Regnault das Vinylchlorid, aus dem sich Polyvinylchlorid (PVC) herstellen ließ. Die erste Patentierung von PVC und von Polymeren aus Vinylacetat geht auf Fritz Klatte im Jahr 1912 zurück. Als weltweiter Pionier der Kunststoffverarbeitung gilt aber Coroplast, das sich als eines der ersten Unternehmen mit der Verarbeitung des PVC beschäftigte. Erst 1950 wurde dieses Verfahren durch Verbesserungen von Dow Chemical abgelöst.


title: Kunststoff

text: Schon 1901 befasste sich Otto Röhm mit der Herstellung von Acrylsäure und Acrylsäureestern, aber erst 1928 fand er die für die Polymerisation besser geeigneten Methacrylsäuremethylester (MMA). Das 1933 erteilte Patent für Polymethylmethacrylat (PMMA, Markenname Plexiglas) startete eine neue Ära.


title: Kunststoff

text: Bis Ende des 19. Jahrhunderts war wenig über die genauen Strukturen polymerer Materialien bekannt. Es war lediglich aus Dampfdruck- und Osmosemessungen bekannt, dass es sich um sehr große Moleküle mit hoher Molmasse handeln müsste. Fälschlicherweise bestand die Meinung, dass es sich um kolloidale Strukturen handele.


title: Kunststoff

text: Als Vater der Polymerchemie gilt der deutsche Chemiker Hermann Staudinger. Bereits 1917 äußerte er vor der Schweizerischen Chemischen Gesellschaft, dass „hochmolekulare Verbindungen“ aus kovalent gebundenen, langkettigen Molekülen bestehen. 1920 veröffentlichte er in den "Berichten der Deutschen Chemischen Gesellschaft" einen Artikel, der als Begründung der modernen Polymerwissenschaften gilt. Vor allem in den Jahren von 1924 bis 1928 folgten weitere wichtige Theorien über den Aufbau von Kunststoffen, die die Grundlage für das heutige Verständnis dieser Werkstoffklasse bilden. Für diese Arbeiten erhielt Staudinger 1953 den Nobelpreis.


title: Kunststoff

text: Die Arbeiten Staudingers ermöglichten der chemischen Industrie nun, basierend auf gesicherten naturwissenschaftlichen Grundlagen, eine rasante Entwicklung auf dem Gebiet der Polymerchemie.


title: Kunststoff

text: Der Münchner Chemiker Ernst Richard Escales gab 1910 der Werkstoffgruppe den Namen „Kunststoffe“. Die von ihm gegründete gleichnamige Zeitschrift erschien erstmals 1911.


title: Kunststoff

text: Bei dem Unternehmen Imperial Chemical Industries (ICI) in Großbritannien wurde unter hohem Druck (200 bar) und bei hohen Temperaturen im Jahre 1933 erstmals Polyethylen hergestellt. Erst zwanzig Jahre später entwickelte Karl Ziegler ein Verfahren, das mit Katalysatoren aus Aluminiumalkylen und Titantetrachlorid die Polymerisation von Ethen zu Polyethylen schon bei Raumtemperatur erlaubt. Das Niederdruck-Polyethylen erwies sich als wärmestabiler und mechanisch belastbarer. Kurz darauf fanden Ziegler und Giulio Natta einen Katalysator zur Polymerisation von Propen zu Polypropylen. 1955–1957 liefen die großtechnischen Synthesen von Polyethylen und Polypropylen an. Heute sind die so hergestellten Polyethylene (PE) und Polypropylen (PP) neben Polystyrol (PS) die am häufigsten als Verpackungsmaterialien von Lebensmitteln, Kosmetika etc. verwendeten Kunststoffe. Ziegler und Natta erhielten im Jahre 1963 für ihre Arbeiten den Nobelpreis für Chemie.


title: Kunststoff

text: Kunststoffe aus Polyestern wurden schon sehr früh angedacht (Berzelius, 1847). 1901 gab es Glyptalharze (aus Glycerin und Phthalsäure). Fritz Hofmann, Wallace Hume Carothers und Paul Schlack suchten erfolglos nach synthetischen Fasern auf Basis von Polyestern. Erst den Briten Whinfield und Dickson gelang bei Calico Printers im Jahre 1941 die Herstellung von brauchbaren Polyesterfasern (Polyethylenterephthalat, PET). Wichtige Polyesterfasern wurden Dacron (DuPont), Diolen (ENKA-Glanzstoff), Terylen (ICI), Trevira (Hoechst).


title: Kunststoff

text: In Ludwigshafen begann 1934 die Herstellung von Epoxidharzen nach einem Verfahren von Paul Schlack. 1935 wurde gleichzeitig von Henkel (Mainkur) und Ciba (Schweiz) die Entwicklung von Melaminharz beschrieben.


title: Kunststoff

text: Im Jahr 1931 meldete der US-Chemiker Wallace Hume Carothers bei DuPont ein Patent für ein Polyamid aus Hexamethylendiamin und Adipinsäure an. Erst sieben Jahre später war die neue Kunstfaser Nylon (1938) verkaufsfähig. Das von Paul Schlack 1937 hergestellte Polyamid 6 auf Basis von Caprolactam wurde Perlon getauft. Die großtechnische Herstellung begann 1939 bei den IG-Farben. Das Herstellungsverfahren von Perlon in Deutschland war preiswerter als die Nylonproduktion in den USA.


title: Kunststoff

text: Etwa zeitgleich begannen die Buna-Werke der I.G. Farben mit der Fertigung von Buna (Buna S und Buna N) als synthetischem Gummi-Ersatz. 1939 entwickelte Otto Bayer das Polyurethan (PU) in Leverkusen.


title: Kunststoff

text: Bei DuPont wurde 1938 der Kunststoff Polytetrafluorethylen (Teflon) von R.J. Plunkett entwickelt, der eine hohe Temperaturbeständigkeit und eine außergewöhnliche chemische Beständigkeit aufwies. Die Verarbeitung bereitete jedoch Probleme. Erst 1946 ging Teflon in die Großproduktion.


title: Kunststoff

text: Silikon hatte im Jahr 1901 bereits Frederic Stanley Kipping aus Silanonen hergestellt. Erst durch die Synthese von Organosiliciumhalogeniden mit Alkylhalogeniden gelang es 1944 in den USA und Deutschland, Silikon günstig herzustellen (Eugene G. Rochow, Richard Müller).


title: Kunststoff

text: Seit Anfang der 1930er Jahre war die Polymerisation von Acrylnitril bekannt. Es war als Kunststoff jedoch so nicht brauchbar. Der Chemiker Rein konnte Polyacrylnitril in Dimethylformamid lösen und so für die Kunststoffproduktion brauchbar machen. 1942 wurde bei den IG Farben ein Polymerisationsverfahren zu Polyacrylnitril entwickelt. 1942 entdeckte Harry Coover (USA) bei Eastman Kodak den „Sekundenkleber“ Methylcyanacrylat.


title: Kunststoff

text: Je nach Blickwinkel des Betrachters und Anforderung können Kunststoffe verschiedenartig eingeteilt werden. Gängig sind Einteilungen nach mechanisch-thermischem Verhalten (häufigste Einteilung), Ursprung (natürlich oder synthetisch), Verwendung oder Entstehungsreaktion. Eine strenge Abgrenzung einzelner Kunststoffe ist oft nicht möglich, diese Einteilungen bieten allerdings eine gute Übersicht.


title: Kunststoff

text: Die Einteilung nach mechanisch-thermischem Verhalten erfolgt in Thermoplaste, Duroplaste und Elastomere. Außerdem existieren mit deutlich untergeordneter Bedeutung thermoplastische Elastomere und reversible Duroplaste. Diese Einteilung ist anwendungstechnischer Herkunft. Die unterschiedlichen Polymerklassen unterscheiden sich in ihren mechanischen Eigenschaften aufgrund der unterschiedlichen Vernetzung und dem jeweiligen Verhältnis zwischen Gebrauchstemperatur (meist Raumtemperatur) und physikalischer Übergangstemperatur (Glasübergangstemperatur und Schmelzpunkt).


title: Kunststoff

text: Thermoplaste sind Kunststoffe, die aus langen linearen Molekülen bestehen. Durch Energiezufuhr werden diese Materialien beliebig oft weich und formbar (plastisch) und schmelzen schließlich. Sie können durch verschiedene Ur- und Umformverfahren in die gewünschte Form gebracht werden. Nachdem das Werkstück abgekühlt ist, behält es seine Form bei. Dieser Prozess ist somit reversibel (lat. umkehrbar). Ursache für dieses Verhalten sind fadenförmige, lineare Makromoleküle.


title: Kunststoff

text: Die meisten der heute verwendeten Kunststoffe fallen unter diese Gruppe (Polyethylen, Polypropylen, Polystyrol, Polyester). Für einfache Konsumwaren, Verpackungen etc. werden sie ebenso häufig eingesetzt wie für technische Teile in der Automobil- und Elektroindustrie oder in der Bauindustrie, insbesondere für Dachbahnen, Fensterprofile und Rohre.


title: Kunststoff

text: Um neue, bisher noch nicht vorhandene Eigenschaften zu erzeugen, können zwei oder mehrere (miteinander verträgliche) Thermoplaste vermischt werden (Polymerblend).


title: Kunststoff

text: Teilkristalline Thermoplaste (Beispiele): POM – Polyoxymethylen, PE – Polyethylen, PP – Polypropylen, PA – Polyamid, PET – Polyethylenterephthalat, PBT – Polybutylenterephthalat.


title: Kunststoff

text: Amorphe Thermoplaste (Beispiele): ABS – Acrylnitril-Butadien-Styrol, PMMA – Polymethylmethacrylat, PS – Polystyrol, PVC – Polyvinylchlorid, PC – Polycarbonat, SAN – Styrol-Acrylnitril-Copolymer, PPE – Polyphenylenether.


title: Kunststoff

text: Duroplaste (Duromere) sind Polymere, die in einem Härtungsprozess aus einer Schmelze oder Lösung der Komponenten durch eine Vernetzungsreaktion hervorgehen. Diese irreversible Reaktion wird meist durch Erhitzen bewirkt (daher der englische Fachterminus "thermosets"), kann aber auch durch Oxidationsmittel, energiereiche Strahlung oder Einsatz von Katalysatoren initiiert und beschleunigt werden. Eine Erwärmung von Duroplasten führt nicht zu einer plastischen Verformbarkeit, sondern lediglich zu deren Zersetzung. Ausgehärtete Duroplaste sind meist hart und spröde sowie im weitergehenden Fertigungsprozess nur noch mechanisch bearbeitbar. Ursache für dieses Verhalten sind die raumvernetzten Makromoleküle.


