Kunststoffe sind aus dem modernen Leben nicht mehr wegzudenken und finden in zahlreichen Produkten Ihres Alltags Verwendung. Jeder kennt das Endprodukt, doch was verbirgt sich eigentlich hinter Zusätzen wie TiO2 oder Polyethylen und wie wird Kunststoff hergestellt? Außerdem hat die Herstellung von Kunststoffen nicht unbedeutende Auswirkungen auf die Umwelt, die Sie beachten sollten. Im Folgenden werden Sie deshalb mit den Grundlagen der Kunststoffherstellung betraut, insbesondere mit einem bedeutenden Kunststoff – Polyethen. Erfahren Sie alles über Herstellungsverfahren, Eigenschaften und was den Rohstoff Erdöl dabei so besonders macht.
Erdöl – Die kostbare Ressource und ihre Verarbeitung
Wie wird Kunststoff hergestellt? Können Sie diese Frage bereits beantworten? Falls nicht, erhalten Sie hier die dafür notwendige Antwort.
Die Gewinnung und Aufbereitung von Erdöl bilden die Grundlage für die Kunststoffherstellung. Erdöl ist eine wertvolle Ressource, die sich über Millionen von Jahren aus abgestorbenen Organismen gebildet hat. Diese organischen Überreste wurden unter hohem Druck und bei hohen Temperaturen in den Tiefen der Erde zersetzt und haben sich in unterirdischen Lagerstätten angesammelt. Das bedeutet zwangsläufig auch, dass diese kostbare Ressource irgendwann einmal aufgebraucht wird. Denn damit das Erdöl an die Überfläche gelangt und verbraucht werden kann, muss die Substanz durch Bohrungen in die Erdschichten, ans Tageslicht gebracht werden.
Die Schritte der Gewinnung und Verarbeitung von Erdöl
Die Gewinnung und Verarbeitung von Erdöl erfolgt in mehreren Schritten, die essenziell sind, um aus der Rohstoffquelle ein später ein Kunststoffprodukt herzustellen. Im Folgenden wird das Herstellungsverfahren näher erläutert:
Exploration und Bohrungen
Bevor mit der Förderung von Erdöl begonnen werden kann, ist eine umfassende Erkundung des geologischen Untergrunds erforderlich. Seismische Untersuchungen und physikalische Messungen und werden eingesetzt, um potenzielle Erdölvorkommen zu identifizieren. Ist ein geeignetes Vorkommen gefunden, werden Bohrungen in die Erdschichten vorgenommen, um das Rohöl zu erschließen.
Förderung von Rohöl
Sobald eine Bohrung erfolgreich abgeschlossen ist, beginnt die eigentliche Förderung des Rohöls. Das Erdöl wird mithilfe von Pumpen oder durch natürlichen Druck an die Erdoberfläche befördert. Die Fördermengen können je nach Vorkommen variieren, weshalb die Erdölindustrie darauf achten muss, schonend mit den Ressourcen umzugehen und die Umwelt weiterhin zu erhalten.
Transport und Lagerung
Nach der Beförderung wird das Rohöl zu Raffinerien transportiert, wo es weiterverarbeitet wird. Der Transport kann über sogenannte Pipelines, Tankwagen oder Schiffe erfolgen. In den Raffinerien angekommen, wird das Rohöl gelagert, bevor es in die Raffinerieprozesse aufgenommen wird.
Raffinerieprozess
In den Raffinerien durchläuft das Rohöl eine komplexe Abfolge von Verarbeitungsschritten, um am Ende in Kunststoffprodukte verarbeitet werden zu können. Dabei werden das Rohöl und dessen Bestandteile durch Destillation, Cracken oder Reforming umgewandelt. Diese Prozesse lassen am Ende Produkte wie Benzin, Diesel, Kerosin, Heizöl oder auch den Grundstoffen für die Kunststoffherstellung entstehen.
Bereitstellung für die Kunststoffherstellung
Nach den Raffinerieprozessen stehen die gewonnenen Erdölprodukte als Ausgangsmaterialien für die Kunststoffherstellung und Modifizierung zur Verfügung. Eines der wichtigen Erdölprodukte in diesem Zusammenhang ist das Ethylen, aus dem Polyethen hergestellt wird. Es bezeichnet einen bedeutenden thermoplastischen Kunststoff.
