Thermoplaste: Definition, Eigenschaften & Recycling-Vorteile

Ein Thermoplast (manchmal Thermo-Plast geschrieben) ist ein Kunststoff aus Polymerharzen, der beim Erhitzen zu einer homogenen Flüssigkeit wird und beim Abkühlen hart. Gefroren wird er glasartig und bruchempfindlich. Diese Eigenschaften, die dem Material seinen Namen geben, sind reversibel: Er kann wiederholt erhitzt, umgeformt und gefroren werden. Diese Eigenschaft macht Thermoplaste auch recycelbar.

Vielfalt und Geschichte

Es gibt Dutzende Thermoplaste, die in kristalliner Organisation und Dichte variieren. Häufig produzierte Typen sind Polyurethan, Polypropylen, Polycarbonat und Acryl. Zelluloid, der erste Thermoplast, erschien Mitte des 19. Jahrhunderts und beherrschte die Industrie rund 100 Jahre. In der Hochphase wurde es als Elfenbeinersatz genutzt. Heute dient es für Gitarrenplektren.

Abgrenzung zu Duroplasten und Elastomeren

Thermoplaste werden manchmal mit Duroplasten (thermosetting plastics) verwechselt. Obwohl sie ähnlich klingen, haben sie sehr unterschiedliche Eigenschaften. Während Thermoplaste geschmolzen und gefestigt werden können, zersetzen sich Duroplaste chemisch bei Hitze. Paradoxerweise sind Duroplaste nach dem Aushärten oft haltbarer als viele Thermoplaste.

Thermoplaste unterscheiden sich auch von Elastomeren, obwohl einige beides sind. Viele Thermoplaste können bis zu einem Punkt gedehnt werden, neigen aber dazu, der Dehnung zu widerstehen und in der gedehnten Form zu verbleiben. Elastomere federn zurück. Durch Zugabe von Weichmachern (Plastifizierern) in die Schmelze lässt sich ein weicheres Thermoplast herstellen. Dies ist oft der Fall bei Spritzguss oder Extrusion.

Glasübergangstemperatur und Weichmacher

Die Wirkung eines Weichmachers besteht darin, die Glasübergangstemperatur (Tg) zu senken – den Punkt, an dem das Material beim Abkühlen spröde und beim Erhitzen weich wird. Tg variiert je nach Thermoplast-Typ und wird durch die Kristallisationsstruktur bestimmt. Tg kann auch durch Einbringung in ein Copolymer (z. B. Polystyrol) angepasst werden. Vor der Nutzung von Weichmachern waren einige geformte Thermoplastteile im kalten Wetter rissanfällig.

Alltägliche Beispiele

Thermoplaste gibt es schon lange, sind heute aber ein riesiger Bestandteil des Alltags. Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS) wird für Sportgeräte, Spielzeug (LEGO®-Steine) und Autoteile verwendet. Polycarbonat dient für CDs, Trinkflaschen, Lebensmittelbehälter, Brillengläser. Polyethylen ist wahrscheinlich der häufigste Thermoplast und findet sich in Shampooflaschen, Plastiktüten und sogar schusssicheren Westen.

Sind Thermoplaste biologisch abbaubar?

Biologische Abbaubarkeit ist ein wichtiges Maß für Umweltfreundlichkeit. Einfach gesagt: Ein Material ist biologisch abbaubar, wenn es von Mikroorganismen natürlich abgebaut werden kann. Bakterien und Pilze unterstützen die Zersetzung, indem sie sich von organischen Materialien ernähren. Nach dem Abbau bleiben die Grundbestandteile übrig.

Warum herkömmlicher Kunststoff nicht biologisch abbaubar ist

Traditionelle Kunststoffe sind nicht biologisch abbaubar. Bakterien können sie nicht abbauen. Obwohl Kunststoffe aus natürlichen Materialien wie Erdöl hergestellt werden, macht der Polymerisationsprozess sie unabbaubar.

Bei der Kunststoffherstellung aus Rohöl werden Kohlenwasserstoffe in kleinere Moleküle (Monomere) aufgespalten. Zwei Schlüsselmere sind Ethylen und Propylen. Diese werden chemisch zu neuen Konfigurationen kombiniert, wodurch lange sich wiederholende Molekülketten – Polymere – entstehen. Später werden Additive wie Flammschutzmittel hinzugefügt, um die endgültige Form jedes Kunststofftyps zu schaffen.