title: Kunststoff

text: Wegen ihrer mechanischen und chemischen Beständigkeit auch bei erhöhten Temperaturen werden sie häufig für Elektroinstallationen verwendet. Der verbreitetste und älteste Kunststofftyp dieser Klasse sind die Phenoplaste. In diese Gruppe fallen auch Polyesterharze, Polyurethanharze für Lacke und Oberflächenbeschichtungen und praktisch alle Kunstharze wie beispielsweise Epoxidharze.


title: Kunststoff

text: Durch Druck oder Dehnung können Elastomere ihre Form kurzzeitig verändern, nach Beendigung von Druck oder Dehnung nimmt das Elastomer schnell wieder seine ursprüngliche Form an. Die Elastomere sind weitmaschig vernetzt und daher flexibel. Sie werden beim Erwärmen nicht weich und sind in den meisten Lösemitteln nicht löslich.


title: Kunststoff

text: Zu den Elastomeren gehören alle Arten von vernetztem Kautschuk. Die Vernetzung erfolgt beispielsweise durch Vulkanisation mit Schwefel, mittels Peroxiden, Metalloxiden oder Bestrahlung. Elastomere werden zu 60 % für Reifen verwendet. Der Rest verteilt sich auf sonstige Gummiartikel, zum Beispiel Chemikalienhandschuhe und Hygieneartikel.


title: Kunststoff

text: Elastomere sind Naturkautschuk (NR), Acrylnitril-Butadien-Kautschuk (NBR), Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR), Chloropren-Kautschuk (CR), Butadien-Kautschuk (BR) und Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM).


title: Kunststoff

text: Unter chemischen Gesichtspunkten können Kunststoffe als makromolekulare Stoffe mit anderen makromolekularen Stoffen verglichen werden. Die verschiedenen makromolekularen Stoffe können dann nach Ursprung eingeteilt werden in:


title: Kunststoff

text: Nur ein Teil der aufgeführten makromolekularen Stoffe sind Kunststoffe im engeren Sinn, da Kunststoffe als Stoffe definiert sind, die auf Polymeren basieren und außerdem als Werkstoffe bei der Verarbeitung „plastische“ Zustande durchlaufen. Trotzdem kann diese Einordnung zum Verständnis beitragen.


title: Kunststoff

text: Je nach Preis, Produktionsvolumen und Verwendungsmöglichkeit können Thermoplaste in die vier Anwendungsklassen eingeteilt werden: Standardkunststoffe, technische Kunststoffe, Funktionskunststoffe und Hochleistungskunststoffe. Standardkunststoffe (auch: Massenkunststoffe) sind sehr vielseitig einsetzbar und werden in großen Mengen hergestellt. Standardkunststoffe werden häufig als Verpackungsmaterial verwendet, zu ihnen gehören beispielsweise Polyethen oder Polyvinylchlorid. Technische Kunststoffe verfügen über bessere mechanische Eigenschaften als Standardkunststoffe und behalten diese noch oberhalb von 100 °C und unterhalb von 0 °C. Technische Kunststoffe werden häufig für technische Konstruktionen verwendet, zu ihnen zählen beispielsweise Polyethylenterephthalat und einige aliphatische Polyamide. Funktionskunststoffe dienen nur einer einzigen Funktion, wie beispielsweise als Barriere für Aromen und Gase in Kunststoffverpackungen. Duroplaste können nicht nach diesem Schema eingeordnet werden, sondern bilden eine eigene Klasse.


title: Kunststoff

text: Hochleistungskunststoffe zeichnen sich gegenüber Standard-, technischen und Spezialkunststoffen durch ihre Wärmeformbeständigkeit und z. T. auch gute mechanische Eigenschaften aus. Während die Wärmeformbeständigkeit von Standardkunststoffen meist nur etwa 100 °C beträgt und die von technischen Kunststoffen bis zu 150 °C erreicht, können Hochleistungsthermoplaste Temperaturen von bis zu 300 °C standhalten. Hochleistungskunststoffe sind mit etwa 20 € pro kg recht teuer; ihr Marktanteil beträgt nur etwa 1 %.


title: Kunststoff

text: Der Vergleich von Standardkunststoffen, technischen Kunststoffen und Hochleistungskunststoffen wird durch die folgende Abbildung veranschaulicht:


title: Kunststoff

text: Kunststoffe werden durch verschiedene Polyreaktionen erzeugt: Polymerisation, Polykondensation und Polyaddition. Entsprechend wird das Produkt entweder als Polymerisat, als Polykondensat oder als Polyaddukt bezeichnet.


title: Kunststoff

text: Einzelne Kunststoffe werden nach einem weltweit standardisierten Kurzzeichen-System bezeichnet, das für Deutschland in der DIN EN ISO 1043 Teil 1:2016-09: "Basis-Polymere und ihre besonderen Eigenschaften", der DIN ISO 1629:2015-03: "Kautschuk und Latices – Nomenklatur (ISO 1629:2013)" sowie DIN EN ISO 18064:2015-03: "Thermoplastische Elastomere – Nomenklatur und Kurzzeichen (ISO 18064:2014; Deutsche Fassung EN ISO 18064:2014)" geregelt ist.


title: Kunststoff

text: Kunststoffe zeichnen sich, verglichen mit keramischen oder metallischen Werkstoffen, durch eine Reihe von ungewöhnlichen Eigenschaften aus:


title: Kunststoff

text: Die Dichte der meisten Kunststoffe liegt zwischen 0,8 und 2,2 g·cm. Sie ist damit geringer als die metallischer (von Mg 1.8 bis Cu 8.5 g·cm) oder keramischer Werkstoffe (von ca. 2.2 bis 6 g·cm).


title: Kunststoff

text: In Bezug auf die mechanischen Eigenschaften sind Kunststoffe anderen Werkstoffklassen häufig unterlegen. Ihre Festigkeit und Steifigkeit erreicht meist nicht die von Metallen oder Keramiken. Wegen der geringen Dichte kann dies jedoch teilweise mit konstruktiven Mitteln (höhere Wandstärken) oder dem Einsatz von faserverstärkten Kunststoffen kompensiert werden.


title: Kunststoff

text: Obwohl die Festigkeiten vergleichsweise niedrig sind, brechen Kunststoffteile weniger leicht als beispielsweise Keramik oder Glas durch ihre zumeist gute Zähigkeit. Deshalb werden Gebrauchsgegenstände für Kinder und Spielzeug vielfach aus Kunststoff gefertigt.


title: Kunststoff

text: Die chemische Beständigkeit von Kunststoffen weist ein großes Spektrum auf. Während sich Teflon weitgehend inert gegenüber dem meisten Chemikalien verhält, reagieren etwa Naturkautschuk, EPM/EPDM und Silikonkautschuk sowie teilweise auch Polyethylen, Polypropylen, Butylkautschuk, Hypalon, Neopren und Weich-PVC bereits auf Pflanzenöle und tierische Fette empfindlich. ABS, Polystyrol, SAN und SB sind bei Kontakt mit Pflanzenöl spannungsrissgefährdet.


title: Kunststoff

text: Im Gegensatz zu Metallen sind viele Kunststoffe aufgrund ihrer organischen Natur beständig gegenüber anorganischen Medien. Dies schließt Mineralsäuren, Laugen, sowie wässrige Salzlösungen ein. Aus diesem Grund fanden Kunststoffe weite Verbreitung zur Herstellung von pflegeleichten Haus- und Elektrogeräten, Fahrzeugausstattungen, Spielzeugen usw.


title: Kunststoff

text: Im Gegensatz zu Metallen reagieren die meisten Kunststoffe empfindlich auf organische Lösungsmittel, wie Alkohole, Aceton oder Benzin. Auch hier gibt es jedoch auch Ausnahmen wie Polyethylen, das aufgrund seiner Beständigkeit gegenüber Benzin sowie gegenüber Umwelteinflüssen zur Fertigung von Kraftstofftanks in modernen Personenkraftwagen eingesetzt wird.


title: Kunststoff

text: Degradation bezeichnet bei Kunststoffen die „Alterung“ durch Abbau oder Zerfall. Zu den Folgen gehören Quellung, Versprödung, Rissbildung und Festigkeitsverlust. Die Degradation ist ein üblicherweise unerwünschter Vorgang und erfolgt entweder chemisch, physikalisch oder durch eine Kombination beider Abbauarten.


title: Kunststoff

text: Die gängigen Verarbeitungstemperaturen für Kunststoffe liegen im Bereich von 250 bis 300 °C. Während Metalle bei deutlich höheren Temperaturen gegossen werden müssen und hitze- und verschleißfeste Gussformen erfordern, lassen sich aus Thermoplasten kompliziertere Formteile mit vergleichsweise geringem Aufwand fertigen (siehe Extrusion und Spritzguss). Im gleichen Verarbeitungsschritt können Additive, wie Farbpigmente oder Fasern, in das Material eingearbeitet werden, die den hohen Temperaturen des Metallgießens oder des Sinterns von Keramik in der Regel nicht standhalten würden.


title: Kunststoff

text: Die Wärmeleitfähigkeit von Kunststoffen ist nur einen Bruchteil so groß wie die von Metallen. Da aus diesem Grund bei einer Berührung vergleichsweise wenig Wärmeenergie von der Hand übertragen wird (Kunststoffe sich also bei niedrigen Temperaturen dennoch warm anfühlen), werden Griffe an Werkzeugen oder Geländern gerne aus Kunststoff hergestellt oder damit überzogen.


title: Kunststoff

text: Werkstoffe wie Schäume, Vliese und Flocken isolieren vor allem durch den Gehalt an (räumlich fixierter) Luft. Kunststoffe als Matrixmaterial fördern die Isolierwirkung; wie etwa in Dämmstoffplatten, Textilien oder Matratzen. Die leichte Brennbarkeit ist hingegen ein klarer Nachteil gegenüber mineralischer Glas- oder Steinwolle, Schaf- und Baumwolle, Kork, aber auch Massivholz.


title: Kunststoff

text: Die elektrische Leitfähigkeit von Kunststoffen ist um 15 Größenordnungen kleiner als die von Metallen. Daher werden Kunststoffe zur Isolation eingesetzt. Metallisiert werden Kunststofffolien als Dielektrikum eingesetzt und zu Kondensatoren zusammengerollt. Den hohen Oberflächenwiderstand, der mit Reibung über Kontaktelektrizität zu elektrostatischer Aufladung führt, bricht man mit Füllstoffen (so in Schuhsohlen) oder Antistatika etwa in Möbelpolitur oder Textilwaschmittel.


title: Kunststoff

text: Kunststoffe werden generell durch schrittweises Aneinanderfügen von Monomeren zu langen Ketten – den Polymeren – hergestellt, wobei grundsätzlich zwischen "Kettenpolymerisation" und "Stufenpolymerisation" unterschieden wird.


