Was sind die wichtigsten Kunststoffarten?

Weltweit wurden im Jahr 2016 335 Millionen Tonnen der verschiedensten Kunststoffarten produziert. Kunststoff ist ein wichtiger Werkstoff, der auch weiterhin an Bedeutung gewinnt und auf vielen Gebieten alternativlos ist, auch wenn die Forschung mit immer neuen Materialien experimentiert, um u. a. das Problem der Umweltverschmutzung durch Kunststoffe in der Zukunft zu lösen.

In der Praxis begegnen uns viele Abkürzungen, in ganz unterschiedlichen Lebenssituationen. Folgend werden wir die Wichtigsten auf Erdöl basierenden Kunststoffe genauer betrachten, die Herstellung sowie Eigenschaften kurz erläutern und aufzeigen, wo diese im täglichen Leben typischerweise verwendet werden.

Einteilung der Kunststoffarten

Es gibt verschiedene Möglichkeiten, wie man konventionelle Kunststoffe (also Kunststoffe auf Basis petrochemischer Rohstoffe) einteilen kann. In der Chemie beispielsweise wird vorrangig die Einteilung nach den Entstehungsreaktionen vorgenommen:

• Polymerisate. Sie entstehen doch Polymerisation. Es werden aus Monomeren mit Doppelbindungen in einer Kettenreaktion, welche ohne erkennbare Stufen abläuft, lange Polymerketten. Einfach ausgedrückt: Die Doppelbindungen werden aufgebrochen, um an diesen freien Stellen neue Verbindungen einzugehen. Einzelne Monomere werden zu einer langen Kette addiert. Dabei kommt es zu keiner Umlagerung oder Abspaltung.
• Polykondensate. Sie entstehen durch Polykondensation. Diese Reaktion verläuft in Stufen und unter Abspaltung von Nebenprodukten (häufig H2O). Dies bedeutet, dass nicht nur einzelne Monomere an eine Kette angebaut werden können, sondern auch zwei Ketten zu einer längeren zusammen gebaut werden ohne das dabei die Wachstumsreaktion beendet wird.
• Polyaddukte. Sie entstehen durch Polyaddition. Auch diese Reaktion verläuft in Stufen, allerdings ohne Abspaltung von Nebenprodukten. Die Monomere reagieren an beiden Enden, so entstehen erst kurze Ketten (Oligomere), welche dann miteinander oder mit längeren Ketten reagieren.

Sehr häufig wird darüber hinaus die Einteilung nach dem mechanisch-thermischen Verhalten, also den Eigenschaften, verwendet. Da dies in unserer Branche von höherem Stellenwert ist, wird im Folgenden diese Einteilung verwendet. Die Zuordnung erfolgt dabei in drei große Gruppen: die Thermoplaste, die Duroplaste und die Elastomere.

Wie beschrieben, bestehen alle 3 Kunststoffarten hauptsächlich aus Makromolekülen, den Polymeren, welche sich immer wiederholen. Die Polymere werden aus Naturstoffen gewonnen oder rein synthetisch hergestellt. Je nach dem, welches Ausgangsmaterial verwendet wird und welche Additive beigemischt werden, variieren die Merkmale des fertigen Produktes stark. Deswegen ist Kunststoff ein so attraktiver Werkstoff, da man schier unzählige Varianten mit ganz unterschiedlichen Eigenschaften herstellen kann. Genau diese Eigenheit macht zum Teil eine genaue Zuordnung der fertigen Produkte zu den einzelnen Kunststoffarten manchmal etwas schwierig.

Thermoplaste

Der größte Unterschied von Thermoplasten zu den anderen 2 Gruppen liegt in der Formbarkeit des Materials. Je mehr Energie (z. B. Wärme) hinzugefügt wird, desto leichter lassen sich die Thermoplaste verformen. Begründet ist diese Eigenschaft in der Anordnung der Moleküle. Die Molekülketten sind hauptsächlich linear angeordnet und haben so gut wie keine Quervernetzungen. Diese Ketten können sich leichter gegeneinander verschieben und sind somit leichter verformbar und schmelzen bei genug Wärme, wie beispielsweise eine Plastikschüssel auf der Herdplatte.

