Kunststoffe

Kunststoffe bestehen aus Makromolekülen, also Molekülen aus Tausenden von Atomen. Sie entstehen, indem sich viele kleine Moleküle, die Monomere, zu langen Ketten verbinden. Das Produkt heißt Polymer. Aus dem Monomer Ethen entsteht zum Beispiel Polyethen, kurz PE, das in Plastiktüten und Folien steckt. Bei dieser Polymerisation wird die Doppelbindung des Ethens aufgebrochen, und die Moleküle verknüpfen sich zu einer Kette.

Neben der Polymerisation gibt es die Polykondensation, bei der sich Monomere mit zwei funktionellen Gruppen unter Abspaltung kleiner Moleküle wie Wasser verbinden. So entstehen Polyester wie PET für Getränkeflaschen. Ob ein Kunststoff weich wird, wenn man ihn erhitzt, hängt nicht vom Monomer allein ab, sondern vor allem davon, wie die Ketten untereinander verbunden sind.

Ein typischer Fehler ist, alle Kunststoffe für schmelzbar und damit einfach recycelbar zu halten. Nur Thermoplaste mit unvernetzten Ketten lassen sich einschmelzen und neu formen. Duroplasten sind eng vernetzt und zersetzen sich beim Erhitzen, bevor sie weich werden. Elastomere wie Gummi liegen dazwischen: Sie sind weitmaschig vernetzt und daher dehnbar, aber ebenfalls nicht schmelzbar.

Am Beispiel von Ethen lässt sich die Polymerisation gut nachvollziehen. Ethen (C2H4) besitzt eine reaktionsfreudige Doppelbindung. Unter hohem Druck und mit einem Katalysator bricht diese Doppelbindung auf, wodurch jedes Molekül zwei freie Bindungsstellen erhält. Diese Stellen verknüpfen sich mit den Nachbarmolekülen, sodass sich Tausende Ethen-Einheiten zu einer einzigen langen Kette aneinanderreihen.

Das Ergebnis ist Polyethen, ein Kettenmolekül mit einer Molmasse von oft mehreren Hunderttausend Gramm pro Mol, während ein einzelnes Ethen-Molekül nur 28 Gramm pro Mol wiegt. Genau diese enorme Kettenlänge unterscheidet ein Polymer von einem gewöhnlichen Molekül und verleiht ihm die typischen Kunststoffeigenschaften wie Zähigkeit und Formbarkeit.

Kaum ein Alltagsgegenstand kommt ohne Kunststoff aus. PE steckt in Tüten und Folien, PET in Getränkeflaschen, PVC in Rohren und Fensterrahmen, Polystyrol in Verpackungen. Diese Vielfalt ist auch ein Problem für das Recycling, denn verschiedene Kunststoffe lassen sich nicht einfach zusammen einschmelzen. Deshalb tragen Verpackungen Recycling-Codes, kleine Zahlen im Dreieckssymbol, die den Kunststofftyp angeben und die Sortierung erleichtern.

Nur Thermoplaste können sortenrein gesammelt, eingeschmolzen und zu neuen Produkten verarbeitet werden, man spricht von werkstofflichem Recycling. Duroplaste und viele Verbundstoffe, bei denen mehrere Kunststoffe fest miteinander verklebt sind, landen dagegen meist in der thermischen Verwertung, also der Verbrennung zur Energiegewinnung.

Ein häufiger Fehler ist, Vernetzung mit Kettenlänge zu verwechseln. Ein Duroplast muss nicht aus längeren Ketten bestehen als ein Thermoplast, entscheidend ist allein, ob zwischen den Ketten zusätzliche Atombindungen bestehen. Auch die Aussage „Kunststoff ist immer schädlich für die Umwelt“ ist zu pauschal: Problematisch ist vor allem unsachgemäße Entsorgung, während viele Kunststoffe bei sachgerechtem Recycling mehrfach wiederverwendet werden können.

Ein weiterer Fehler betrifft die Reaktionstypen: Polymerisation und Polykondensation werden oft verwechselt. Merke dir den Unterschied klar: Bei der Polymerisation entsteht kein Nebenprodukt, bei der Polykondensation wird immer ein kleines Molekül wie Wasser abgespalten.