title: Kunststoff

text: Laut einer Untersuchung der ETH Zürich entsteht der größte Teil des CO-Fußabdrucks von Plastik bei der Produktion der Kunststoffe, zumeist aus Erdöl oder Erdgas, teils aber auch aus Kohle. Der globale CO-Fußabdruck von Kunststoffen hat sich der Studie zufolge vom Jahr 1995 bis ins Jahr 2015 verdoppelt und betrug im Jahr 2015 zwei Milliarden Tonnen CO-Äquivalent (COe), was rund 4,5 Prozent der globalen Treibhausgasemissionen entspricht.


title: Kunststoff

text: Bei einer Kettenpolymerisation beginnt das Wachstum mit einem speziellen Molekül, an das schrittweise Monomere addiert werden. Das die Polymerisation startende Molekül heißt "Initiator". Die Zahl der Monomere, aus denen das Polymer letztendlich besteht, ist der Polymerisationsgrad. Der Polymerisationsgrad kann durch das Verhältnis von Monomer zu Initiator eingestellt werden. Mathematisch wird er durch die Mayo-Gleichung abgeschätzt.


title: Kunststoff

text: Bei der radikalischen Polymerisation werden die Wachstumsreaktionen durch Radikale initiiert und fortgepflanzt. Sie ist verglichen mit anderen Kettenreaktionen unempfindlich, leicht zu kontrollieren und liefert schon bei recht kleinen Umsätzen hohe Polymerisationsgrade. Sie wird daher vor allem bei der Herstellung von billigen Kunststoffen, wie LD-PE, PS oder PVC, eingesetzt.


title: Kunststoff

text: Eine Gefahr bei diesem Verfahren stellt die freiwerdende "Polymerisationswärme" dar. Die radikalische Polymerisation ist exotherm, das heißt bei der Reaktion wird Wärme freigesetzt. Diese Wärme erzeugt, wenn sie nicht abgeführt wird, weitere Radikale, so dass sich die Reaktion selbst beschleunigen kann. Im Extremfall kann eine solche „Selbstbeschleunigung“ zur Überlastung des Reaktormaterials und damit zu einer "thermischen Explosion" führen.


title: Kunststoff

text: Bei ionischen Polymerisationen werden die Wachstumsreaktionen durch ionische Spezies initiiert und fortgepflanzt. Die wachsenden Ketten sind langlebiger (mehrere Stunden bis Tage) als ihre radikalischen Analoga (Lebensdauer etwa 10 s). So wird in diesem Zusammenhang auch von "lebenden Polymeren" gesprochen. Daher kann nach Abschluss einer Polymerisation auf die noch "lebenden", also zur Polymerisation befähigten Ketten, ein weiteres Monomer aufgegeben und ein erneutes Wachstum angeregt werden.


title: Kunststoff

text: Polymere, deren Ketten aus zwei oder mehr unterschiedlichen Monomertypen bestehen, heißen "Copolymere". Sind in einem Copolymeren lange Blöcke des einen Monomers, gefolgt von Blöcken des anderen, sind dies "Blockcopolymere". Für eben solche speziellen Anwendungen wird die ionische Polymerisation angewandt. Ein Beispiel sind die synthetischen Gummis Acrylnitril-Butadien-Kautschuk (NBR) und Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR), die bei der Herstellung von Autoreifen Verwendung finden. Nachteil dieses Verfahrens ist seine hohe Empfindlichkeit gegenüber Verunreinigungen, Wasser und Sauerstoff. Ionische Polymerisationen sind daher aufwendiger und kostenintensiver als die radikalische Polymerisation.


title: Kunststoff

text: Diese Polymerisationen finden in Gegenwart von Katalysatoren statt. Beim Katalysator handelt es sich um einen Metallkomplex (Verbindung aus Metallatomen, umgeben von weiteren Spezies), der in der Lage ist, die wachsende Kette zu binden. Die Addition weiterer Monomere geschieht durch Einschub "(Insertion)" des Monomers zwischen wachsende Kette und Katalysatorspezies. Resultat ist ein höherer Ordnungsgrad der entstehenden Polymere sowie ein geringerer Verzweigungsgrad. Aufgrund dieser reguläreren Struktur erfolgt die Packung der einzelnen Ketten im Festkörper effizienter, der Kunststoff wird dichter. Die zurzeit industriell wichtigste Katalysatorklasse ist die der Ziegler-Natta-Katalysatoren. Eine Rolle spielen sie zum Beispiel bei der Herstellung von Polyethylen.


title: Kunststoff

text: Beim Low-Density-Polyethylen (LD-PE) handelt es sich um in der Gasphase polymerisiertes Ethen mit geringem Ordnungsgrad, vielen Seitenverzweigungen und geringer Dichte. Dieser Kunststoff ist als transparente oder gefärbte Verpackungsfolie von Getränkeflaschen, Büchern, CDs eingesetzt.


title: Kunststoff

text: High-Density-Polyethylen wird mit einem metallorganischen Katalysator im Ziegler-Natta-Verfahren hergestellt. Es resultiert ein Polymer mit hohem Ordnungsgrad, wenigen Verzweigungen und hoher Dichte. Dieser Kunststoff findet beispielsweise Verwendung als Material für Autotanks, Benzinkanister etc.


title: Kunststoff

text: Im Gegensatz zur Kettenpolymerisationen erfolgt in Stufenpolymerisationen die Bildung der Polymere nicht durch Initiation einer wachsenden Kette, die weiter sukzessive Monomere addiert, sondern durch direkte Reaktion der Monomere untereinander. Diese Reaktion kann unter Freisetzung eines Nebenprodukts wie Wasser als Polykondensation oder durch einfache Addition der Monomere zu einer neuen Verbindung durch Polyaddition erfolgen.


title: Kunststoff

text: Bei Polykondensationen erfolgt die Bildung der linearen Kette durch intermolekulare Reaktion bifunktioneller Polymere unter Abspaltung einer kleineren Spezies, wie beispielsweise Wasser oder Alkohole. Eine wesentliche Bedeutung besitzt die Polykondensation für die Polyamide.


title: Kunststoff

text: Carbonsäuren reagieren mit Aminen zu Amiden. Werden Moleküle eingesetzt, die zwei Carbonsäuregruppen tragen, kann eines dieser Moleküle mit zwei Aminen reagieren. Es entsteht so ein Polymer aus drei Monomeren (eine Carbonsäureeinheit, zwei Amine). Tragen die eingesetzten Amine auch wieder zwei Amingruppen, kann die zuvor entstandene Spezies wiederum mit zwei Carbonsäuremolekülen reagieren. Die so entstehenden Polymere können sich noch weiter untereinander verbinden, so dass der Polymerisationsgrad entscheidend von der Reaktionsdauer abhängt. Der Vorgang wird durch die Carothers-Gleichung beschrieben.


title: Kunststoff

text: Durch Reaktion von Dicarbonsäuren mit Diolen (Dialkohol) werden so Polyester hergestellt. Unter den wichtigsten durch Polykondensation hergestellten Kunststoffen sind Polyester, wie Polyethylenterephthalat (PET), Polyamide und Phenoplaste. Maleinsäure- und Phthalsäurepolyester werden industriell ausgehend von deren Anhydriden hergestellt.


title: Kunststoff

text: Bei Polyadditionen erfolgt die Bildung des Polymers durch Addition der einzelnen Monomere untereinander, ohne die Bildung von Nebenprodukten. Eine große Gruppe von Polyaddukten bilden die Polyurethane.


title: Kunststoff

text: Isocyanate reagieren mit Alkoholen in einer Additionsreaktion zu sogenannten Urethanen. Auch hier gilt: bifunktionelle Monomere bilden lange lineare Ketten. Auf diese Weise hergestelltes Polyurethan wird für Armaturenbretter, Lacke, Klebstoffe usw. verwendet. Wird der Polymerisationsmischung Wasser zugesetzt, reagiert dieses mit den Isocyanaten zu Harnstoffen und Kohlenstoffdioxid. Das in der Mischung freiwerdende CO wird in Form von Bläschen in den Kunststoff eingeschlossen und ein Schaumstoff entsteht. Polyurethanschaumstoff wird für Matratzen, Sitzmöbel, Schwämme usw. verwendet.


title: Kunststoff

text: Kunststoffen werden im Verlauf des Herstellungsprozesses sogenannte Additive zugesetzt "(Compoundierung)", von welchen es mehrere Tausend unterschiedliche gibt. Sie dienen der genauen Einstellung der Materialeigenschaften auf die Bedürfnisse der jeweiligen Anwendung und der Verbesserung der chemischen, elektrischen und mechanischen Eigenschaften. Solche mit Zuschlagsstoffen versehene Formmassen werden nach DIN EN ISO 1043 (Thermoplaste) und nach DIN EN ISO 18064 (thermoplastische Elastomere) gekennzeichnet. Für duroplastische Formmassen gibt es ebenfalls entsprechende Normen, z. B. DIN EN ISO 15252-1 für Epoxide sowie DIN EN ISO 14526-1…14530-1 für Phenoplast- und Aminoplast-Formmassen.


title: Kunststoff

text: Etwa zwei Drittel der weltweit hergestellten Additive werden für die Produktion von Polyvinylchlorid aufgewendet, fast drei Fünftel der hergestellten Additive sind "Weichmacher". Sie verringern Sprödigkeit, Härte und Glastemperatur eines Kunststoffes und machen ihn so besser form- und verarbeitbar. Es handelt sich um Stoffe, die in der Lage sind, auf molekularer Ebene in den Kunststoff einzudringen und so die Beweglichkeit der Ketten gegeneinander zu erhöhen. Qualitativ können sie als „molekulares Schmiermittel“ dienen. Bis vor wenigen Jahren war Diethylhexylphthalat (DEHP) (synonym: Dioctylphthalat DOP) der am häufigsten verwendete Weichmacher. Dieser stellte sich jedoch als umwelt- und gesundheitsschädlich heraus, weshalb die europäische Industrie inzwischen weitgehend auf seinen Einsatz verzichten will. Als Ersatz für DEHP kommt oftmals das im Jahre 2002 eingeführte 1,2-Cyclohexandicarbonsäurediisononylester (DINCH) zum Einsatz. Weitere neue Weichmacher sind die analogen Adipinsäureester wie Diethylhexyladipat.


title: Kunststoff

text: "Extender" verbessern ebenfalls die Verarbeitbarkeit und heißen deshalb auch "sekundäre Weichmacher". Wichtige Extender sind epoxidierte Öle, hochsiedende Mineralöle und Paraffine.