Polyethylen, auch Polyethen (Abkürzung: PE)

PE ist der am häufigsten hergestellte Kunststoff und der bei weitem wichtigste Thermoplast zur Herstellung von Folie. Polyethylen entsteht durch Polymerisation von Ethen, vereinfacht dargestellt:

Generell ist Polyethen ein sehr weicher Thermoplast und sehr stabil gegenüber Chemikalien. Viele Säuren werden beispielsweise in Behältern aus PE-Kunststoff verkauft. Die Dichte beträgt zwischen 0,90 und 0,95 g/cm3, es schwimmt also in Wasser. Aufgrund ihrer physiologischen Unbedenklichkeit werden sie sehr stark im Lebensmittelbereich eingesetzt.

Es wird unterschieden in PE-LD (LDPE) = Polyethylen mit geringer Dichte (Low Density) und PE-HD (HDPE) = Polyethylen mit hoher Dichte (High Density). Die Dichte (Kristallinität) bestimmt Fließverhalten, Verarbeitungseigenschaften und Qualität der späteren Folie. HDPE ist daher immer stabiler, reißfester, kratz- und verschleißfester als LDPE.

Beispiele für PE-HD: Kanister, Flaschenkästen, Tragetaschen, (sehr dünne) Folien, Lebensmittelverpackungen, Transportbehälter, Bauteile, Möbelteile, Haushaltsgeräte, Spielzeug.

Beispiele für PE-LD: Verpackungs- und Baufolien, Eimer, Rohre, Flaschen, Dosen.

Polypropylen, auch Polypropen (Abkürzung: PP)

Polypropylen hat große Ähnlichkeiten mit dem PE-LD, es zeichnet sich durch hohe Stabilität aus und ist beständig gegen viele Chemikalien. Es ist ebenfalls physiologisch unbedenklich und im Recyclingprozess unschädlich für die Umwelt. Polypropylen ist allerdings härter und wärmebeständiger als PE-LD. Unter 0 °C wird PP allerdings spröde. Die Dichte beträgt ca. 0,9 g/cm3. Polypropylen entsteht Polymerisation von Propen, vereinfacht dargestellt:

Einsatzbereiche dieses Kunststoffes: Hauptverwendungsbereich ist als Trägermaterial für Klebebänder (hier im Shop erhältlich). Weiterhin: Verpackung von Lebensmitteln, Gemüse, Gebäck, Einwegbecher, Batteriekästen, Bauteile im Auto, Schuhabsätze, Verpackungsfolien aller Art, aber auch Kaffeemaschinen, Wasserkocher, Teppiche und Kunstrasen.

Polyvinylchlorid (Abkürzung: PVC)

Polyvinylchlorid ist neben PE, PS und PP der bekannteste Kunststoff, vor allem auch im Verpackungsbereich, wo die ersten Klebebänder aus PVC waren. Polyvinylchlorid entsteht durch Polymerisation von Chlorethen (auch Vinylchlorid). Wobei Vinylchlorid ein hochgiftiger und krebserregender Stoff ist. Reste müssen aus dem PVC mit viel Aufwand ausgewaschen werden. Reines PVC ist weißes, hartes Pulver. Zur Herstellung der stabilen PVC-Produkte werden Weichmacher eingesetzt. Diese Stoffe schieben sich zwischen die Molekülketten des PVCs und halten diese zusammen. Je mehr Weichmacher, desto flexibler ist der spätere Kunststoff.

Die Stabilität und Elastizität mit dem Zusatz von Weichmachern bedeutet aber auch eine geringere Beständigkeit gegenüber vielen Chemikalien, da diese die Weichmacher aus dem PVC herauswaschen können.

Deswegen hat PVC viele unterschiedliche Einsatzzwecke, je nach Elastizität: Verpackungsfolien, Abfluss- und Kanalrohre, Bauprofile und chemische Apparatebau, aber auch Bodenbeläge, Profile, Schläuche, Schaumstoffe und Klebebänder im Verpackungsbereich (gleich im Shop bestellen). Nicht zu vergessen die Schallplatte, deswegen auch der Name „Vinyl-Schallplatte).

Polystyrol (Abkürzung: PS)

Polystyrol ist ein preiswerter Massenkunststoff, der granuliert wird und der in vielen Bereichen Verwendung findet. Reines PS ist hart, farblos, spröde und hat einen hohen Oberflächenglanz. Es ist beständig gegenüber Säuren, Laugen und Alkohol, allerdings nicht gegenüber unpolaren Lösungsmitteln (z. B. Nagellackentferner). Die Dichte ist größer als 1 g/cm3, es schwimmt also nicht in Wasser. Polystyrol entsteht durch Polymerisation von Styrol, vereinfacht dargestellt:

Einsatzbereiche: Lebensmittelverpackungen, Becher, Gehäuse, CD-Hüllen, Dosen, Spielzeug.