Gewusst wie – Grundlagen der Kunststoffherstellung
Jetzt, wo Sie wissen, wie das Urprodukt des Kunststoffes gewonnen wird, kann die Frage beantwortet werden: Wie wird Kunststoff hergestellt?
Die Kunststoffherstellung basiert auf der Verwendung von Polymeren, großen Molekülen, die aus den sogenannten Monomeren aufgebaut sind. Die chemische Struktur der Monomere bestimmt die Besonderheiten des Kunststoffes, weshalb es zahlreiche Kunststofftypen mit jeweils unterschiedlichen Eigenschaften gibt. Polyethen ist jedoch die am häufigsten verwendete Art.
Polymere und Monomere – Der Grundbaustein des Kunststoffes
Polymere sind lange Kettenmoleküle, die aus der Verknüpfung von identischen oder ähnlichen Monomeren bestehen. Die Art und Reihenfolge der Monomere bestimmt die Struktur des Polymers und damit auch die Charakteristik des Kunststoffes. Die Polymerisation ist der daraus entstehende Prozess, bei dem die Monomere miteinander reagieren und zu Polymeren verknüpft werden. Dabei können verschiedene Typen von sogenannten Polymerisationsverfahren eingesetzt werden, je nach den gewünschten Eigenschaften, den der Kunststoff am Ende vorweisen soll.
Die Vielfalt der Polymere ergibt sich aus der großen Anzahl verfügbarer Monomere, die sich miteinander kombinieren lassen. Jedes Monomer verfügt über spezifische Charakterzüge, wie Flexibilität, Härtegrad, Beständigkeit gegen chemische Prozesse oder Temperaturbeständigkeit. Durch die geschickte Auswahl und Kombination von Monomeren kann Plastik am Ende nahezu maßgeschneidert hergestellt und damit den Anforderungen unterschiedlichster Anwendungen im Alltag gerecht werden (flüssig oder feste Form, harter oder weicher Kunststoff und vieles mehr).
Polyethylen – Ein vielseitiger Kunststoff
Ein besonders vielseitiger Kunststoff ist Polyethen, der aufgrund seiner herausragenden Merkmale in der Kunststoffindustrie Verwendung findet. Polyethylen gehört zur Familie der Polyolefine und ist einer der am häufigsten hergestellten Kunststoffe weltweit.
Die Merkmale von Polyethen variieren je nach Herstellungsverfahren und können beginnend bei niedriger Dichte bis zu einer sehr hohen Verdichtung reichen. Niedrig verdichtetes LDPE weist eine hohe Flexibilität und Transparenz auf und wird häufig für Verpackungsfolien, Beutel und Beutelverschlüsse aus Kunststoff verwendet. Hoch verdichtetes HDPE hingegen ist steifer und widerstandsfähiger, weshalb es in Produkten wie Flaschen, Rohren oder bei technischen Komponenten eingesetzt wird.
Die Vielseitigkeit von Polyethylen erstreckt zudem die Möglichkeit der Modifizierung. Durch die Zugabe von Additiven wie TiO2, Titandioxid genannt, können die Farbgebung und mechanischen Attribute des Kunststoffes verbessert werden. Ferner kann Polyethen durch die Zugabe von weiteren Additiven spezielle Funktionen erlangen, wie UV-Schutz, Flammschutz oder antistatische Eigenschaften.
Herstellung von Polyethylen aus Erdöl
Die Herstellung von Polyethen aus Erdöl erfolgt durch die Polymerisation von Ethylen. Hierbei handelt es sich um einen gasförmigen Monomer, das aus dem Erdöl gewonnen wird. Die Polymerisation ist ein chemischer Prozess, bei dem die Ethylen-Monomere miteinander reagieren und lange Ketten von Polyethylenmolekülen bilden. Die Bedingungen und Verfahren der Polymerisation beeinflussen die Struktur und Besonderheiten des jeweils entstehenden Polyethylenkunststoffs. Es ist am Ende entscheidend, die Bedingungen der Polymerisation streng zu kontrollieren, um die gewünschten Eigenschaften und die Qualität des Polyethylenprodukts zu erhalten.
