Kunststoff ist aus der modernen Welt nicht wegzudenken: Verpackungen, Fahrzeugteile, Medizinprodukte, Elektronik, Textilien, Baumaterialien. Rund 430,9 Millionen Tonnen Kunststoff wurden 2024 weltweit produziert. Wie dieses Material entsteht, welche Rohstoffe dafür gebraucht werden und welche Verfahren die Industrie einsetzt – das erklärt dieser Artikel.
Die Rohstoffbasis: Fast ausschließlich fossil
Rund 92 Prozent aller weltweit produzierten Kunststoffe basieren auf fossilen Rohstoffen: Erdöl und Erdgas. Nur rund 2 bis 3 Prozent stammen aus nachwachsenden Rohstoffen (biobasierte Kunststoffe), der Rest aus Recyclat.
Die Herstellung beginnt in der Erdölraffinerie. Rohöl ist ein komplexes Gemisch aus Kohlenwasserstoffverbindungen unterschiedlicher Kettenlänge. In der Destillation wird es in verschiedene Fraktionen aufgetrennt: Benzin, Kerosin, Diesel, Heizöl und – für die Kunststoffproduktion besonders wichtig – Naphtha.
Naphtha wird durch Dampfcracken (Steam Cracking) bei Temperaturen von rund 800 bis 850 °C in kurzkettige Olefine zerlegt. Die wichtigsten Produkte:
- Ethylen (Ethen): Grundbaustein für Polyethylen (PE) – einer der meistproduzierten Kunststoffe weltweit. Außerdem Ausgangsstoff für PET (Polyethylenterephthalat) und PVC (Polyvinylchlorid).
- Propylen (Propen): Grundbaustein für Polypropylen (PP) – ebenfalls einer der meistproduzierten Kunststoffe.
- Butadien: Ausgangsstoff für synthetischen Kautschuk.
- Benzol, Toluol, Xylol (BTX-Aromaten): Ausgangsstoffe für Polystyrol (PS) und Nylon (Polyamid).
Polymerisation: Aus kleinen Molekülen werden große
Das Herzstück der Kunststoffherstellung ist die Polymerisation. Dabei werden viele kleine Monomermoleküle zu langen Ketten verbunden – den Polymeren. „Poly“ bedeutet viele, „mer“ bedeutet Teil: ein Polymer ist ein Vielteiler.
Je nach Reaktionsmechanismus unterscheidet man:
| Verfahren | Mechanismus | Typische Kunststoffe |
|---|---|---|
| Additionspolymerisation | Monomere verbinden sich ohne Nebenprodukte direkt miteinander | Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Polystyrol (PS), PVC |
| Kondensationspolymerisation | Monomere verbinden sich unter Abspaltung kleiner Moleküle (meist Wasser) | Polyester (PET), Polyamid (Nylon), Polycarbonat (PC) |
| Polyaddition | Zwei verschiedene Monomere reagieren ohne Abspaltung miteinander | Polyurethan (PU), Epoxidharze |
Die Kettenlänge, Verzweigung und räumliche Anordnung der Polymerketten bestimmen die Eigenschaften des fertigen Kunststoffs: Härte, Flexibilität, Transparenz, Temperaturbeständigkeit. Durch Variation der Prozessparameter – Temperatur, Druck, Katalysatoren – können Ingenieure diese Eigenschaften gezielt steuern.
Additive: Was dem Kunststoff noch hinzugefügt wird
Reines Polymer ist selten das Endprodukt. Fast alle technischen Kunststoffe enthalten Additive, die die Verarbeitbarkeit und Eigenschaften verbessern:
- Weichmacher: Erhöhen die Flexibilität, besonders bei PVC. Häufig verwendete Phthalate stehen unter kritischer Beobachtung; sie können aus Produkten austreten. In der EU sind bestimmte Phthalate für Kinderspielzeug und Lebensmittelkontakt eingeschränkt oder verboten.
- Stabilisatoren: Schützen vor UV-Abbau, Wärme und Oxidation. Ohne Stabilisatoren würde Kunststoff an der Luft und im Sonnenlicht schnell spröde werden.
- Flammschutzmittel: Machen Kunststoffe schwer entflammbar, z.B. für Elektronikgehäuse. Bestimmte bromierte Flammschutzmittel sind wegen Umweltpersistenz problematisch.
