Eine kurze „Geschichte der Kunststoffe“ und die Rolle Troisdorfs darin

Die ersten „Kunststoffe“ (also von Menschen erzeugte Materialien, die in dieser Form nicht in der Natur vorkommen) sind wortwörtlich verstanden, Metalle (wie Kupfer, Eisen und Legierungen wie Bronze), Keramikmaterialien, Porzellane und Gläser. Heute versteht man aber unter „Kunststoffen“ hauptsächlich polymere organische Stoffe, also solche mit Kohlenstoffatomen im Makromolekül.

Den Anfangspunkt der „Geschichte der Kunststoffe“ festzulegen, bleibt dem Ermessen überlassen. Die meisten frühen Entdeckungen waren meist Zufallsfunde und dienten nicht dem Ziel, neue Stoffe zu erschaffen. So kann man z.B. die erste Gewinnung von Styrol 1827 durch Bonastre aus Storaxbalsam, die erste Synthese von Vinylchlorid 1835 oder die Entdeckung seines „Verharzens“ durch Sonnenlicht, beides durch Regnault (F) 1838, das erste Hartgummi 1839 durch Goodyear (USA) oder gar das erste Linoleum 1844 durch Walton (GB) (unter Verwendung von verharzendem Leinöl) eventuell als Beginn dieser Geschichte nennen.

Die erste Polymerisation von Styrol, 1839 von Simon entdeckt und 1845 durch Blyth und Hofmann durch Hitzepolymerisation nachvollzogen, sollte erst ein gutes Jahrhundert später industriell zur Erzeugung eines Kunststoffes genutzt werden.

Schönbein und Pelouze (CH) nitrierten 1845 Cellulose in Gegenwart von Schwefelsäure zu Schießbaumwolle. Diese Entdeckung sollte bald zum Celluloid führen. Ménard (F) erkannte ihre Löslichkeit in Äther und Alkohol, Hyatt (USA) entdeckt 1863 Campher als Weichmacher und fertigte 1869 in seiner Albany Billard Ball Co. erstmals Billardkugeln aus Celluloid als Ersatz für solche aus knapp-werdendem Elfenbein („Die Zehntausend-Dollar-Idee“, (2)). 1862 stellte Parkes (GB) Formteile aus Cellulosenitrat her und erhielt 1865 ein Patent für Kunststoffe aus Cellulosenitrat und Campher (Celloloid). Ab 1878 fertigte die Rheinische Gummi- und Celluloidfabrik Teile aus Celluloid. 1878 stellte Chardonnet (F) erstmals Nitrocellulose-Kunstseide her, die wegen ihrer hohen Brennbarkeit „Schwiegermutterseide“ genannt wurde. Ab 1890 stellte man in Troisdorf bei der Rheinisch-Westfälischen Sprengstoff-Aktiengesellschaft (RWS AG) auch Schießbaumwolle (hoch-nitrierte Cellulose) her. 1905 begann die Dynamit-Actien-Gesellschaft vormals Alfred Nobel & Co. mit der Herstellung (niedrige Nitrierung von Cellulose) und Verarbeitung von Celluloid in Troisdorf zu Platten, Rohren und Stäben.

Gaine (1853) und Taylor (Patent, 1859) haben entdeckt, dass Cellulosepapiere durch Behandlung mit Zinkchloridlösung einen neuen Stoff, die Vulkanfiber (vulkanisierte Fibern = Baumwollfasern“), ergeben. Diese wird heute noch industriell z.B. in Troisdorf -seit 1933-  hergestellt. Vulkanfiber wurde lange Zeit und in großen Mengen in Kofferschalen verwendet, heute hauptsächlich als Schleifscheibenträgermaterial.

Die ersten in größeren Mengen hergestellten Kunststoffe waren demgemäß chemisch gezielt abgewandelte Naturstoffe (Cellulose=Baumwolle). So erfand  Schützenberger (D)  1865 die Acetylierung von Cellulose zu Acetylcellulose = Celluloseacetat und damit ein weiteres Cellulosederivat als Kunststoff. 1901 gelang Eichengrün (D) und Becker (D) die direkte Acetylierung mit Essigsäureanhydrid von Cellulose zu einem brauchbarem Cellulose-2 ½-Acetat, das in Troisdorf ab 1911als CELLON Verwendung zur Celluloid-ähnlichen Herstellung  (Koch-Press-Verfahren und Schneiden von Folien und Platten aus dem Block) von Halbzeugen fand. Ab 1922 wurde Celluloseacatat als TROLIT W im Trolitpresswerk zu Formteilen verarbeitet und als Kunststoff-Rohstoff für Spritzgieß-Firmen verkauft. Später -ab 1961-wurde CELLONEX in Troisdorf durch Extrusion kostengünstiger hergestellt.
Celluloid und CELLON/CELLONEX gehören zu den Thermoplasten, d.h. diese Stoffe können bei erhöhter Temperatur und unter Druck zäh-fließend verformt werden. So wurden aus verschlossenen Rohren aus "Puppenstoff-Celluloid" nach Lagerung in 80 °C heißem Wasser in sich-schließenden (und danach öffenbaren) halbseitigen Metallnegativformen durch Einpressen von Druckluft in die Celluloid-Rohre Puppenkörper, -gliedmaßen und -köpfe pressgeblasen. Ab 1923 wurde hochgefülltes Celluloid zur Herstellung von Knöpfen in der Troisdorfer Knopffabrik eingesetzt. Es folgte CELLON für den bekannten TROLIT-Knopf aus Troisdorf, später auch POLLOPAS, TROLITUL (PS) und TROGAMID als Rohstoffe für Knöpfe, Schnallen und Fingerhüte.

