Kunststoffe im Alltag

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Kunststoffe sind aus unserem Alltag nicht mehr wegzudenken. Von der Frühstücksverpackung über Kleidung bis zu High-Tech-Anwendungen – synthetische Polymere begegnen uns überall. Dieser Artikel gibt einen Überblick über die wichtigsten Kunststofftypen, ihre Eigenschaften, Recyclingmöglichkeiten und Umweltauswirkungen.

Die wichtigsten Kunststoffe

Polyethylen (PE)

Polyethylen ($\ce{-(CH2-CH2)-_{n}}$) ist der meistproduzierte Kunststoff weltweit. Man unterscheidet HDPE (hart, stabil – für Flaschen und Kanister) und LDPE (weich, flexibel – für Folien und Tragetaschen).

$$\text{n } \ce{CH2=CH2} \xrightarrow{\text{Katalysator}} \ce{-(CH2-CH2)-_{n}}$$

Polypropylen (PP)

PP ist härter und temperaturbeständiger (Schmelzpunkt ~160 °C). Verwendung: Autoteile, Verpackungen, Textilien (Seile, Teppiche), Deckel von Getränkeflaschen.

Polyvinylchlorid (PVC)

PVC enthält Chlor und ist schwer entflammbar. Hart-PVC dient für Fensterrahmen und Rohre, Weich-PVC (mit Weichmachern) für Schläuche, Kabelisolierung und Regenkleidung.

Polyethylenterephthalat (PET)

PET ist ein Polyester – reißfest, lebensmittelecht und ideal für Getränkeflaschen. Es kann gut zu rPET (Recycling-PET) verarbeitet werden.

Polystyrol (PS)

PS ist hart und spröde. Als geschäumtes Material (Styropor) wird es zur Wärmedämmung und als Verpackungsschutz verwendet.

Recycling von Kunststoffen

Mechanisches Recycling

Kunststoffe werden mittels NIR-Spektroskopie sortiert, gereinigt, geschreddert und zu Regranulat verarbeitet. Aus PET-Flaschen entstehen so neue Flaschen (Bottle-to-Bottle) oder Textilfasern. Nachteil: Die Qualität nimmt durch Kettverkürzung ab (Downcycling).

Chemisches Recycling

Durch Pyrolyse werden Kunststoffe in ihre monomeren Bausteine zerlegt:

$$\ce{-(CH2-CH2)-_{n}} \xrightarrow{\Delta} \ce{n CH2=CH2}$$

Dies ermöglicht erneute Polymerisation in Neuqualität, ist jedoch energieintensiv und teuer.

Biologisch abbaubare Kunststoffe

PLA (Polymilchsäure) aus Maisstärke oder PHA aus Mikroorganismen sind unter industriellen Kompostbedingungen abbaubar. Sie mischen sich jedoch oft mit konventionellen Kunststoffen und stören so den Recyclingprozess.

Umweltauswirkungen

Mikroplastik

Durch Verwitterung und Abrieb zerfallen Kunststoffe in Partikel < 5 mm. Mikroplastik findet sich weltweit in Meeren, Böden und in der Nahrungskette. PE und PP tragen aufgrund ihrer hohen Produktionsmengen am stärksten bei.

Ressourcen- und CO₂-Bilanz

Kunststoffe basieren überwiegend auf Erdöl. Die Herstellung von 1 kg PE verbraucht etwa 2 kg Erdöl und setzt rund 3 kg $\ce{CO2}$ frei. Die Verbrennung von Kunststoffabfällen in Müllverbrennungsanlagen trägt zusätzlich zu den Treibhausgasemissionen bei.

Übungen

Identifiziere zu jedem der folgenden Alltagsgegenstände den wahrscheinlich verwendeten Kunststoff (PE, PP, PVC, PET oder PS) und begründe deine Wahl anhand von Eigenschaften: (a) Getränkeflasche, (b) Fensterrahmen, (c) Joghurtbecher, (d) Styropor-Verpackung, (e) Tragetasche aus dem Supermarkt.
Formuliere die Reaktionsgleichung für die radikalische Polymerisation von Ethen zu Polyethylen. Kennzeichne das Monomer und das entstehende Polymer. Wie unterscheidet sich die Struktur von HDPE und LDPE auf molekularer Ebene?
Eine PET-Flasche wird mechanisch recycelt. Beschreibe die einzelnen Schritte des Verfahrens von der Sammlung bis zum Regranulat. Erkläre den Begriff „Downcycling" und nenne ein Beispiel, bei dem rPET nicht erneut für Getränkeflaschen verwendet werden kann.
Vergleiche das mechanische mit dem chemischen Recycling von Kunststoffen. Nenne jeweils einen Vor- und einen Nachteil. Warum ist das chemische Recycling trotz höherer Qualität des Ausgangsmaterials bisher weniger verbreitet?
Ein Teelicht aus Paraffin (einer Mischung längerer Alkane) brennt vollständig ab, während eine Plastiktüte aus PE schmilzt und tropft, bevor sie verbrennt. Erkläre diesen Unterschied auf molekularer Ebene. Welche Umweltprobleme entstehen durch unvollständige Verbrennung oder Verschwelung von Kunststoffen?

Zusammenfassung

PE, PP, PVC, PET und PS sind die fünf bedeutendsten Kunststoffe mit unterschiedlichen Eigenschaften und Anwendungen. Recycling ist technisch machbar, aber durch Sortenreinheit und abnehmende Qualität begrenzt. Mikroplastik, $\ce{CO2}$-Bilanz und Ressourcenverbrauch bleiben drängende Umweltprobleme, die verbesserte Recyclingtechnologien und Kunststoffreduktion erfordern.