Einfachheit contra Vielfalt Produktentwicklung und neue Werkstoffe

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1 Einfachheit contra Vielfalt Produktentwicklung und neue Werkstoffe Franz Stelzer Institut für Chemische Technologie organischer Werkstoffe Technische Universität Graz 1

2 Inhaltsübersicht Einführung, Kunststoffe als Werkstoffe Traditionelle Anwendungsgebiete Beispiele moderner Hochleistungskunststoffe Entsorgung und Wiederverwertung, einfache Ansätze Zusammenfassung 2

3 Rohstoffbasis für die Kunststoffherstellung Vorwiegend fossile Rohstoffe, insbesondere ölbasierend (ca. 4-5 % des Weltbedarfes an Erdöl) Nachwachsende Rohstoffe (Biopolymere, tierische und pflanzliche Rohstoffe (Zucker, Stärke, Fette und Öle, Biomasse im allgemeinen) Mineralien (Füllstoffe, Komponenten wie Chlor, Katalysatoren) Rezyklate 3

4 Zusammensetzung, Einsatzgebiete und Produktklassen Kunstoffprodukte sind immer Mehrstoffgemische (Additive zur Qualitätseinstellung) Eigenschaften hoch variabel (hart weich, isolierend leitfähig, Spezialfunktionen) Spezielle Anwendungen erfordern spezielle Produkte - hohe Diversifizierung Eigenschaftskombinationen gefordert (Multifunktionale Produkte) mit zusätzlichen Gestaltungsmöglichkeiten (kreative Formgebung verbunden mit Funktionskombinationen) Commodities vs. Engineering Plastics und High Performance Polymers 4

5 z.b. Commodities Kunststoffe sind aus unserem Leben nicht mehr wegzudenken, Einsatzgebiete in Verpackung, Haus(halts)geräte, Sportgeräte, Kleidung, obwohl sie sowohl bei der Herstellung, als auch bei der Entsorgung zum Teil erhebliche Probleme bereiten können: Traurige Berühmtheit (? )in diesem Zusammenhang hat Polyvinylchlorid (PVC) erlangt. Bei der Verbrennung von PVC entsteht Salzsäure und es können Dioxine und Furane gebildet werden. Zudem sind in älteren PVC-Produkten schwermetallhaltige Stabilisatoren (Cadmium) enthalten. Die sogenannten Polyolefine, wie Polyethylen und Polypropylen, sind relativ umweltverträglich und können ruhigen Gewissens genutzt werden. Zusatzstoffe wie Weichmacher, Stabilisatoren, Farbstoffe und Flammschutzmittel in Kunststoffen erschweren zusätzlich das Recycling. Strukturpolymere (Engineering Materials) sind großvolumig im Konstruktionsbereich eingesetzt 5

6 Einige Beispiele für Diversifizierung Elektronik: Packaging (Hülle) - Funktionen Design und Gestaltung (Farbeffekte, Materialschutz,etc) Funktionsoberflächen (selbstreinigend, antibakteriell, LED, Photovoltaic) Auto (Nano Formel 1) / Flugzeug (Gewicht + Festigkeit, Flammfestigkeit) / Bootsbau (Gewicht, Antihaft-/Antifowlingbeschichtung) 6

7 z.b. Elektronik als Multimaterial-Composite Leiterplatten, Bauelemente Packaging allgemein (mechanischer und elektronischer Schutz) Gehäuse (Antistatik, Abschirmung) Optoelektronik (Lichtleiter) 7

8 z.b. das Auto kg Kunststoff pro PKW Unterschiedlichste Einsatzgebiete: Innenraum, Elektronik, Schalldämpfung, technische Teile (Leitungen, Pumpen) Korrosionsschutz Design-Element file:///c:/dokumente%20und%20einstellungen/franz%20s 8

9 Konsequenzen Hochspezialisierte Materialien große Produktvielfalt Hochstrukturierte Produkte kleine Einzelmengen diversifizierte Massenprodukte aus Commodities (z.b. Polyolefine für Spezialanwendungen) viele Produkte ähnlich aber doch nicht gleich Resistente Kunststoffe ( unverwüstlich ) vs. Biopolymere ( kompostierbar ) 9

10 Und alles wird einmal Abfall Wie/wo/wann trennen? Wie/wo/wann entsorgen? Wie/wo/wann Rezyklieren? 10

11 Verwertungskreisläufe Wo/wann/wie ist Recycling sinnvoll? 11

12 Wiederverarbeitung/stoffl. Recycling vs. Energierecycling / Verbrennung Trennen vs. Gemische Hohe vs. niedere Qualität, Downcycling Stoffl vs. Energet. Recycling Degradative Extrusion / Pyrolyse Energierecyclingh 12

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16 Zusammenfassung Kunststoffe stellen immer ein Mehrstoffgemisch dar, oft mit extrem spezifischer Chemie Sammeln, Trennen, Recycling nur für Massenkunststoffe bei Anfall grosser Mengen gleichartiger gekennzeichneter Kunststoffabfälle (Blister, Hohlkörper, etc.) sinnvoll Trennung automatisch nur bei größeren Teilen (Hohlkörper, Geräteteile,etc.) Im Hausmüll ist Energierecycling ohne Trennung zu bevorzugen Ebenso im technischen Müll nach grober Vorzerlegung DANKE für Ihre Aufmerksamkeit Ich erwarte Ihre Fragen 16