Einflussfaktoren auf die Kunststoffqualität
Die Qualität des hergestellten Polyethylenkunststoffs hängt anschließend von verschiedenen Einflussfaktoren während des Polymerisationsprozesses ab. Die Auswahl der Katalysatoren, die Reaktionsbedingungen, wie Druck oder Temperatur sowie die Reinheit der Ausgangsstoffe beeinflussen die Verteilung des Molekulargewichts, die Struktur und die damit verbundenen physikalischen Merkmale des Endprodukts. Eine präzise Kontrolle dieser Faktoren ist entscheidend, um hochwertige und zuverlässige Kunststoffprodukte herzustellen.
Mögliche Zusatzstoffe und Modifizierung von Polyethylen
Neben der reinen Polymerisation können dem Polyethen verschiedene Zusatzstoffe zugewiesen werden, um seine Vorzüge zu verbessern oder zu verändern. Eines der wichtigen Zusatzstoffe in der Kunststoffherstellung ist TiO2. TiO2 spielt einen bedeutenden Part als Farb- und Füllstoff in der Kunststoffherstellung und wird häufig als Pigment und Additiv in verschiedenen Kunststoffen eingesetzt. Die Modifizierung von Polyethen durch Zusatzstoffe schafft ungeahnte Möglichkeiten in den Anwendungsbereichen für die Herstellung von Kunststoffen. Diese Anforderungen sorgen am Ende dafür, dass der Kunststoff den spezifischen Anforderungen verschiedener Industriezweige gerecht wird.
Umweltaspekte und Nachhaltigkeit
Trotz der vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten von Kunststoffen ist die steigende Produktion und Verwendung von Kunststoffen mit unzähligen Herausforderungen in Bezug auf die Natur verbunden. Kunststoffabfälle sind zu einem globalen Umweltproblem herangewachsen, da sie nur langsam abgebaut werden und in Form von Mikroplastik auch in die Umwelt gelangen können. Die Entsorgung und das Recycling von Kunststoffen stellen eine große Aufgabe dar, da nicht jedes Plastik gleichermaßen recycelt werden können und das Recyclingverfahren selbst Energie und Ressourcen verbraucht.
Um dem Problem der Kunststoffverschmutzung und den Auswirkungen auf die Mutter Natur entgegenzuwirken, sind in Zukunft nachhaltige Lösungen erforderlich, etwa die Förderung von Recyclingtechnologien, die Entwicklung biobasierten Plastiks und die Sensibilisierung der Gesellschaft für den verantwortungsvollen Umgang mit Kunststoffen.
Alternativen und Ausblick
Als Reaktion auf die Umweltauswirkungen von herkömmlichen Kunststoffen werden vermehrt alternative Materialien entwickelt und erforscht. Eine vielversprechende Option sind biobasierte Kunststoffe, die aus nachwachsenden Rohstoffen wie etwa Maisstärke, Zuckerrohr oder Algen hergestellt werden können. Biobasierte Kunststoffe bieten das Potenzial, die Abhängigkeit von sogenannten fossilen Rohstoffen zu reduzieren und die CO₂-Bilanz langfristig zu verbessern.
Ebenso werden technologische Fortschritte in der Kunststoffindustrie erwartet, die zu einer nachhaltigeren Produktion und einem effizienteren Recycling führen könnten. Es ist fundamental, den Blick auf die Zukunft zu richten und die Entwicklung von umweltfreundlicheren Kunststoffen voranzutreiben, um die später negative Auswirkungen auf die Umwelt zu eliminieren.
Fazit
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Kunststoffe-Produkte eine fulminante Rolle in Ihrem Alltag einnehmen, aber auch Herausforderungen mit sich bringen. Die Herstellung von Kunststoffen aus Erdöl, insbesondere von Polyethen, ist ein komplexer Prozess, der mit Bedacht durchgeführt werden muss, um die gewünschten Besonderheiten und die Qualität des Endprodukts zu erreichen. Die Verwendung von Zusatzstoffen wie Titandioxid schafft eine gezielte Modifizierung des Werkstoffs und eröffnet eine Vielzahl von Anwendungsmöglichkeiten. Allerdings sollte Sie die Auswirkungen von Kunststoffabfällen auf die Umwelt nicht außer Acht lassen. Um eine nachhaltigere Zukunft zu gestalten, sind Recycling und die Entwicklung umweltfreundlicher Alternativen in Zukunft maßgebend.