Expandiertes Polystyrol (Abkürzung: EPS)

Expandiertes Polystyrol, ist besser bekannt unter dem geschützten Markennamen Styropor® (BASF). Hier wird Treibmittel in die Polystyrol-Perlen eingearbeitet, welches durch Wärme aufschäumt.

Einsatzbereiche für EPS-Kunststoffe: Verpackungschips, Einsätze für Konstruktivverpackungen, Wärmedämmung.

Polyamid (Abkürzung: PA)

Polyamide sind Makromoleküle, welche im Übrigen auch in natürlicher Form vorkommen: Peptide und Proteine, wie Haare, Wolle, Eiweiß. Polyamidfasern sind leicht färbbar, elastisch, fäulnis-, laugen- und reißfest. Synthetisch hergestellt entstehen Polyamide durch Polykondensation. Im Gegensatz zu den natürlichen Fasern sind die synthetisch hergestellten Fasern außerdem mottensicher und knitterfrei. Sie eignen sich deshalb besonders zur Herstellung von Kleidung. Den Siegeszug trat Polyamid mit den Nylonstrümpfen an, welche ca. 1940 in den USA auf den Markt kamen. Perlon® unterscheidet sich im Übrigen kaum von Nylon 6,6. Es ist ein Konkurrenzprodukt, welches nach dem 2. Weltkrieg von deutschen Firmen patentiert wurde.

Die Anwendung geht aber weit über den Textilbereich hinaus: Automobilindustrie, Elektrotechnik sowie chirurgische Instrumente werden aus PA hergestellt. Im Verpackungs- und Lebensmittelbereich finden Polyamide Einsatz als Barriere und zur Verbesserung der Durchstoßfestigkeit, sowie bei Klarsichtfolien aller Art.

Polyester (Abkürzung: PES)

Die Bezeichnung Polyester tragen alle Kunststoffe, die Esterverbindungen enthalten. Ihre unterschiedlichen Eigenschaften und damit die Verwendung hängen von den Monomeren ab, die zur Herstellung verwendet werden. Demnach ist auch der Anwendungsbereich sehr groß. Polyester entstehen durch Polykondensation, entweder aus Hydroxycarbonsäuren oder aus Dicarbonsäuren und Dialkoholen.

Einsatzbereiche: Fasern für Textilien, Folien, Saiten der Tennisschläger, Lebensmittelverpackungen, CDs. Der wohl bedeutendste Polyester ist PET (Polyethylenterephthalat), woraus die PET-Flasche hergestellt ist.

Einige Polyester können, je nach dem welche Materialien zur Herstellung verwendet werden, auch zu den Duroplasten gezählt werden, wie beispielsweise das Polyesterharz (UP).

Polyurethan (Abkürzung: PUR, oft auch PU)

Polyurethan wird durch Polyaddition aus Dialkoholen und Diisocyanaten, oft auch Polyether hergestellt. Je nach dem, welche Materialien zur verwendet werden, zählt der fertige PUR zu den Thermoplasten, Duroplasten oder Elastomeren. Dementsprechend vielseitig sind die Einsatzgebiete.

Als thermoplastische Kunststoffe findet man Polyurethan zur Herstellung von Rollen und Walzen.

Duroplaste

Duroplaste (auch Duromere) sind Polymere, welche durch eine Schmelze oder Lösung der Komponenten entstehen. Dies ist eine irreversible Vernetzungsreaktion. Das heißt, die Molekülketten sind stark vernetzt untereinander und die Reaktion ist nicht rückgängig zu machen. Daraus ergibt sich die typische Eigenschaft: Versucht man Duroplaste zu erwärmen, schmelzen diese nicht wie die Thermoplaste, sondern sie zersetzen sich. Bei der Ausübung von Zug dehnen Sie sich nicht, sondern sie zerspringen. Nach der Aushärtung können Duroplaste lediglich mechanisch verändert werden, also mittels Feilen oder Sägen.

Wegen dieser mechanischen und auch chemischen Beständigkeit finden sich Duroplaste oft bei Elektroinstallationen oder Schutzhelmen. Ein weiteres sehr bekanntes Beispiel für diese Kunststoffe ist der Trabant, dessen Karosserieaußenhaut aus einem Duroplast hergestellt wurde.

