Das neue Plastikzeitalter

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Wenn Musikliebhaber abschätzig über den Sound einer Pop-Band urteilen, fällt gern das gehässige Wort vom "Plastik-Pop" – industrielle Massenware, billig produziert und geschmacklos. Plastik steht bis heute für Wegwerf-Produkte in einer schnelllebigen Zeit, für die Einkaufstüte im Supermarkt, die hässlich klappernde CD-Hülle oder nicht verrottende Flaschen in der Umwelt. Ein Auslaufmodell der Geschichte? "Nein", sagt Manfred Rink, Leiter New Business bei Bayer MaterialScience, "das Kunststoffzeitalter hat gerade erst begonnen." Denn tatsächlich haben sich Kunststoffe längst zu einem Hightech-Werkstoff gemausert, aus dem Chemiker und Ingenieure immer neue, mitunter verblüffende Anwendungsmöglichkeiten herausholen – und ein Ende ist nicht in Sicht.

Zwar wurden Klassiker wie PVC, Polypropylen, Polyamid oder PET bereits vor dem Zweiten Weltkrieg von der sich damals rasant entwickelnden Chemieindustrie erfunden. Aber an heute selbstverständliche Dinge wie Getränkeflaschen aus PET, kurz für Polyethylenterephthalat, war damals noch nicht zu denken, weil für sie ein zweistufiges Verarbeitungsverfahren nötig ist. Und Flaschen, wie sie der britische Stardesigner Ross Lovegrove für das walisische Mineralwasser Ty Nant konzipiert hat, wären als Science-Fiction durchgegangen.

Für Hartwig Höcker, Chemiker an der RWTH Aachen, der den Siegeszug des Materials Jahrzehnte begleitet hat, sind die Entwicklungssprünge seit den Anfangsjahren "genauso gewaltig gewesen wie in der Elektronik". Schäume, Faserverbundkunststoffe, flüssigkristalline oder elektrisch leitfähige Kunststoffe sind einige Meilensteine, die die noch junge Materialklasse in alle Bereiche des Lebens gebracht haben.

Lag die Weltjahresproduktion an Kunststoff 1949 erst bei einer Million Tonnen, wurden 1990 bereits 86 Millionen Tonnen verbraucht und 2006 gar 208 Millionen Tonnen. Derzeit wächst der Verbrauch um rund fünf Prozent jährlich. Am stärksten in den Boomländern Asiens: Mitte des nächsten Jahrzehnts soll er laut Marktstudien den von Nordamerika und Europa zusammen übertreffen.

Molekulares Tuning

Ihre Vielseitigkeit verdanken Kunststoffe einer Art Baukastenprinzip: Kurze organische Moleküle, sogenannte Monomere, werden zu langen Ketten zusammengefügt, deren Grundgerüst aus Kohlenstoffatomen besteht – ähnlich wie eine Fahrradkette aus den immer gleichen Kettengliedern, die flexibel und reißfest zugleich ist. Je nachdem, welche Atome oder Molekülgruppen an diesen Polymeren hängen, ändern sich die Materialeigenschaften – und damit die Anwendungsmöglichkeiten.

Anders als man noch in den siebziger Jahren glaubte, sind es jedoch nicht komplett neue Kunststoffe, die die heutige Entwicklung bestimmen. "Es werden keine neue Monomere für Massenkunststoffe mehr entwickelt", sagt Rolf Mülhaupt von der Universität Freiburg, "der Trend geht dahin, die Leistungsreserven bekannter Kunststoffe auszureizen." Das geschieht, indem man deren molekulare Struktur ändert oder zusätzliche Stoffe geschickt hinzufügt. Hängt man etwa Molekülgruppen an die langen Polymerketten, wird die freie Drehbarkeit der einfachen Bindungen zwischen Kohlenstoffatomen eingeschränkt. Folge: Die Temperaturbeständigkeit des Polymers und seine Steifigkeit, also sein Widerstand gegen eine elastische Verformung, nehmen zu.

Mittels geschickter Chemie verwandelt sich etwa Polyethylen, den meisten nur als wabbelige Plastiktüte vom Supermarkt um die Ecke bekannt, in einen äußerst reißfesten Rohstoff. "Mit speziellen Katalysatoren kann man Polyethylen zu so langen Ketten zusammenfügen, dass dadurch Fasern mit der Festigkeit von Kevlar, dem Material in schusssicheren Westen, möglich werden", sagt Matthias Rehahn vom Deutschen Kunststoff-Institut in Darmstadt. Denn je länger die Ketten sind, desto stärker werden sie von zwischenmolekularen Kräften zusammengehalten.

Was dank fortschreitendem Kunststoff-Tuning alles möglich ist, zeigt unter anderem das Lieblingsspielzeug vieler Menschen, das Auto. Zusammen mit Bayer hat der japanische Hersteller Hyundai für sein Konzeptmodell "i-Mode" verschiedene Komponenten aus verbesserten Polymeren entwickelt. Die Scheiben sind aus einem mit einer kratzfesten Beschichtung versehenen Polycarbonat gefertigt – demselben Material, aus dem auch CDs bestehen. Mithilfe eines Zusatzstoffes wird Infrarotstrahlung herausgefiltert, sodass sich das Auto innen nicht mehr so stark aufheizt. Die Polycarbonat-Scheiben wiegen nur halb so viel wie solche aus Glas – eine Gewichtsersparnis, die den Kraftstoffverbrauch senken hilft. Nach Jahren der Entwicklung sind die Kunststoffscheiben nun so weit ausgereift, dass Hyundai sie in kommenden Modellen in die Serie übernehmen will.