title: Kunststoff

text: Stabilisatoren dienen der Verbesserung der chemischen Eigenschaften. Sie erhöhen die Lebensdauer des Kunststoffes und schützen ihn vor schädigenden Einflüssen (Oxidation, (UV)-Strahlung und Wärme etwa durch Feuer) in seinem Einsatzgebiet.


title: Kunststoff

text: Durch Reaktion mit Luftsauerstoff kann sich der Kunststoff verfärben, und die Polymerketten können sich zersetzen oder neu vernetzen. Dies wird durch Zugabe von "Antioxidantien" verhindert, die die bei der Reaktion entstehenden freien Radikale abfangen "(Radikalkettenabbrecher)", oder gleich die Bildung der Radikale verhindern "(Desaktivatoren)". Als Abbrecher sind beispielsweise Phenole oder Amine geeignet, als Desaktivatoren dienen Phosphane und wiederum Amine.


title: Kunststoff

text: "Lichtschutzmittel" schützen gegen eine Schädigung durch ultraviolettes Licht. Doppelbindungen zwischen Kohlenstoffatomen sind in der Lage, Licht dieser Wellenlänge zu absorbieren, daher sind vor allem Kunststoffe durch UV-Licht gefährdet, die dieses Strukturelement aufweisen (beispielsweise Polyisopren). Allerdings können aufgrund von Katalysatorrückständen, Strukturfehlern und Nebenreaktionen bei der Verarbeitung praktisch alle Polymere ein Absorptionsvermögen für UV-Strahlung zeigen. Diese induziert die Bildung von freien Radikalen im Material, die Nebenreaktionen, wie Zerfall der Kette und Vernetzungen einleiten. Es existieren grundsätzlich drei Wege eine Schädigung zu verhindern: Reflexion des Lichts, Zusatz von lichtabsorbierenden Stoffen und Zusatz von Radikalfängern. Wichtige Lichtschutzmittel sind Ruß, der die Strahlung absorbiert, σ-Hydroxybenzophenon, das die Energie in Infrarotstrahlung umwandelt und Dialkyldithiocarbamate, die UV-Licht absorbieren und als Radikalfänger fungieren.


title: Kunststoff

text: Kunststoffe sind empfindlich gegenüber Wärmeeinwirkung. Oberhalb einer für das Material charakteristischen Temperatur "(Zersetzungstemperatur)" setzt der Zerfall der molekularen Struktur ein. "Wärmestabilisatoren" sollen dies verhindern.


title: Kunststoff

text: Unerlässlich sind diese für Polyvinylchlorid, das sonst, unter Bildung von Chlorwasserstoff und u. U. gesundheitsschädlicher Zerfallprodukte, seine mechanische Stabilität einbüßen würde. Der Zerfallmechanismus verläuft über die Bildung von Doppelbindungen. Organische Barium-, Zink-, Zinn- und Cadmiumverbindungen und anorganische Bleisalze komplexieren diese und unterbrechen so den Zerfallmechanismus. Vor allem die Bleiverbindungen stellen hinsichtlich der Entsorgung des Kunststoffs ein nicht unerhebliches Umweltproblem dar. Derzeit sind 80 % der Wärmestabilisatoren auf der Basis von Blei. Die chemische Industrie ist zurzeit allerdings bemüht, diese zu ersetzen. So wurde bei Cognis speziell für Fensterprofile ein Stabilisator auf der Basis von Calcium und Zink entwickelt.


title: Kunststoff

text: Bei Bränden kann von Kunststoffen eine Gefahr ausgehen, da viele Kunststoffe einem Brand Nahrung bieten und manche Kunststoffe bei Verbrennung giftige oder ätzende Gase freisetzen (wie Blausäure, Kohlenstoffmonoxid, Chlorwasserstoff oder Dioxine). "Flammschutzmittel" verhindern entweder den Sauerstoffzutritt zum Brand oder stören die chemischen Reaktionen (Radikalkettenmechanismen) der Verbrennung.


title: Kunststoff

text: Die meisten Polymere sind in reiner Form farblos, farbig werden sie erst durch Zusatz von "Farbmitteln". Zu unterscheiden ist zwischen "Farbstoffen" (lösen sich auf molekularer Ebene im Polymer oder adsorbieren an der Oberfläche) und "Pigmenten" (unlösliche, meist organische / anorganische Aggregate). Textilien werden praktisch ausschließlich mit Farbstoffen eingefärbt. Der weit überwiegende Teil der Kunststoffe wird allerdings mit Pigmenten gefärbt, da diese lichtechter und meist auch billiger sind. Wichtige Pigmente in diesem Bereich sind Rutil (weiß), Ruß (schwarz), Cobalt- oder Ultramarinblau, sowie Chromoxidgrün. Inzwischen ist der Einsatz von Effektpigmenten möglich, so zeigen mit seltenen Erden dotierte Strontium-Aluminate ein intensives Nachtleuchten. Einsatzgebiete für derartig gefärbte Kunststoffe sind bei Dunkelheit leichter auffindbare Sicherheitsmarkierungen, Lichtschalter oder Taschenlampen. Um Metallglanz zu erreichen werden Aluminiumpigmente in Blättchenform eingesetzt, sphärische Pigmentkörner ergeben eine Graueinfärbung. In der Kunststoffverarbeitung werden zum Einfärben meist konzentrierte Pigmentpräparationen sogenannte Flüssigfarben oder Masterbatches eingesetzt.


title: Kunststoff

text: "Füllstoffe" sind klassische Streckmittel, die so die Herstellung des Kunststoffs verbilligen. „Aktive Füllstoffe“ verbessern zusätzlich die mechanischen Eigenschaften des Materials. Wichtige Füllstoffe sind unter anderem: Kreide, Sand, Kieselgur, Glasfasern und -kugeln, Zinkoxid, Quarz, Holzmehl, Stärke, Graphit, Ruße und Talkum. Wichtig sind Füllstoffe auch um das Brandverhalten der Kunststoffe zu minimieren.


title: Kunststoff

text: Ruß kommt dabei eine besondere Bedeutung zu (Autoreifen, Folien, Dachbahnen). Ruß ist chemisch beständig und damit witterungsstabil. Als färbender Stoff ist Ruß lichtstabil und bleicht nicht aus. Ruß sorgt durch seine hohe UV-Absorption für UV-Schutz des Kunststoffs. Dadurch sind in der Struktur darunterliegende Molekülketten vor Zerstörung durch UV-Licht geschützt.


title: Kunststoff

text: Unter Verstärkungsstoffen (reinforcement) werden in Kunststoffen eingesetzte Zusatzstoffe verstanden, die die Kunststoffmatrix verstärken. Folge ist die Verbesserung mechanischer und physikalischer Eigenschaften, wie Elastizität oder Biegefestigkeit. Beispiele sind Glasfasern, Kohlenstofffasern oder Flachs und Jute.


title: Kunststoff

text: Die Beschichtung mit Metallen wird Kunststoffmetallisierung genannt. Einsatz findet es in Bereichen, in denen Kunststoff zum Ersatz von Metallen verwendet wird, aber das hochwertigere Aussehen von Metallglanz beibehalten werden soll. In der Automobilindustrie werden galvanisierte Kunststoffelemente in der Außenverkleidung eingesetzt. In Elektrogeräten erlaubt der metallisierte Kunststoff eine Abschirmung. Im Sanitärbereich werden Elemente für Mischbatterien, Duschköpfe und Wasserhahngriffe verwendet.


title: Kunststoff

text: Die Kunststoffindustrie ist bis heute eine Wachstumsbranche, wobei die Herstellungskapazitäten in Asien zwischen 2006 und 2008 die führenden und etwa gleich starken Regionen Europa sowie Nord- und Südamerika überholten.


title: Kunststoff

text: Die weltweite Kunststofferzeugung erfolgt zu großen Teilen bei global agierenden Chemiekonzernen wie beispielsweise Asahi Kasei, Basell, BASF, Bayer, Celanese/Ticona, DuPont de Nemours, DSM, und Solvay. Sie liefern ein begrenztes Sortiment an Kunststoffen in Mengen von teilweise mehreren 100 kt pro Jahr. Die Preise für Kunststoffe variieren sehr stark von einigen Eurocent pro Kilogramm für Massenkunststoffe bis hin zu einigen hundert Euro pro Kilogramm für Hochleistungspolymere.


title: Kunststoff

text: Die Kunststoffverarbeitung ist Gegenstand eines eigenständigen Industriezweiges. Dabei kommen überwiegend Urformverfahren zum Einsatz, die im Gegensatz zu den metallischen Werkstoffen bei wesentlich geringeren Verarbeitungstemperaturen (bis 430 °C) ablaufen. Außerdem können die Fertigungseinrichtungen (sog. "Werkzeuge") mehrfach verwendet werden und erlauben so eine kostengünstige Fertigung.


title: Kunststoff

text: Es kommt eine Vielzahl von Verfahren zum Einsatz, die teilweise ihren Ursprung in der wesentlich älteren Metallbearbeitung haben und auf die Eigenschaften der Kunststoffe abgestimmt und weiterentwickelt wurden. So ist beispielsweise das Spritzgießen für Kunststoffe dem Druckguss für Metalle sehr ähnlich. Das Extrudieren oder Blasformen ist aus der Glasproduktion hervorgegangen.


title: Kunststoff

text: Die Schäumverfahren haben wiederum ihren Ursprung bei den Kunststoffen, werden aber, wie Metallschaum, inzwischen auch für andere Werkstoffklassen verwendet. Sie lassen sich weiter in chemische, physikalische oder mechanische Treibverfahren untergliedern.


title: Kunststoff

text: Für alle diese Verfahren werden spezielle Maschinen vom Kunststoffmaschinenbau entwickelt und hergestellt.


title: Kunststoff

text: Etwa 90 % der weltweiten Produktion (jährlich etwa 350 Mio. t) entfallen in der Reihenfolge ihres Anteils auf die folgenden sechs Kunststoffe:


title: Kunststoff

text: Polyethylen wird hauptsächlich in drei unterschiedlichen Qualitäten hergestellt: HD-PE "(High-Density-PE)", LLD-PE "(Linear-Low-Density-PE)", LD-PE "(Low-Density-PE)".


title: Kunststoff

text: HD-PE wird mittels Ziegler-Natta-Katalysatoren synthetisiert, seine Ketten zeigen einen sehr hohen Ordnungs- und niedrigen Verzweigungsgrad. Diese können sich daher im Festkörper effizient anordnen, so dass ein teilkristallines Material entsteht, dessen Dichte höher ist als die von LD-PE (beide weisen aber eine Dichte auf, die geringer ist als die von Wasser). Es wird zur Fertigung von Flaschen, Getränkekästen, Fässern, Batteriegehäusen, Eimern, Schüsseln etc. verwendet.