1892 begründeten Cross, Baven und Beadle ((USA) die Viskosechemie, die zur Herstellung von Viskoseseide, Acetatseide und Zellglas führten. 1908 gewann Eichengrün (D) Folien aus Celluloseacetat und 1908 stellte Brandenberger (CH) technisch erstmals Zellglas (Cellulosehydrat, „Cellophan“) her, das heute noch als Verpackungsfolie große wirtschaftliche Bedeutung hat.

Mit den Phenol-Formaldehyd-Kondensaten (PF-Harze) begann die Ära der voll-synthetischen Kunststoffe. So hatte von Baeyer (D) 1872 zwar bereits die Kondensation von Phenol mit Formaldehyd entdeckt, die Kondensate aber wegen ihrer Unlöslichkeit als „unnütze Schmiere“ verworfen. Baekeland (B) erfand diese Polykondensationsrektion 1907 neu und ließ sie 1909 in Deutschland als „Hitze-Druck-Patente“ zur Herstellung und dadurch erstmalig möglichen industriellen Verarbeitung von Bakelit patentieren. Im gleichen Jahr erbaute er eine Fabrik zur Herstellung von Bakelit in Erkner bei Berlin. In diesem Produktnamen hat der Namen des Erfinders Niederschlag gefunden. 1924 begann in Troisdorf die Produktion von Phenol-Formaldehyd-Kondensaten unter dem Handelsnamen TROLON-Edel-Gießharz; gefüllte Typen wurden als TROLITAN-Phenolharz-Pressmassen und braune dekorative Hartpapier-Schichtstoffe als TROLONIT vermarktet. Später -1958- kamen PF-Schaumharze -TROPORIT- mit eingearbeitetem stickstofffreisetzenden Verbindungen (wie Azodicarbonamid) hinzu. TROMALIT war ab 1940 eine mit Eisenpulver versetzte PF-Pressmasse zur Herstellung von Magneten.
TROLITAX-Tafeln (ab 1937) bestanden aus mit PF-Harzen und später -ab 1973- auch mit Epoxidharzen imprägnierten Papier- bzw. Glasgewebebahnen, die auf Etagenpressen bei Hitze mit und ohne Kupfer-Decklage verpresst wurden. Sie dienten in der Elektroindustrie als Basismaterial zur Herstellung gedruckter Schaltungen.
Die Pressmassen waren grobkörniges Schüttgut; chemisch waren es niedrig-kondensierte reaktive  „Resole“, die beim Pressen in der Wärme in unlösliche Duroplaste übergingen. Die Pressmassen wurden bei industriellen Kunden- den Formteile herstellenden Pressereien- in Metallformen unter Hitze und hohem Druck zu Gebrauchsgegenständen
(wie Zündverteilern für Kfz-Motoren, Telefongehäusen und -hörern, Radioempfängergehäusen, elektrischen Schaltern und Steckdosen, Waschmaschinenflügeln, Schmuckdosen etc., alle in dunkler Eigenfarbe) verpresst.