Melamin-Formaldehyd-Harz, auch Phenoplaste (Abkürzung: MF)

Formaldehydharz entsteht durch die Polykondensation von Formaldehyd mit z. B. Harnstoff oder Phenol. Das wohl bekannteste Produkt dieser Reaktion wird Phenoplast oder Bakelit genannt. Ein Ergebnis der Weiterverarbeitung von Phenoplast-Harz sind die Spanplatten. Hier wird das Harz mit Holzspänen gemischt und gepresst. Das Ergebnis kann man in vielen Wohnungen und Bürogebäuden sehen: Möbelstücke.

Weitere Einsatzbereiche von MF-Kunststoffen: Hartpapier und -gewebe, Kochlöffel, Oberflächen von Küchenmöbeln, elektr. Isoliermaterial.

Polyurethan (Abkürzung: PUR)

Verwendet man bei der Herstellung höherwertige Alkohole, entstehen stabile Kunststoffe mit vielen quervernetzen Molekülketten, also Duroplasten.

Typische Verwendungsgebiete sind Klebstoffe, Farben und Lacke für Möbel, Fußböden und Boote, aber auch Bestandteile von Druckerfarben.

Polyesterharz (Abkürzung: UP)

Polyesterharze sind Kondensationsprodukte aus zwei- oder mehrwertigen Alkoholen. Je nach Zusammensetzung gibt es Polyesterharze in sehr weich bis hart. Sie sind resistent gegenüber schwachen Säuren und Basen (z. B. Benzin). Polyesterharze sind brennbare Kunststoffe.

Der Einsatzbereich reicht von Lackbindemittel, über Laminat und Küchenarbeitsplatten bis hin zu Isolationsmaterial beispielsweise bei Griffen für Töpfe und Bügeleisen und Drainage-Rinnen.

Elastomere

Das Hauptmerkmal von Elastomeren ist die besondere Elastizität. Elastomere lassen sich kurzzeitig auf mindestens das Doppelte ihrer Länge dehnen und sie kehren danach wieder in den Ausgangszustand zurück. Elastomere sind weitmaschig vernetzte Molekülverbindungen, sie werden beim Erwärmen nicht weich, schmelzen nicht und sind in den meisten Lösungsmitteln nicht löslich. Hauptverwendung von Elastomeren sind Reifen. Alle Arten von Kautschuk zählen zu dieser Gruppe.

Polyurethan (Abkürzung: PUR)

Als Elastomer findet man Polyurethan in Fasern, z. B. als Elastan. Haupteinsatzgebiet ist allerdings die Verwendung in aufgeschäumter Form. So ist Polyurethan ein dauerelastischer Weichschaum (z. B. für Sportschuhsohlen) oder als harter Montageschaum bekannt.

Weitere Einsatzbereiche für flexibles PUR: Kissen, Matratzen, Polstermöbel, Schaumstoffe und Polstermaterialien (auch für den Verpackungsbereich), Bauschaum zur Wärmedämmung und Beschichtung von Teppichen.

• 
  Kissen, Foto erstellt von lifeforstock – de.freepik.com
• 
• 

Elastan (Abkürzung: PUE)

Elastan ist ein Elastomer, das zu mindestens 85 % aus Polyurethan besteht. Deshalb auch die Abkürzung PUE = PolyUrethan Elastisch. Die Dehnfähigkeit von Elastan beträgt 500 – 700 % und es kehrt danach weitestgehend in den Ausgangszustand zurück.

Der Grund für diese Dehnbarkeit ist die Struktur der Fasern. Elastan besteht aus steifen und lockeren, gummiartigen Abschnitten. Wobei Letztere oft verknäult vorliegen und beim Dehnvorgang gestreckt werden, anschließend ziehen sie sich wieder zusammen.

Typische Verwendungszwecke sind demnach dehnbare Kleidungsstücke, wie Socken, Strumpfhosen, Badebekleidung. Wobei Elastan oft unter den Handelsnamen Lycra® und Dorlastan® bekannt ist.

Dieser Artikel dient der Übersicht der Kunststoffarten. Informationen über Biokunststoffe erläutern wir im Artikel “Die Kunststoffstrategie der EU – was steckt hinter recyelbaren, oxo-abbaubaren und biobasierten Kunststoffen?”.