title: Kunststoff

text: LD-PE wird unter hohem Druck in der Gasphase polymerisiert, in LLD-PE werden 1-Buten, 1-Hexen und 1-Octen einpolymerisiert, um so einen kontrollierten Verzweigungsgrad zu erzeugen. Beide Varianten weisen so einen geringen kristallinen Anteil und einen hohen oder mittleren Verzweigungsgrad auf. Das Material besitzt hervorragende filmbildende Eigenschaften und wird vor allem zur Herstellung von Verpackungsfolien für Zigarettenpäckchen, CDs, Bücher, Papiertaschentücher etc. sowie Tragetaschen verwendet.


title: Kunststoff

text: Polypropylen wird fast ausschließlich auf metallkatalytischem Wege hergestellt, da nur das so erhaltene kristalline Material kommerziell verwertbare Eigenschaften aufweist. Es handelt sich um einen sehr harten, festen und mechanisch belastbaren Kunststoff mit der geringsten Dichte aller Massenkunststoffe. Aufgrund dieser Eigenschaften hat es teilweise bereits Metallwerkstoffe verdrängt. Wie bei dem rechts abgebildeten Deckel zeigt es außerdem den sogenannten "Filmscharniereffekt", d. h., es kann durch einen dünnen Film Gehäuse und Deckel miteinander verbinden, ohne aufgrund der Biegebelastung zu brechen. Ein erheblicher Teil des weltweit hergestellten Polypropylens wird für Lebensmittelverpackungen aufgewendet, weitere Anwendungsgebiete sind:


title: Kunststoff

text: Polyvinylchlorid gilt aufgrund des ungewöhnlich hohen Chloranteils, und der damit bei der Verbrennung entstehenden Nebenprodukte wie Chlorgas und Chlorwasserstoff (Salzsäure) als umweltschädlicher Kunststoff. Außerdem enthält vor allem Weich-PVC viele Weichmacher, die teilweise gesundheitsschädlich sind, zudem ist das zur Herstellung benötigte Vinylchlorid krebserregend. Generell wird zwischen Hart-Polyvinylchlorid und durch Zusatz von Weichmachern hergestelltes Weich-Polyvinylchlorid unterschieden. Hart-PVC ist ein amorpher Thermoplast und besitzt eine hohe Steifigkeit und Härte. Es ist extrem schwer entflammbar, kann in der Hitze eines bestehenden Brandes allerdings Chlorwasserstoff und Dioxine freisetzen. Es zeigt eine sehr gute Beständigkeit gegen Säuren, Basen, Fette, Alkohole und Öle. Aus diesem Grund wird es vor allem zur Herstellung von Abwasserrohren und Fensterprofilen eingesetzt. Ein gravierender Nachteil ist seine sehr geringe Wärmebeständigkeit, es kann dauerhaft nur bis 65 °C und kurzfristig bis 75 °C eingesetzt werden; und seine Neigung zum „Weißbruch“ beim Biegen ist ebenfalls nachteilig. Weich-PVC ist ein gummielastischer, lederähnlicher Thermoplast. Wichtige Anwendungen sind die Herstellung von Bodenbelägen, Dichtungen, Schläuchen, Kunstleder, Tapeten, Dachbahnen, Wood-Plastic-Composite-Produkte etc.


title: Kunststoff

text: Die Technikhistorikerin Andrea Westermann sieht PVC als den “ersten vollsynthetischen thermoplastischen Werkstoff […], der in den 1930er Jahren von der IG Farbenindustrie AG entwickelt wurde [und] in den 1950er Jahren als mengenmäßig wichtigster Kunststoff die massenhafte Ankunft von Plastik in der Gesellschaft einläutete […]”.


title: Kunststoff

text: Polystyrol wird überwiegend als amorpher Thermoplast hergestellt, durch neuere Entwicklungen gibt es mittlerweile auch kristallines Polystyrol, dieses hat aber geringere Bedeutung. Beide Varianten zeichnen sich durch geringe Feuchtigkeitsaufnahme, gute Verarbeitbarkeit und sehr gute elektrische Eigenschaften aus. Sie unterscheiden sich in ihrer Schlagfestigkeit. Nachteile sind seine Neigung zur Spannungsrissbildung, die geringe Wärmebeständigkeit, Entflammbarkeit und seine Empfindlichkeit gegenüber organischen Lösungsmitteln. Mittels Pentan aufgeschäumtes Polystyrol wird unter anderem als "Styropor" vertrieben.


title: Kunststoff

text: Die Eigenschaften von Polyurethanen können durch Wahl der Isocyanat- oder Urethan-haltigen Monomerkomponenten sehr stark in ihrer Elastizität variiert werden. So werden sehr elastische PUR-Textil-Fasern "(Elastan)" aus Polyestern und Urethan-haltigen Polyestern hergestellt, ebenso dienen Urethan-haltige Polymere als Zusatz in Lacken und Materialien für Leiterplatten "(Bectron)".


title: Kunststoff

text: Polyethylenterephthalat ist ein Polyester aus Terephthalsäure und Ethylenglycol, bei der Herstellung werden stöchiometrische Mengen eingesetzt und die Veresterung bis zu einem Umsatz von 99 % durchgeführt. Die erstarrte Schmelze kristallisiert sehr langsam, so dass sich hier je nach Anwendungsbereich amorphes und teil-kristallines "(C-PET)" Material herstellen lässt. C-PET besitzt hohe Steifigkeit, Härte, Abriebfestigkeit und ist beständig gegen verdünnte Säuren, Öle, Fette und Alkohole. PET-Flaschen sind jedoch empfindlich gegenüber heißem Wasser.


title: Kunststoff

text: Amorphes PET zeigt eine geringere Steifigkeit und Härte als C-PET, aber bessere Schlagzähigkeit. Da es transparent, aber leichter als Glas ist, wird es als Material für Getränkeflaschen und Verpackungen für Lebensmittel und Kosmetika verwendet. In der Elektrotechnik finden PET-Folien als Trägermaterial für Magnetbänder Verwendung.


title: Kunststoff

text: Manche Kunststoffe werden in großen Mengen für Massenartikel hergestellt. Andere hingegen werden nur in geringen Mengen eingesetzt, da ihr Preis hoch ist oder sie nur in Spezialanwendungen nützlich sind. Solche Kunststoffe werden als Sonderkunststoffe bezeichnet (englisch: specialty polymers oder auch special purpose plastics). Manche Sonderkunststoffe werden mit der Zeit gebräuchlicher und nehmen eine Rolle als technische Kunststoffe ein, andere bleiben Spezialanwendungen vorbehalten.


title: Kunststoff

text: Beispiele für Sonderkunststoffe sind Hochleistungsthermoplaste (auch Hochtemperaturkunststoffe genannt), Elektroaktive Polymere, Polymer Electrolytes, Flüssigkristallpolymere, Ionic Polymers, Polymer Nanokomposite und weitere. Im Folgenden werden einige Sonderkunststoffe sowie einige speziellere Anwendungen vorgestellt.


title: Kunststoff

text: Thermoplastische Kunststoffe, die eine Dauergebrauchstemperatur von über 150 °C aufweisen, werden als Hochtemperaturkunststoffe bezeichnet. Da Kunststoffe dieser Art auch besondere mechanische Eigenschaften und eine besondere Resistenz gegenüber Chemikalien aufweisen, werden sie auch als Hochleistungskunststoffe bezeichnet. Hochleistungskunststoffe sind teuer und werden nur in geringen Mengen produziert.


title: Kunststoff

text: Aufgrund ihrer guten mechanischen Eigenschaften und einer im Vergleich geringen Dichte werden Hochleistungskunststoffe häufig als Ersatz für Metalle verwendet. Durch die Chemikalienresistenz ergeben sich weitere Einsatzfälle. Sie finden daher Anwendung in der Luft- und Raumfahrt (für Turbinen), in der Automobilindustrie an heißen Stellen im Motorraum oder in der chemischen Industrie bei Kontakt mit aggressiven Chemikalien.


title: Kunststoff

text: "Flüssigkristalline Polymere" (engl. "liquid crystalline polymers" (LCP)) heißen Polymere, deren Ketten in der Schmelze flüssigkristalline Phasen bilden. In Kristallen liegt generell eine feste Ordnung vor, während in Flüssigkeiten und Schmelzen die Verteilung der Moleküle oder Atome in der Regel weitgehend zufällig ist. Insoweit ist der Ausdruck "flüssigkristallin" eigentlich ein Widerspruch. In LCPs orientieren sich die Polymerketten jedoch aufgrund intramolekularer Wechselwirkungen parallel zu Bündeln an. So bilden beispielsweise aromatische Polyamide in Schwefelsäure in Verbindung mit Calcium- oder Lithiumchlorid derartige Phasen. Wird eine derartige Lösung aus einer Spinndüse durch einen Zwischenraum mit Luft in ein Fällbad "(Dry-Jet-Wet-Spinnverfahren)" gepresst, entstehen Fasern, in denen die Ketten in Richtung der Längsachse orientiert sind. Derartige Fasern sind in der Lage, eine für Kunststoffe ungewöhnlich hohe Zugbelastung auszuhalten, die vergleichbar mit Metallen oder Kohlenstofffasern ist. Aufgrund ihrer geringen Dichte werden sie, eingebettet in Kunstharze "(Composites)" im Flugzeug- und Fahrzeugbau eingesetzt. Weitere Anwendungen sind schusssichere Westen, Schutzhelme, Schutzanzüge, Surfbretter und Segelbootbau. Wichtige Marken sind Kevlar, Nomex und Faser B.


title: Kunststoff

text: Kunststoffe gelten im Allgemeinen als hervorragende Isolatoren. Das liegt daran, dass Polymeren die Grundvoraussetzung für elektrische Leitfähigkeit, quasi freie Elektronen, völlig fehlt. Durch Zugabe von Substanzen "(Dotierung)", die entweder der Kette Elektronen zuführen "(Reduktion)" oder durch Entfernung "(Oxidation)" freie Stellen für die Elektronenbewegung schaffen, ist es möglich elektrisch leitfähige Polymere zu erzeugen. So werden Polyacetylen und Poly("p"-phenylen) elektrisch leitend, wenn sie mit Brom, Iod oder Perchlorsäure dotiert sind. Weitere wichtige elektrisch leitende Polymere sind Polyanilin, dotiert mit Salzsäure und Polypyrrol aus anodischer Oxidation. Anwendungen sind Materialien für Elektroden und Batterieelemente, sowie antistatische Beschichtungen. Durch geeignete Dotierung können den bisher genannten Polymeren auch halbleitende Eigenschaften verliehen werden. Aus solchen Materialien bestehen beispielsweise Polymer-Leuchtdioden. Für die Entwicklung leitfähiger Polymere wurde den Wissenschaftlern Alan J. Heeger, Alan G. MacDiarmid und Hideki Shirakawa im Jahr 2000 der Nobelpreis für Chemie verliehen.


