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RATGEBER/315: Kunststoffe - auch Natur ist polymer (SB)


VON APFELESSIG BIS ZITRONE

Bewährte Alltagschemie einfach erklärt


Nicht jedes Polymer ist Kunststoff

Naturware oder Plastik - auf diese Polaritäten reduzierten sich lange Zeit die Qualitätsmerkmale von Materialien. Der umgangssprachliche Ausdruck "Plastik" umfaßt dabei bis heute alles, was als preiswerte, jederzeit ersetzbare 08/15-Ware gilt und sich darüber hinaus meist als wetterbeständig und pflegeleicht bewährt hat. Der Ruf minderwertiger Billigware, wie Spielzeuge "made in Hongkong" aus dem Kaugummiautomaten, die nur sehr kurzfristig eine Funktion erfüllt und dann zum Müll geworfen wird, kam dadurch zustande, daß der recht unpräzise Begriff Plastik zu einer Zeit geprägt wurde, als die Kunststoffchemie noch in den Kinderschuhen steckte und Chemiker am laufenden Band neue Kunststoffe entwickelten, über die man allgemein wenig wußte. Aufgrund ihrer plastischen Eigenschaften wurden sie einfach "Plaste" genannt und von den spröderen "Kunstharzen" abgegrenzt. Gerade diese äußerst preiswerten Gußmaterialien eigneten sich besonders gut, um in Formen gepreßt zu werden und große Stückzahlen zu liefern, kurzum: Massenware!

Da es inzwischen hochwertige, unersetzbare und auch sehr kostspielige, hochspezialisierte Kunststoffe für viele individuelle Zwecke gibt, sollte der Begriff vom billigen Plastik allmählich verblassen.

Zur eigenen Imageverbesserung geht man in Werbung und Marketing mehr und mehr zu den chemischen Grundbegriffen "Polymere" oder "vernetzte Polymere" über, die einen schönen und Zuverlässigkeit implizierenden Klang haben, oder man benutzt den ebenfalls qualitätsversprechenden Oberbegriff "Kunststoffe".

Dabei ist der Begriff Polymer für die rein synthetischen Produkte, die damit umschrieben werden sollen, nicht besonders präzise. Eine Vielfalt an Polymeren kommt auch in der Natur vor: Wertvolle Rohstoffe wie Haut, Latex, Baumwolle, Seide, Horn und Holz sind letztlich nichts anderes als natürliche Polymere. Manche sprechen daher auch von Biopolymeren. Letzteres ist aber inzwischen auch irreführend, da es inzwischen auch halbsynthetische Biopolymere gibt, die aus natürlich gewonnenen Monomeren künstlich zu Polymeren zusammengefügt werden.

In den meisten Fällen müssen Naturstoffe aufwendig weiterverarbeitet werden, bevor sie in Form von Leder, Gummi, Kleidern, Kämmen und Papier den Ansprüchen der Zivilisation genügen. Doch alle Naturpolymere, die heute noch als Rohstoffe verwendet werden, sind unnachahmlich, was ihre speziellen Eigenschaften wie Leichtigkeit, Festigkeit oder Beständigkeit ausmacht.

Naturpolymere sind auch lange nicht so pflegeaufwendig, wie ihr von der Plastik-Lobby verhängter Ruf es angibt. Natürlich ist eine gewissen Pflege immer erforderlich, um die Materialien in gutem Zustand zu erhalten. Im Gegensatz zu synthetischen Polymeren, die auch nicht ewig halten, sondern teilweise noch nicht erforschten, chemischen Alterungs-und Zersetzungsprozessen unterworfen sind, weiß man bei Naturprodukten jedoch durch teilweise jahrhundertelange Erfahrung, was man tun kann bzw. mit welchen Mitteln und Maßnahmen die jeweiligen Produkte am besten gepflegt und erhalten werden.

