Der erste Kunststoff hat seinen Ursprung in einer Entwicklung im Jahr 1860. Damals suchte Alexander Parkes nach einem Ersatzstoff für Naturgummi, welches zu damaliger Zeit noch aus Kautschuk vulkanisiert wurde. Während seiner Versuche entstand ein Stoff, der sich in flüssigem, verformbaren und in festem Zustand verarbeiten lies. Er hatte den ersten Kunststoff entwickelt. 1870 sollte dieser Werkstoff dann das erste Mal einen kommerziellen Nutzen finden, als Ersatz des teuren Elfenbeins. Daraus bestanden seinerzeit die Billardkugeln der gehobenen Gesellschaft. Schon im Jahr 1884 kam es zur Entwicklung der ersten Kunstfaser, danach flaute der Hype um den neuen Stoff jedoch erst einmal ab.
Ab 1930 kam es zur Wiederentdeckung des praktischen Werkstoffes. In deutschen und amerikanischen Labors kam es damals zur fieberhaften Suche nach schnell produzierbaren und haltbaren Stoffen, welche die Rüstungsindustrie beschleunigen konnten. Die entstandenen Stoffe Polyethylen und Polyamid erwiesen sich dafür als optimal und gehören heute noch zu den meistgenutzten Kunststoffen. Sie waren und sind leicht zu verarbeiten und praktisch in jeder gewünschten Form herstellbar. Es dauerte wenige Jahre, bis es zur Erfindung einer Maschine zur Massenproduktion kam, der Spritzgussmaschine.
Wie Spritzguss die Industrie revolutionierte
Das Ausgießen einer Form mit einem flüssigen, sich erhärtendem Werkstoff, findet seit hunderten von Jahren Anwendung. Vor allem bei der Herstellung von Kirchenglocken und Kanonen wird die Technik eingesetzt. Zu Beginn der 30er Jahre bekam diese Vorgehensweise ein neues, revolutionäres Gesicht. Die Formen für den flüssigen Kunststoff waren nun wiederverwendbar. Dies war in Kombination mit dem Umstand, dass zur gleichen Zeit viele Formen befüllbar waren, der Einstieg zur Massenproduktion von Kunststoffteilen.
Die Industrie war in der Lage, in kürzester Zeit tausende von identischen Teilen zu produzieren. Dabei konnten die Werkstücke die verschiedensten Größen, Formen und Farben annehmen. Kurze Zeit später erfolgte die Optimierung des Prozesses, der heiße Kunststoff geriet nun mit Druck in die Formen. Dadurch wurde die Zahl der fehlerhaften Teile minimiert und die Ausbeute maximiert. Schon 1936 erschienen auf dem Markt die ersten in Masse produzierten Haushalts- und Spielzeugartikel aus Kunststoff.
Wie funktioniert die Spritzgusstechnik?
Der große Erfolg der Spritzgussteile verdankt diese Technik dem Umstand, dass komplizierte Formteile präzise und in hoher Qualität produzierbar waren. Umfangreiche Nacharbeiten entfielen, die Teile gingen meist direkt in die weitere Verarbeitung. Die Grundlage für diese Genauigkeit sind die Spritzgussformen. Diese sind aus hochwertigem Stahl gefertigt, in dem die Ausbuchtungen, für die spätere Befüllung mit dem Kunststoff, eingefräst sind. Dabei erfolgt die Ausfräsung auf den tausendstel Millimetergenau. Die Flächen, die mit dem flüssigen Kunststoff in Kontakt kommen, sind extrem glatt. Das erleichtert das herauslösen der Werkstücke, nachdem der Kunststoff abgekühlt und erhärtet ist.
In den Anfängen der Massenproduktion mussten die Arbeiter den Kunststoff vor dem Einspritzen erhitzen und so verflüssigen. Bei modernen Spritzgussmaschinen wie zum Beispiel von ENGEL erfolgt dieser Prozess erst während des Produktionsvorgangs. Dabei gerät der feste Kunststoff in Form eines feinen Granulats mittels Förderschnecke in die Spritzgussform. Auf dem Weg durch die Förderschnecke wird der Werkstoff erhitzt und somit verflüssigt. In diesem flüssigen Zustand erfolgt das Einspritzen des Kunststoffes in die Form.