title: Kunststoff

text: Kunststoffe erfüllen in der Medizin vielfältige Aufgaben: Sie dienen als Behälter für Infusionslösungen, Bauteile von medizinischen Geräten, Wegwerfartikel (Spritzen, Pflaster, Katheter, Schläuche etc.) und Implantate (Herzklappen, Knochenersatz, Gelenkpfannen, resorbierbare Knochenschrauben etc.). Für Materialien, die auf direkte oder indirekte Weise im Kontakt mit lebendem Gewebe stehen, gelten naturgemäß besondere Auflagen: Zum einen darf der Kunststoff den Organismus nicht schädigen, zum anderen darf umgekehrt das biologische Milieu die Materialeigenschaften des Kunststoffs nicht beeinträchtigen. Sind diese Bedingungen erfüllt, wird von Biokompatibilität gesprochen. Wichtigstes Argument für den Einsatz von Kunststoffen in der Medizin war und ist die Hygiene, so konnten medizinische Instrumente aus Glas oder Metall durch Wegwerfartikel aus Kunststoff ersetzt werden. Ein bemerkenswertes Beispiel ist Polymilchsäure (auch: "Polylactid"), ein Polyester der natürlich vorkommenden Milchsäure. Er wird zu Fasern gesponnen, die als resorbierbare chirurgische Nähfäden Verwendung finden. Nach dem Einsatz der Fäden werden diese enzymatisch abgebaut. Die Dauer der Degradation kann dabei über die Stereochemie (Wahl der Ketten aus rechts- oder linksdrehender Milchsäure) des Polymers eingestellt werden.


title: Kunststoff

text: Aus der Produktion von Kunststoffen ergibt sich zwangsläufig das Problem der Entsorgung der aus ihnen erzeugten Produkte (Plastikmüll).


title: Kunststoff

text: In diversen Kunststoffen enthaltene Bestandteile werden als hormonell wirksam eingestuft (endokrine Disruptoren) und werden über die Haut, durch Einatmen (Aerosole, Abrieb von Gummireifen) und über die menschliche Nahrung aufgenommen:


title: Kunststoff

text: Die polymeren Bestandteile der Kunststoffe sind zum einen nicht wasserlöslich und zum anderen nicht in der Lage, die Zellmembranen von Mikroorganismen zu passieren, das heißt, eine Wechselwirkung mit "lebenden" Organismen ist außer bei den biologisch abbaubaren Kunststoffen und bei der Entstehung von Mikroplastik nicht bekannt. Dies hat zwar den Vorteil, dass Polymere als gesundheitlich unbedenklich eingestuft werden können, aber eine Umwandlung in der belebten Natur kann nicht völlig ausgeschlossen werden.


title: Kunststoff

text: Konkrete Studien zu den Auswirkungen von Mikroplastik auf den Menschen gibt es bisher nicht. Aus Studien zu Polymeren, die als Träger für Medikamente verwendet werden, ergibt sich, dass Partikel im Nanometerbereich zwar in den Blutkreislauf aufgenommen, aber auch wieder ausgeschieden werden.


title: Kunststoff

text: Bisphenole wie Bisphenol A (BPA), C (BPC) oder S (BPS) werden als Härtemittel etwa in Beschichtungen von Konservendosen oder in Kunststoffvorrats- oder sonstigen Behältnissen eingesetzt: sie lösen sich vor allem in säurehaltigen Stoffen wie Tomaten- oder Fruchtflüssigkeiten, schneller noch unter Hitzeeinfluss. Statistiken zufolge haben 95 bis 98 % der Menschen BPA in ihrem Urin, wobei die Halbwertszeit des Abbaus im Körper bei ca. einem halben bis einem Tag liegt. Der UNEP/WHO und endokrinologischen Fachgesellschaften zufolge erhöht Bisphenol A beim Menschen das Risiko für Fettleibigkeit, Diabetes mellitus, Unfruchtbarkeit bei Männern und Frauen, Brustkrebs, Endometriose, Prostatakrebs, kindliche Entwicklungsverzögerungen und Hirnschäden.


title: Kunststoff

text: Phthalate werden als Weichmacher in Kosmetika, aber auch in Lebensmittelfolien eingesetzt: sie sind jedoch im Sinne eines endokrinen Disruptors hormonell wirksam und erhöhen so laut UNEP/WHO und endokrinologischen Fachgesellschaften beim Menschen das Risiko für Fettleibigkeit, Diabetes mellitus, Unfruchtbarkeit bei Männern und Frauen, Brustkrebs, Endometriose, Prostatakrebs, kindliche Entwicklungsverzögerungen und Hirnschäden.


title: Kunststoff

text: Teilweise gelangen biologisch nicht abbaubare Kunststoffe auch in die Umwelt. Von den weltweit jährlich produzierten mehr als 200 Millionen Tonnen Kunststoffen gelangen nach unterschiedlichen Schätzungen sechs bis 26 Millionen Tonnen in die Meere, 70 % davon sinken auf den Meeresboden. Mehrere Millionen Tonnen Kunststoffmüll treiben in sogenannten Müllstrudeln im Nordpazifik und im Nordatlantik. Jedes Jahr tötet dieser Müll mehrere hunderttausend höhere Meerestiere. Kleine Plastikteile und Mikroplastik gelangt in die Nahrungskette von Meerestieren und führen dazu, dass Tiere mit vollem Magen verhungern oder innere Verletzungen erleiden. Oft verwechseln Tiere Plastikteile mit ihrer Nahrung und verschlucken sie. Größere Plastikteile wie Planen, defekte Fischernetze oder Taue verletzen Meerestiere. Plastikplanen bedecken Korallenstöcke, Schwämme oder Muschelbänke und verhindern so deren Besiedlung. Nach einer Studie der UNEP befinden sich in dem Strudel im Pazifik bis zu 18.000 Kunststoffteile auf jedem Quadratkilometer Meeresfläche. Auf ein Kilogramm Plankton kommen hier sechs Kilogramm Kunststoff. Die Größen der Strudel lassen sich kaum angeben, da sie nicht scharf begrenzt sind.


title: Kunststoff

text: In der Schweiz gelangen jedes Jahr rund 14.000 Tonnen Kunststoffe in die Böden und Gewässer. Der größte Teil davon gelangt in die Böden.


title: Kunststoff

text: Die für die Kunststoffherstellung verwendeten, hormonell aktiven Substanzen (endokrine Disruptoren) sind weltweit mittlerweile derart weit verbreitet, dass in Urin, Blut und Fettgewebe praktisch aller Menschen weltweit endokrine Disruptoren nachgewiesen werden können.


title: Kunststoff

text: Aus Europa und Nordamerika stammen zusammen weniger als 5 % des Eintrags. Bei Untersuchungen in 42 Ländern entfiel 2018 das meiste des gefundenen Plastikmülls auf Coca-Cola, Pepsi und Nestlé. In der Manilabucht konnte der meiste Plastikmüll Nestlé, Unilever und Procter & Gamble zugeordnet werden. Laut einem 2021 veröffentlichten Bericht werden 55 % des weltweiten Plastikmülls von 20 Firmen produziert, angeführt von Exxon Mobile.


title: Kunststoff

text: Kunststoffe galten lange als biologisch nicht abbaubar, erst in jüngerer Zeit wurden einige Organismen gefunden, die Kunststoffe abbauen können (siehe Abschnitt Biologischer Abbau herkömmlicher Kunststoffe). Chemische und physikalische Prozesse benötigen für Kunststoff-Abbau sehr lange, da auf solchen Wegen Zerfallszeiten von mehrere hundert Jahren errechnet wurden, werden Kunststoffe auch als persistent bezeichnet. Eine Möglichkeit für anorganischen Abbau ist die Einwirkung von UV-Strahlung (Sonnenlicht), dabei „zerbrechen“ die Kunststoffketten stückweise, dies äußert sich makroskopisch im Vergilben und/oder Verspröden.


title: Kunststoff

text: Mikroorganismen können Kunststoffe im Grunde nur durch extrazelluläre Enzyme verarbeiten, die das Material in kleinere Bestandteile zerlegen, die dann von der Zelle aufgenommen werden können. Allerdings sind die Enzyme zu groß, um effektiv in das verrottende Material einzudringen, so dass dieser Prozess nur als Oberflächenerosion ablaufen kann.


title: Kunststoff

text: Wenn bei dem Abbau durch biochemischen Prozesse giftige Zwischenstufen entstehen, können diese sich in der Natur anreichern. Zusätzliche Gefahr geht von den Additiven der Kunststoffe wie Weichmachern, Farbstoffen oder Flammschutzmitteln aus. Dabei sind als Schadstoffquellen insbesondere flüchtige organische Verbindungen zu nennen.


title: Kunststoff

text: Die von Kunststoffen verursachten Umweltprobleme werden in den Dokumentarfilmen "Plastic Planet" (2009) des österreichischen Regisseurs Werner Boote, "Plastik über alles" (OV: "Addicted to plastic") (2008) des kanadischen Regisseurs Ian Connacher sowie "Midway" (2009–2013) des US-Regisseurs Chris Jordan gezeigt.


title: Kunststoff

text: Von den ca. 6,3 Mrd. Tonnen Kunststoff, die bis 2015 zu Abfall wurden, wurden ca. 9 % recycelt und 12 % verbrannt. Etwa 79 % der Kunststoffe wurden auf Müllhalden deponiert bzw. wurden in der Umwelt ausgebracht, wo sie sich nun anreichern. In der Schweiz wird etwa 90 % des Plastikmülls energetisch verwertet. Laut einer wissenschaftlichen Übersichtsarbeit würde eine rationale Antwort auf die „globale Bedrohung“ darin bestehen den Konsum neuen Plastiks zu reduzieren und das Abfallmanagement international zu koordinieren. Der Export von Kunststoffabfällen, der nicht zu einem besseren Recycling führt, solle verboten werden.


title: Kunststoff

text: Das Exportvolumen an Kunststoffabfällen, die aus Deutschland in andere Länder verbracht wurden, war 2021 im Vergleich zum Vorjahr um 25 Prozent gesunken. Dennoch bleibt Deutschland, nach Angaben des Statistischen Bundesamtes, mit 766.200 Tonnen ausgeführten Kunststoffabfällen (2021) der größter Exporteur innerhalb Europas.