- Farbstoffe und Pigmente: Für optische Eigenschaften. Schwarze Pigmente (Carbon Black) stören das Infrarot-Recyclingsortiersystem.
- Füllstoffe: Kalziumcarbonat, Talkum oder Glasfasern erhöhen Stabilität und verringern den Polymeranteil.
Nach aktuellen Auswertungen sind mehr als 16.000 Chemikalien mit Kunststoffen verbunden, von denen rund 26 Prozent als bedenklich oder gefährlich gelten.
Verarbeitungsverfahren: Wie Kunststoff seine Form bekommt
Das fertige Polymer liegt nach der Polymerisation meist als Granulat vor – kleine Kügelchen oder Pellets, die gut transportiert und dosiert werden können. In der Weiterverarbeitung wird das Granulat aufgeschmolzen und in Form gebracht.
| Verfahren | Funktionsprinzip | Typische Produkte |
|---|---|---|
| Spritzguss | Aufgeschmolzenes Polymer wird unter Druck in eine Metallform gespritzt | Verpackungsdeckel, Fahrzeugteile, Gehäuse, Spielzeug |
| Extrusion | Polymer wird durch eine Düse gepresst und ergibt endlose Profile oder Folien | Rohre, Folien, Fensterprofile, Kabel |
| Blasformen | Ein Schlauch wird in eine Form geblasen | Flaschen, Kanister, Behälter |
| Tiefziehen | Erwärmte Folie wird über eine Form gezogen | Verpackungsschalen, Becher, Tabletts |
| Faserherstellung | Polymer wird durch feine Düsen gesponnen | Polyester-Textilien, Nylon-Seile, technische Fasern |
Thermoplaste, Duroplaste, Elastomere: Die drei Hauptklassen
Kunststoffe werden nach ihrem Verhalten beim Erwärmen in drei Hauptklassen eingeteilt:
**Thermoplaste** werden beim Erwärmen weich und können neu geformt werden. Das ist die Grundvoraussetzung für mechanisches Recycling. Beispiele: PE, PP, PET, PS, PVC. Thermoplaste machen den größten Teil der Kunststoffproduktion aus.
**Duroplaste** (oder Duromere) reagieren beim ersten Erhitzen aus und sind danach nicht mehr umformbar. Sie sind chemisch stärker vernetzt. Beispiele: Epoxidharz, Melamin, Polyurethan-Schaumstoffe. Duroplaste sind mechanisch nicht recyclierbar.
**Elastomere** sind gummielastisch und kehren nach Verformung in ihre ursprüngliche Form zurück. Beispiel: synthetischer Kautschuk für Reifen, Dichtungen. Thermoplastische Elastomere (TPE) verbinden Eigenschaften beider Klassen.
Biobasierte Kunststoffe: Stand der Technik
Biobasierte Kunststoffe werden aus nachwachsenden Rohstoffen wie Mais-, Zuckerrohr-, Cellulose- oder Stärkebasiertem Ausgangsmaterial hergestellt. Sie machen rund 2 bis 3 Prozent der globalen Kunststoffproduktion aus.
Wichtig: Biobasiert und biologisch abbaubar sind nicht dasselbe. Bio-PE (aus Zuckerrohr) ist biobasiert, aber nicht biologisch abbaubar – es verhält sich im Meer oder Boden wie konventionelles PE. PLA (Polymilchsäure, aus Mais) ist biobasiert und biologisch abbaubar, aber nur unter industriellen Kompostierungsbedingungen.
Was die EU-Regulierung vorschreibt
Die EU-Verpackungsverordnung (PPWR, in Umsetzung) schreibt Mindest-Recyclatanteile und Recyclierbarkeitsanforderungen für Kunststoffverpackungen vor. Ab 2025 müssen PET-Flaschen zu 25 Prozent aus recyceltem Material bestehen, ab 2030 zu 30 Prozent. Die EU-Batterieverordnung (seit Juli 2024) verpflichtet Hersteller zur CO2-Bilanzierung von Fahrzeugbatterien.
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Häufige Fragen zur Kunststoffherstellung
– Unser Artikel wurde redaktionell unter Zuhilfenahme von KI erstellt. –