Sicherlich können viele Naturmaterialien nicht unbedingt die Bedingungen moderner technischer Ansprüche erfüllen wie elektrische Isolation, Hochtemperaturbeständigkeit, Transparenz oder brillante Farbigkeit. Meist ist auch das nur eine Frage der Bearbeitung, um geeignete Naturmaterialien entsprechend zu präparieren. So ist Gummi beispielsweise ein hervorragender elektrischer Isolator und kann eingefärbt werden. Früher wurden die ersten elektrischen Leitungen damit ummantelt. Allerdings genügt schon der Sauerstoff der Umgebungsluft, um Gummi oder Latex im Laufe weniger Jahre zu oxidieren, rissig und spröde werden zu lassen, so daß sie ihre Funktion nicht mehr erfüllen. Dazu kommt, daß sich durch die zunehmende chemische Industrie auch die Zusammensetzung der Atmosphäre mit neuen Anteilen an bekannten und unbekannten Schadstoffen verändert hat, so daß Kunststoffe regelrecht nötig geworden sind, die auch unter starker UV-Strahlung, Ozon- oder Schwefeldioxidbegasung (um nur wenige Beispiele zu nennen) plastisch bleiben und ihre gewünschten isolierenden Eigenschaften nicht verlieren.

Es gibt aber auch eine Reihe von Naturstoffen, die unter extremen Umweltbedingungen kaum ihren Wert verlieren. Diese Naturstoffe sind hochwertige polymere Naturmaterialien wie Pelze, Leder, Wolle, Seide, Mahagoni, Ebenholz und Elfenbein, die für ihren jeweiligen Verwendungszweck ideal geeignet sind.

Diese Rohstoffe waren seit jeher teuer und begehrt, zumal zu Beginn der industriellen Revolution zunächst diese bekannten Naturmaterialien mit steigender Effizienz zu neuen und preiswerteren Produkten verarbeitet wurden.

In der zweiten Hälfte des neunzehnten Jahrhunderts war beispielsweise die Nachfrage für Elfenbein derart hoch, daß jährlich etwa 100.000 Elefanten um ihrer Stoßzähne willen abgeschlachtet wurden. Bei Elfenbein handelt es sich um eine Form des einstrangigen Polypeptids Keratin, ein Naturpolymer aus dem ebenso Schweinsfüße, Rinderhufe, das Horn des Rhinozeros oder auch unsere Fingernägel bestehen.

Keratin enthält alle bekannten Aminosäuren, aber vor allem Cystein in großen Mengen. Dies bewirkt eine hohe Anzahl von Schwefel-Schwefel-Brückenbindungen, die benachbarte Ketten vernetzen und sowohl die physikalische Festigkeit des Stoffes als auch seine Widerstandsfähigkeit gegenüber proteinspaltenden Enzymen erhöhen. Aus diesem Grund ist Keratin unverdaulich. Lange Zeit gab es für die Herstellung von Kämmen, Klaviertasten, Knöpfen, Griffen und Billardkugeln nichts besseres als Elfenbein, und die Nachfrage konnte kaum mit dem Naturprodukt gedeckt werden.

Das änderte sich erst mit der Entdeckung von Cellulosenitrat durch den schweizerisch-deutschen Chemiker Christian Schönbein im Jahre 1845. Cellulosenitrat (auch Schießbaumwolle genannt) selbst war allerdings kaum für die genannten Zwecke zu gebrauchen. Alexander Parkes fand einige Jahre später heraus, daß ein Gemisch von Cellulosenitrat und Kampfer einen Werkstoff mit interessanten Eigenschaften ergibt und präsentierte das Material (ihm zu Ehren auch Parkesin genannt) auf der Weltausstellung in London im Jahre 1862. Sowohl bei Parkesin wie auch bei der durch Hyatt 1872 weiterentwickelten Variante Celluloid handelt es sich immer noch um halbsynthetische Produkte, in diesem Fall um das chemisch behandelte Naturpolymer Cellulose.

Cellulose war auch der Ausgangsstoff für die ersten halbsynthetischen Fasern und Stoffe. Diesmal bestand der Trick darin, Cellulose auf chemischem Weg in Celluloseacetat zu überführen, also eine Cellulose-Essigsäure-Verbindung herzustellen. Celluloseacetat läßt sich zu Fasern ziehen, verspinnen und weben. Es wird heute noch als Kunstseide bezeichnet. Tatsächlich werden hierfür immer noch große Mengen Celluloseacetat aus Holzschliff hergestellt. Inzwischen wurde das Verfahren, Kunstseide zu produzieren wesentlich verbessert, was sich auch auf ihre Eigenschaften günstig auswirkte.