title: Kunststoff

text: Im Jahr 2012 betrug die weltweite Recyclingquote für Kunststoffabfälle nur etwa 3 % bei einer jährlichen globalen Jahresproduktion an Kunststoffen von rund 280 Millionen Tonnen. Im Jahr 2018 erwähnte ein Artikel in der NZZ eine Zahl von 8 %. Ein Großteil der anfallenden Kunststoffabfälle wird stattdessen auf Müllkippen deponiert oder verbrannt, und geschätzte 20 Millionen Tonnen des nicht-recycelten Plastikmülls landen schließlich in den Ozeanen, wo er ein enormes Umweltproblem darstellt. Dagegen werden in Deutschland und der Schweiz keine Kunststoffe mehr deponiert. In der EU soll dieses Ziel bis zum Jahr 2020 erreicht werden. In der Bundesrepublik lag die Recyclingquote im Jahr 2010 bei 45 %, womit Deutschland Vorreiter im europäischen Vergleich ist. Die restlichen 55 % werden thermisch verwertet (Müllverbrennung). Die Kunststoffindustrie hat zur Unterstützung dieses Vorhabens eine Kampagne "Zero Plastics to Landfill by 2020" gestartet. Inzwischen gibt es auch Industrieunternehmen, die sich auf das Recycling von Plastik spezialisiert haben.


title: Kunststoff

text: Thermoplaste lassen sich, einmal zu einem Werkstück geformt, wieder einschmelzen und zu einem neuen Produkt formen. Die Abfolge von Wärmebehandlungen führt allerdings bei vielen Verfahren zu einem fortschreitenden Qualitätsverlust des Materials "(Downcycling)". Größtes Problem bei einer erneuten werkstofflichen Verwertung ist allerdings die Trennung der einzelnen Kunststoffe. Werden verschiedene Polymere in einem Material gemischt, führt dies zu einem starken Qualitätsverlust und wesentlich schlechteren mechanischen Eigenschaften. Um die Trennung zu erleichtern, wurde 1988 der Recycling-Code eingeführt. Die Wiederverwertung nicht sortenreiner Abfälle, wie Hausmüll, gestaltet sich dennoch schwierig. Die gängigen Trennverfahren sind sehr personalintensiv und erfordern einen hohen Einsatz an Wasser und Energie, so dass sowohl eine Kosten-Nutzen-Rechnung als auch die Ökobilanz negativ ausfallen.


title: Kunststoff

text: Die werkstoffliche Verwertung wird daher zurzeit fast ausschließlich dort eingesetzt, wo große Mengen eines sortenreinen Materials zur Verfügung stehen. Beispielsweise werden in Deutschland Schaumpolystyrolverpackungen gesammelt, die eine erneute Verwertung als Bodenverbesserer in der Landwirtschaft oder bei der Herstellung von Schaumpolystyrol-Beton oder Ziegelsteinen finden. Die Recyclingquote für Schaumpolystyrol betrug im Jahre 2000 etwa 70 %. Für PVC existiert ebenfalls ein Rücknahmesystem, gesammelt werden vor allem Fußbodenbeläge, Dachbahnen, Fensterprofile und PVC-Rohre. Weitere Anwendungsbereiche für die werkstoffliche Wiederverwertung sind zum Beispiel in der Wiederverwertung von Fahrzeugen oder Getränkeflaschen, oder in Ländern der zweiten oder dritten Welt, wo das Sammeln sortenreiner Kunststoffabfälle zum Einkommen beiträgt. So entstehen aus den Sekundärrohstoffen erneut Verpackungen oder Produkte wie Fensterprofile, Rohre, Blumen- und Getränkekästen, neue Folien, Fensterrahmen oder Gießkannen.


title: Kunststoff

text: Die rohstoffliche Verwertung von Kunststoffen ist durch chemisches Recycling möglich. Dieses zielt auf die Umwandlung in molekulare, wiederverwertbare Bausteine ab und umfasst Prozesse wie Vergasung, Pyrolyse, Solvolyse und Depolymerisation. Durch Pyrolyse lassen sich Kunststoffe wieder in die jeweiligen Monomere oder weitere petrochemisch verwertbare Stoffe, wie Methanol oder Synthesegas spalten. Für die Gewinnung der Monomere ist aber ebenfalls die Verfügbarkeit sortenreinen Materials Voraussetzung. Beispiele sind das Hamburger Verfahren, das zurzeit von der BP betrieben wird und sowohl zur Gewinnung von Monomeren, als auch petrochemischer Rohstoffe dient und das von Walter Michaeli und anderen entwickelte Verfahren der degradativen Extrusion, das in der Lage ist, vermischte Kunststoffabfälle in rohstofflich verwertbare Gase, Wachse und Öle umzuwandeln. Diese Verfahren werden naturgemäß vor allem für die Verwertung von Mischkunststoffen genutzt, die sich nur unter großem Aufwand trennen lassen würden.


title: Kunststoff

text: Bei der energetischen Verwertung werden die Kunststoffe zur Energiegewinnung genutzt. Dies geschieht fast ausschließlich durch Verbrennung. Einsatzgebiete sind vor allem Hochöfen, Zementwerke, Kraftwerke etc. Die dort vorherrschenden hohen Temperaturen sorgen für eine vollständige und schadstoffarme Verbrennung. Der Heizwert von Kunststoffen entspricht ungefähr dem von Steinkohle.


title: Kunststoff

text: Zur Reduzierung der Menge, Ausbreitung in der Umwelt und Beeinflussung der Produktion über Anreize beim Preis wird eine Steuer mit Lenkungswirkung sowie der Abbau von steuerlichen Begünstigungen gegenüber Kraftstoffen erwogen und kontrovers diskutiert. Die Europäische Union und verschiedene Länder haben die Produktion und Verbreitung von verschiedenen Einwegprodukten aus Plastik verboten.


title: Kunststoff

text: Herkömmliche Kunststoffe galten bislang als biologisch nicht abbaubar. Ohne biologischen Abbau zersetzen sich Kunststoffe nur sehr langsam durch chemische und physikalische Prozesse (siehe Abschnitt Persistenz). In jüngerer Zeit wurden einige Organismen gefunden, die auch herkömmliche Kunststoffe abbauen können.


title: Kunststoff

text: Von zwei Insekten, der Dörrobstmotte "Plodia interpunctuella" und der Großen Wachsmotte "Galleria mellonella" ist bekannt, dass sie mit Hilfe von Darmbakterien Polyethylen abbauen können.


title: Kunststoff

text: Die Mottenlarve Galleria mellonella kann Polyethylen-Folien innerhalb von wenigen Stunden durchlöchern. Der genaue Mechanismus ist noch unbekannt, vermutlich besteht ein Zusammenhang mit der Fähigkeit der Mottenlarven, Wachs aus Bienenwaben zu verdauen (Wachs und Polyethylen sind sich chemisch ähnlich, in beiden spielen CH-CH-Bindungen eine wichtige Rolle). 2016 wurde das Bakterium Ideonella sakaiensis entdeckt, das in der Lage ist, sich von PET-Abfällen zu ernähren. Es benötigte jedoch für den Abbau eines dünnen Kunststofffilms sechs Wochen. Da es PET in seine Ausgangsstoffe Terephthalsäure und Ethylenglycol zersetzt, wäre es prinzipiell zum Recycling einsetzbar.


title: Kunststoff

text: Ebenso können Mehlkäfer "(Tenebrio molitor)" ausschließlich mit Polystyrol ernährt werden, wobei bei Mehlkäfern der Abbauprozess noch unbekannt ist. Da Insektenlarven mit ihren Kauwerkzeugen Kunststoffe zu feinen Partikeln verarbeiten, kann der Abbau durch bakterielle Enzyme schneller erfolgen.


title: Kunststoff

text: 2017 wurde in einer Publikation gezeigt, dass Tübinger Gießkannenschimmel ("Aspergillus tubingensis") Polyester-urethane abbauen kann. Innerhalb von zwei Monaten konnte ein Kunststofffilm vollständig abgebaut werden.


title: Kunststoff

text: Im Jahr 2020 wurde bekannt, dass Enzyme für den Abbau von Plastik zum Einsatz kommen können. Dazu werden spezielle Enzyme verwendet, die so hitzestabil sind, dass sie auch Temperaturen um die 70 Grad aushalten. Ein aktiver Vertreter dieser Methode ist französischen Firma Carbios. Die Flaschen müssen vor dem Erhitzen zuerst verkleinert werden. Trotz dieses Aufwands wird das Verfahren als lohnend bewertet, da die Ausgaben für diesen Prozess sich auf nur etwa 4 % der Kosten belaufen, die für die Produktion neuer Plastikflaschen aus Rohöl anfallen. Die Wirkungsweise des Enzyms, welches die Polyethylenterephthalat (PET) in Polymere zerlegt, wird hierbei von Carbios als "bakterieller Katalysator" beschrieben. An der Erforschung und Nutzbarmachung dieses Verfahrens sind inzwischen auch Nestlé, PepsiCo, L'Oreal und der japanische Getränkehersteller Suntory beteiligt.


title: Kunststoff

text: Seit etwa 1990 wird intensiv an kompostierbaren, entsorgbaren Kunststoffen geforscht. Definiert wird die "Prüfung der Kompostierbarkeit von Kunststoffen" seit 1998 unter der DIN-Norm V 54900. Damit ein Kunststoff biologisch abbaubar ist, muss er Angriffsstellen für die Enzyme der Mikroorganismen bieten, die ihn für ihren eigenen Stoffwechsel nutzen sollen. Diese Enzyme verwandeln die langen Polymerketten in handlichere wasserlösliche Bruchstücke. Dazu können bereits natürlich vorkommende Polymere "(Biopolymere)" oder Einheiten in synthetisch hergestellte Ketten wie Zucker, Bernsteinsäure oder Milchsäure integriert werden. Entscheidend ist die Anwesenheit von Heteroatomen wie Stickstoff oder Sauerstoff im Kunststoff. So sind die meisten der bisher etwa 30 bekannten, vermarktungsfähigen, biologisch abbaubaren Kunststoffe Polyester, Polyamide, Polyesterurethane und Polysaccharide. Bei synthetisch hergestellten Polyestern und -amiden besteht das Problem, dass gerade die Eigenschaften, die die Schlag- und Zugfestigkeit der Materialien ausmachen (intramolekulare H-Brücken in Amiden, aromatische Komponenten in Polyestern), einer Verwertung durch die Natur entgegenstehen. Eine Verbesserung der biologischen Abbaubarkeit bedeutet so auch fast immer eine Verschlechterung der Werkstoffeigenschaften.


title: Kunststoff

text: Die Weltproduktion an biologisch abbaubaren Kunststoffen betrug im Jahr 2007 300.000 Tonnen (im Vergleich zu 240 Mio. Tonnen Standardkunststoff).