Die Spritzgussform ist mit Kühlleitungen durchzogen, durch welche nach dem Einspritzen des Kunststoffes ein Kühlmittel fließt. Dadurch kühlt der Kunststoff schneller ab und das Werkstück ist schneller aus der Form zu lösen. In modernen Anlagen für die Massenproduktion erfolgt dieser Prozess vollautomatisch. Die Arbeiter müssen den Ablauf nur überwachen und bei Bauteilwechsel die Spritzgussformen tauschen.
Wie viel Kunststoff wird heute verarbeitet?
Kunststoff ist heute allgegenwärtig. Es ist praktisch unmöglich, ihm aus dem Weg zu gehen. Es beginnt in dem Moment, in dem der Wecker mit Kunststoffgehäuse klingelt. Und es zieht sich durch bis zum Abend, wenn eine Kunststoffzahnbürste die Zähne reinigt. Der Mensch ist jede Minute in Kontakt mit Kunststoff. Jedes elektrische Gerät, Kleidungstücke und Schuhe, Fahrzeuge und Arbeitsgeräte, nahezu alles besteht aus oder beinhaltet Kunststoff.
Schätzungen zufolge wurden bis 2017 etwa 8,3 Milliarden Tonnen Kunststoff weltweit produziert. Allein in Europa kam es im Jahr 2015 zur Verarbeitung von 58 Millionen Tonnen Kunststoff, weltweit waren es 322 Millionen Tonnen. Die 2015 mit der Kunststoffproduktion erzielten Umsätze lagen bei circa 350 Milliarden Euro. Mehr als 1,8 Millionen Arbeiter sind für die Kunststoffproduktion tätig.
Welche Nachteile bringt der Kunststoff mit sich?
Der große Vorteil der Kunststoffindustrie stellt zugleich den größten Nachteil dar. Schnelle Produktion und lange Haltbarkeit. Eine einfache PET-Flasche, wie sie täglich weltweit Millionenfach im Handel stehen, benötigt in der freien Natur etwa 100 Jahre um vollständig zu zerfallen. Bei größeren Kunststoffteilen benötigt der Prozess bis zu 450 Jahre. Durch diese lange Haltbarkeit standen die Industrienationen recht schnell vor einem gewaltigen Müllproblem. Die Müllhalden füllten sich rascher als der Müll verrottete. Zudem sammelte sich der Kunststoff auch im Meer zu immer größeren Müllflächen an. Eine einfache Mülltüte schwimmt bis zu 20 Jahre im Wasser, bevor sie zersetzt ist. Das ist eine gewaltige Belastung für die Umwelt.
Zunächst verbrannten die Entsorger den Kunststoff. Allerdings stellten die dabei entstehenden Giftstoffe die Verantwortlichen schnell vor neue Probleme. Bei der Verbrennung entstanden große Mengen hochgiftigen Dioxins, die ihrerseits zu entsorgen waren.
Die Zukunft der Kunststoffe
Mit der Einführung des Recyclings erfolgte eine wichtige Kehrtwende in der Industrie. Große Mengen des Kunststoffes, die täglich zu entsorgen sind, gelangen nun wieder in den Produktionsprozess. Von 5.921.000 Tonnen der anfallenden Kunststoffabfälle, die 2015 angefallen sind, gelangten 5.877.000 Tonnen wieder in den Produktionskreislauf. Lediglich 44.000 Tonnen sind tatsächlich der Entsorgung zugefallen.
Neue Methoden zur Entsorgung
Inzwischen gibt es neue Möglichkeiten zur Entsorgung, wie beispielsweise der Einsatz von speziellen Bakterien. Einige Mikroorganismen und Insekten ernähren sich von Kunststoff, beispielsweise die Dörrobstmotte und die große Wachsmotte. Sie zersetzen das Material auf natürlich Weise. Der umweltbelastende Anteil verringert sich immer weiter.
Der Kunststoff ist und bleibt der Werkstoff der Zukunft - eine Welt ohne Kunststoffe ist aktuell auch für naturverbundene und ökologisch aufgeklärte Zeitgenossen undenkbar.