Erst kürzlich wurde ein neues Verfahren vorgestellt, das die langen Cellulose-Ketten, wie sie im Holz vorliegen, unversehrt läßt. In den älteren Verfahren wurden diese zwangsläufig in kürzere Fragmente zerlegt. Bei der Rayon-Produktion wurde ein weiterer Fortschritt mit einem neuen Lösungsmittel sogenanntem N-Methylmorpholin-N-oxid erzielt, das Cellulose ohne weitere Zusätze auflösen und im Fällbad wieder freisetzen kann und das zudem bei jedem Zyklus der Produktion zu 99% zurückgewonnen werden soll. Diese neue Art von Rayon wird von der Firma Courtaulds hergestellt und unter dem Namen "Tencel" verkauft. Es handelt sich dabei um eine Faser, die es mit reinen Kunstfasern wie Nylon durchaus aufnehmen kann, die fest und weich im Griff ist, sich gut färben läßt und dabei doch zu 50 - 60 Prozent ein Naturprodukt geblieben ist.

Nun liegt vielleicht der Schluß nahe, man könne auf die chemische Industrie und ihre unschönen Begleiterscheinungen wie Umweltverschmutzung, Emissionen, Zerstörung der Ozonschicht, zunehmende Strahlungseinflüsse und, und, und ... durchaus verzichten und geeignete Naturpolymere als das Material der Zukunft betrachten. Immerhin handelt es sich dabei auch noch in vielen Fällen um sogenannte nachwachsende Rohstoffe, die derzeit sehr angesagt sind, weil sie für "nachhaltig" gehalten werden. Anders gesagt, sie sollen ökonomischer sein als bisherige Rohstoffe und gleichzeitig die Umwelt nicht belasten.

Doch leider gedeihen die entsprechenden Pflanzen nicht überall und wachsen unter den veränderten Umweltbedingungen lange nicht mehr schnell genug nach, um den Bedarf der Weltbevölkerung, allen voran den der Industrienationen, ausreichend zu befriedigen. Durch schlechtes Wetter, Mißernten oder Seuchen im Erzeugerland wurde der Markt in früheren Zeiten mindestens so oft durcheinandergebracht wie durch finanzielle Fehlspekulationen, politische Turbulenzen oder Kriege. Eine weitere, ebenfalls kritisch zu nennende und allgemein wenig beachtete Begleiterscheinung nachwachsender Rohstoffe ist, daß sie überhaupt wachsen müssen und somit der landwirtschaftlichen Lebensmittelproduktion diese notwendige Fläche wegnimmt.

Was außer der Frage "Naturkunststoffe oder Brot" darüber hinaus für synthetische Erzeugnisse spricht, sind u.a. die gravierenden Veränderungen der Umwelt, an die sich neue und moderne Kunststoffe besser und schneller anpassen lassen. So sind Kunststoffmaterialien vorstellbar und verfügbar, die nicht wie Metalle rosten oder korrodieren, nicht wie Holz verrotten und keinen Schutzanstrich benötigen. Der Flugzeug- und Fahrzeugbau, die Bauindustrie, aber auch die Möbel- und Textilindustrie, die Medizin (mit ihren sterilen Einweggeräten) und schließlich die moderne Kommunikations- und Unterhaltungselektronik wären ohne HighTech-Kunststoffe undenkbar. Durch jede Innovation bei der Kunststoffherstellung sind neue Veränderungen der Umwelt unvermeidlich. In diesem Interessenkonflikt wären aber auch Naturpolymere oder Biopolymere keine wirkliche Alternative. Um die Umwelt wieder in einen ursprünglicheren Zustand zurückzubringen, müßte man in logischer Konsequenz auf all diese Errungenschaften verzichten, damit wäre aber schon die Versorgung der Erdgemeinschaft mit den notwendigsten Dingen wie Nahrung, Unterkunft und Kleidung nicht mehr zu bewältigen.

Erstveröffentlichung 2002
neue, aktualisierte Fassung
10. Februar 2010