title: Kunststoff

text: Polysaccharide (Stärke, Cellulose) dienen der Natur als Energiespeicher und Gerüstsubstanzen. Unzählige Einfachzucker (wie Glukose oder Fruktose) bilden lange Ketten und stellen somit natürlich vorkommende Polymere dar, die als solche auch von der Natur abgebaut werden können. Sie sind billig und in großen Mengen verfügbar, zeigen allerdings einen gravierenden Nachteil: Sie können nicht durch Aufschmelzen zu Folien, Formteilen oder Fasern verarbeitet werden, d. h., sie sind "nicht" thermoplastisch formbar. Die thermoplastische Formbarkeit ist jedoch gerade einer der großen Vorzüge von Kunststoffen. Eine Veresterung der freien OH-Gruppen der Zucker verbessert zwar die Materialeigenschaften, setzt aber auch ihre Fähigkeit zur biologischen Abbaubarkeit herab. Werden Polysaccharide als Werkstoff eingesetzt, ist der Kompromiss zwischen Werkstoffeigenschaften und biologischer Abbaubarkeit nötig.


title: Kunststoff

text: Polyhydroxybuttersäure ist ein ebenfalls natürlich vorkommendes Polymer, das von bestimmten Mikroorganismen zur Energiespeicherung gebildet wird. Durch Fermentation können diese dazu angeregt werden, das Polymer bis zu 90 % ihrer eigenen Masse anzureichern. Es ist als Biopolymer biologisch abbaubar und zeigt Materialeigenschaften, die denen von Polyestern ähneln. Gegenwärtig bestehen Bestrebungen, PHB in gentechnisch veränderten Pflanzen zu produzieren "(„Plastikkartoffeln“)".


title: Kunststoff

text: Weltweit werden derzeit rund 380 Millionen Tonnen Kunststoff pro Jahr verbraucht (Stand: 2017). Im Durchschnitt wuchs die Produktion von Kunststoffen seit 1950 um ca. 8,4 % pro Jahr und damit 2,5 mal so schnell wie das durchschnittliche Bruttoinlandsprodukt.


title: Kunststoff

text: Die Gründe dafür sind vielfältig (siehe auch Kapitel Eigenschaften): Zunächst ist Erdöl als Rohstoffquelle leicht zugänglich; dabei beträgt der Anteil am weltweiten Erdölverbrauch von Kunststoffen nur 4 %. Das Gewicht von Kunststoff ist, verglichen mit Eisen- und Keramikwerkstoffen, sehr gering. Die Verarbeitung von Kunststoffen (und speziell Thermoplasten) ist bei niedrigen Temperaturen möglich und damit kostengünstig. Schließlich sind Kunststoffe auch noch durch ihre speziellen Eigenschaften als Funktionswerkstoffe (siehe Kapitel Sonderkunststoffe) für Anwendungen verwendbar, für die sich sonst kein anderes Material in dieser Weise eignen würde und die teilweise erst durch Kunststoffe ermöglicht werden.


title: Kunststoff

text: In Wirtschaftsstatistiken werden Chemiefasern, sowie Kunstharze in Lack- und Klebstoffen oft von anderen Kunststoffen getrennt ausgewiesen.


title: Kunststoff

text: Bereits 1957 wurde eine Kunststoffkommission des Bundesgesundheitsamtes gegründet, um sich mit den vom Kunststoff ausgehenden Gesundheitsgefahren auseinanderzusetzen. Im Gründungsdokument steht der folgende Satz: „Die zunehmende Verwendung von Kunststoffen bei Bearbeitung, Verteilung und Verbrauch von Lebensmitteln, z. B. als Verpackungsmaterial, in Form von Folien sowie als Eßgeschirr, Trinkbecher usw., hat zahlreiche gesundheitliche Probleme aufgeworfen … (… Bulletin der Bundesregierung Nr.156 vom 24. August 1957)“


title: Kunststoff

text: Polymere (Hauptbestandteile von Kunststoffen) selbst gelten unter physikochemischen Bedingungen des Körpers als unreaktiv (inert) und können von den Zellen lebender Organismen nicht aufgenommen werden. Polymere sind somit voraussichtlich unbedenklich, es gibt jedoch noch viele offene Fragen.


title: Kunststoff

text: Untersucht werden allerdings mögliche Gefahren von Mikroplastik. Gefahren können außerdem von teilweise zugesetzten Additiven ausgehen. Additive können an der Oberfläche des Materials, so bei Bodenbelägen, austreten "(Ausschwitzen)". Aus diesem Grunde gelten für Lebensmittelverpackungen, Kunststoffe in der Medizin und ähnliche Anwendungen besonders strenge Auflagen hinsichtlich der Verwendung von Additiven. Die in solchen Bereichen eingesetzten Kunststoffe bedürfen einer Zulassung, beispielsweise durch die FDA.


title: Kunststoff

text: In diesem Zusammenhang ist in der Vergangenheit vor allem Weich-PVC in die Kritik geraten, da diesem Kunststoff besonders große Mengen an Weichmachern zugesetzt werden. Es ist daher schon seit langem nicht mehr als Verpackung für Lebensmittel zugelassen. Ebenso ist in der Europäischen Union Herstellung und Vertrieb von Spielzeug für Kinder bis zum Alter von drei Jahren aus Material untersagt, das Phthalat-Weichmacher (vorrangig DEHP) enthält. Allerdings werden bis heute vor allem in Fernost produzierte Spielzeuge aus Weich-PVC verkauft.


title: Kunststoff

text: Die in der EU hergestellten und vertriebenen Bodenbeläge, Trinkflaschen, Lebensmittelverpackungen, Kosmetikbehälter, Babyprodukte, Kunststoffspielzeuge etc. enthalten oftmals allerdings ebenfalls gesundheitsschädliche Additive. Die endokrinologische Fachgesellschaft Endocrine Society, die European Society of Endocrinology, die European Society for Pediatric Endocrinology, die Deutsche Gesellschaft für Endokrinologie, das National Institute of Environmental Health Sciences, die UNEP sowie die Weltgesundheitsorganisation (WHO) sehen es als erwiesen an, dass Weichmacher und andere Kunststoffadditive im menschlichen Körper bereits in geringsten Mengen als endokrine Disruptoren wirken und so schädlichen Einfluss auf das Hormonsystem ausüben. Demnach sind zahlreiche Additive (u. a. Phthalate, Parabene und Phenole) unter anderem an der Entstehung von Brust- und Prostatakrebs, Unfruchtbarkeit, Diabetes mellitus, kardiovaskulären Erkrankungen, Schilddrüsenerkrankungen, kindlichen Entwicklungsstörungen sowie neurologischen, neurodegenerativen und psychischen Erkrankungen beim Menschen ursächlich beteiligt.


title: Kunststoff

text: Zahlreiche medizinische Fachgesellschaften aus verschiedenen Ländern kritisieren, dass die aktuellen Grenzwerte unzureichend seien und deutlich stärkere Regulationsbemühungen nötig wären, um Verbraucher vor den gesundheitsschädlichen Auswirkungen von Kunststoffen zu schützen. Obwohl Wissenschaftler seit über 25 Jahren vor den Gefahren von endokrinen Disruptoren warnen würden, seien kaum politische Maßnahmen ergriffen worden, die Exposition von Verbrauchern gegenüber endokrinen Disruptoren zu reduzieren.


title: Kunststoff

text: Des Weiteren wird kritisiert, dass die kunststoffproduzierende Industrie zu großen Einfluss auf den Zulassungs-, Bewertungs- und Gesetzgebungsprozess habe und durch gezielte Desinformation der Öffentlichkeit und Infiltration wissenschaftlicher Fachzeitschriften versuche, die öffentliche Meinung einseitig zu beeinflussen und den wissenschaftlichen Konsens zur Gefährlichkeit von Kunststoffen zu leugnen. Hierbei würden ähnliche Methoden angewendet wie jene, mit denen im zwanzigsten Jahrhundert die Regulation von Asbest und Tabakrauch herausgezögert worden sei.


title: Kunststoff

text: Die größte und älteste endokrinologische Fachgesellschaft der Welt, die Endocrine Society, widerspricht explizit den Beteuerungen von Herstellern und staatlichen Risikobewertungsinstituten, wonach bei Einhaltung der aktuellen Grenzwerte keine Gesundheitsgefahr bestehe, und weist darauf hin, dass es keine Grenze gebe, unterhalb derer von einer gesundheitlichen Unbedenklichkeit ausgegangen werden könne. Sie empfiehlt daher zur Vermeidung ernsthafter gesundheitlicher Konsequenzen unter anderem:


title: Attila

text: Attila († 453) war von 434 (als Mitherrscher zusammen mit seinem Bruder Bleda) bzw. 444/45 (als Alleinherrscher) bis zu seinem Tod „König“ "(rex)" des Kriegerverbandes der Hunnen. Zentrum seines Machtbereichs war das Gebiet des heutigen Ungarns, wo die Hunnen im 5. Jahrhundert ein kurzlebiges Reich errichteten, das unter Attila die größte Machtentfaltung erlebte, aber bereits kurz nach seinem Tod wieder zusammenbrach.


title: Attila

text: Attila unternahm wiederholt Kriegszüge, die oft mit großer Härte durchgeführt wurden und sich zunächst gegen Ostrom, 451/52 jedoch vor allem gegen Westrom richteten. Daneben unterhielt er zu beiden Reichsteilen diplomatische Kontakte, die vor allem darauf abzielten, möglichst hohe Tributzahlungen der Römer durchzusetzen, die Attila benötigte, um sein nur locker aufgebautes Vielvölkerreich zusammenzuhalten. Die Römer wiederum waren an möglichst stabilen Verhältnissen im angrenzenden Barbaricum interessiert, um die Grenzen zu sichern. Für die römisch-hunnischen Kontakte dieser Zeit steht mit dem fragmentarisch erhaltenen Geschichtswerk des Priskos eine wichtige Quelle zur Verfügung.


title: Attila

text: Als legendäre Figur "König Etzel" lebte Attila in zahlreichen mittelalterlichen Werken weiter, so im Nibelungenlied und der Dietrichepik.


title: Attila

text: Die Hunnen, ursprünglich ein aus Zentralasien stammendes, wohl heterogen zusammengesetztes Reitervolk unklarer Herkunft, lösten nach vorherrschender Meinung um 375 die sogenannte Völkerwanderung aus, als sie die Goten und andere Stämme aus ihren Stammsitzen in Osteuropa vertrieben, was eine wellenartige Fluchtbewegung zur Folge hatte. Um 400 traten die Hunnen in das nähere Umfeld des Römischen Reichs, in der ersten Hälfte des 5. Jahrhunderts errichteten sie in der ungarischen Tiefebene einen eigenen Herrschaftsraum.