Wenn Kunststoffe Kohlenstoff enthalten, warum können Bakterien sie nicht abbauen? Die Polymerisation wandelt die Ausgangsmaterialien in Molekülverbindungen um, die in der Natur nicht vorkommen. Bakterien und andere Mikroorganismen können Kohlenstoff in diesen Formen nicht verwerten.

Thermoplaste und Biologische Abbaubarkeit

Wie herkömmlicher Kunststoff bestehen Thermoplaste aus Polymeren. Es gibt auch thermoplastische Stärke, hergestellt durch Kombination nativen Stärkes mit einem Weichmacher. Native Stärken (reine Stärken) stammen aus Lebensmitteln wie Weizen und Kartoffeln. Sie bestehen aus langkettigen Kohlenhydraten, die in kaltem Wasser unlöslich sind.

Der Herstellungsprozess beginnt mit der Erhitzung des Weichmacher-Stärke-Gemischs auf 70–90 °C. Dieser Bereich liegt über den normalen Stärkegelatinisierungstemperaturen und schwächt bestehende Wasserstoffbrücken in der Stärke. Die resultierende Mischung wird zu thermoplastischer Stärke.

Biologisch abbaubare Kunststoffe wie thermoplastische Stärke könnten das Abbaubarkeitsproblem lösen. Stärke selbst ist biologisch abbaubar und erneuerbar. Je nach Quelle baut sich TPS in 30–90 Tagen ab. Eine durchschnittliche Plastikflasche braucht ca. 450 Jahre zur Zersetzung.

Hauptunterschied: Thermoplast vs. Duroplast

Auf den ersten Blick scheinen Thermoplast und Duroplast ähnlich. Beide bestehen aus Polymeren. Aber sie reagieren unterschiedlich auf Hitze. Duroplast schmilzt nicht – es behält Form und Festigkeit nach dem Aushärten.

Warum wird Duroplast trotzdem verwendet? Die Unfähigkeit zu schmelzen wird in manchen Situationen zum Vorteil. Eigenschaften: Vielfalt an Farben und Oberflächen, erhöhte Festigkeit nach Aushärtung, Korrosionsbeständigkeit, hohe dielektrische Festigkeit, günstigere Produktion. Deshalb Einsatz in Automobilkomponenten, Geräten, Elektroteilen.

Recycling von Thermoplasten und Duroplasten

Thermoplaste sind recycelbar. Ein Grund ist ihre Hitzetoleranz. Polymere in Thermoplasten sind stark, aber die chemischen Bindungen dazwischen sind schwach. Das bedeutet, sie können wiederholt erhitzt und abgekühlt werden, ohne ihre strukturelle Zusammensetzung zu zerstören. Das erleichtert die mehrfache Wiederverwendung.

Ca. 75 % des weltweit produzierten Kunststoffs sind Thermoplaste. Davon viel Einwegkunststoff für Lebensmittel- und Getränkebehälter. Polyethylenterephthalat (PET) findet sich häufig in Wasserflaschen.

Recycling von Thermoplasten

Einmal im Recycling angekommen, werden sie eingeschmolzen und durch Spritzguss wiederverwendet. Ein großes Problem: Alle Kunststoffe haben leicht unterschiedliche Zusammensetzungen. Daher ist es notwendig, verschiedene Kunststoffarten zu trennen, wenn man sie recyceln will.

Beim Sammeln fürs Recycling beachten: Getränkeflaschen, Körperpflegeprodukte, Waschmittel- und Lebensmittelbehälter sind recycelbar. Man achte auf eingeprägte Zahlen auf den Behältern. Eine „1“ bedeutet PET (recycelbar). Hochdichtes Polyethylen (HDPE) trägt eine „2“ und ist ebenfalls hochrecycelbar. Für anderes beim örtlichen Recyclinghof oder der kommunalen Abfallbehörde nachfragen.

Duroplaste und Recycling

Duroplast-Produkte müssen langlebig sein, daher lassen sie sich nicht leicht recyceln. Wissenschaftler erforschen neue Wege, darunter chemische Linker, die helfen, Festigkeit zu bewahren und leichter abzubauen. Eine spannende Entwicklung, aber breite Umsetzung kann noch dauern. Wenn sie kommt, könnte sie mehr Kunststoff vor Deponien bewahren.