1918 erhielt John (D) ein Patent für Harnstoff-Formaldehyd-Harze. 1920 arbeiteten Pollak und Ripper (A) über Harnstoff-Formaldehyd-Kondensate. 1922 patentierte die BASF lösliche Harnstoff-Harze als Holzleime. 1931 produzierte die Dynamit AG in Troisdorf erstmals derartige Aminoplast-Harze unter dem Handelsnamen POLLOPAS. Diese Pressmassen waren weiß oder beliebig einfärbbare Resole und insofern eine Innovation am Markt.  Dieser Kunststoff-Rohstoff führte -ähnlich wie Bakelit- den Namen des Erfinders Pollak in seinem Handelsnamen. Aus POLLOPAS konnten lebensmittelverträgliche Pressteile (wie Geschirrteile) hergestellt werden konnten. Die DAG in Troisdorf selbst produzierte solche Pressteile  (Picknick-Geschirr). Meist waren sie zukunftsweisend von dem Keramiker Ludwig König dessiniert worden (siehe: de.wikipedia.org/wiki/Pollopas). Mit TROPAL wurden ab 1942 Stäbe und Gießlinge aus POLLOPAS zur Herstellung von Knöpfen, u.a. in der eigenen Knopffabrik in Troisdorf bezeichnet. Aber auch Großteile z.B. für Kfz wurden in Troisdorf gepresst, u.a. auf einer 5000-Tonnen-Presse, z.B. DYNAL-Teile aus mit dem PF-Harz TROLON imprägnierten Papierbahnen. Dieses Verfahren kann man als Vorläufer für die Herstellweise des DDR-Autos Trabbi nennen.  Als LIGNOFOL wurden mit TROLON-verleimte Pressschichtholzteile ab 1938 bezeichnet. LIGNOFOL BB waren ab 1953 Dekorplatten für die Bundesbahnwaggons.

1938 produzierte die DAG erstmals Melamin-Formaldehyd-Harze unter dem Handelsnamen ULTRAPAS in Troisdorf.
Unter dem Handelsnamen ULTRAPAS wurden später -ab 1955- auch dekorative Schichtstoffe aus mit dem Carbamidharz imprägnierten Papierbahnen, die auf Etagenpressen verpresst wurden, hergestellt, teilweise auch solche mit Holzimitationen auf der Deckbahn. LIWA- und LIWAPAS-Platten waren ab 1958 solche mit Echtholzfurnier als Deckplatte.

1912 erzeugte Fritz Klatte (D) Vinylchlorid und Vinylacetat aus Acetylen und polymerisierte sie zu Polyvinylchlorid (PVC). 1931 nahm die I.G. Ludwigshafen die Produktion von Polyvinylchlorid und von Vinyl-Copolymerisaten (siehe Dietrich Braun „100 Jahre PVC“) auf. In Bitterfeld wurden nachchlorierte PVDC-Typen hergestellt. Die DAG in Troisdorf hatte im Rahmen der Zusammenarbeit unter dem Dach der I.G. Farben (ab 1925) die Aufgabe, die bei der I.G. hergestellten Kunststoffe in Hinsicht auf die kunststofftechnische Verarbeitbarkeit zu optimieren. So wurden verschiedene Polystyrol-Massen für den Spritzguß -TROLITUL- ab 1929 aus dem in Ludwigshafen hergestellten Kunststoff-Rohstoffen in Troisdorf produziert.

PVC wurde anfangs bei der I.G. wegen der guten Zusammenarbeit von Ludwigshafen mit Troisdorf  TROLULOID (LOID = Ersatz für Celluloid) genannt, später IGELIT (von I.G. Farben). Die DAG vermarktete es als MIPOLAM (Mischpolymerisat von Vinylchlorid und Vinylacetat und Acrylestern) ab 1936 als erste PVC-Rohre, Kabel-Isoliermassen und PVC-Bodenbeläge und Folien. Die Rohre waren typische Extrusionsprodukte aus Hart-PVC (PVC-u = PVC unplasticised) und die Kabelmassen und Bodenbeläge Produkte aus Weich–PVC (PVC-p = plasticised). Die damaligen MIPOLAM-Bodenbeläge wurden nach dem Koch-Preß-Verfahren (wie Celluloid und CELLON) hergestellt. 1958 sollten kontinuierliche Verfahren wie das mittels der in Troisdorf entwickelten Schwingpresse und viel später -1995- das mittels einer Doppelband-Auma folgen. Unter MIPOLAM wurden ab 1952 auch Verbundbeläge, Wandbeläge und Profile wie Sockelleisten, Treppenkanten, Schweißschnüre und Handläufe angeboten.

Zusammen mit dem Hamburger Dipl-Ing. Heinz Pasche entwickelte die Dynamit Nobel AG ab 1954 das MIPOLAM-ELASTIC-Kunststoffprofil für Fenster. Somit kam das erste „Kunststoffprofil-Isolier-Fenster“ auf den Markt. 1966 folgte das Hart-PVC-Profil-Programm TROCAL aus Troisdorf. 1970 folgten PMMA-beschichtete TROCAL-COLOR-Profile als Innovation.  1999 erwarb die HT TROPLAST AG die Knipping Fensterprofil GmbH, Hamminkeln, und im gleichen Jahr die KBE in Berlin und im Jahr 2000 die Kömmerling Kunststoff GmbH& Co KG in Pirmasens mit ihrem Profil- und Plattengeschäft. Somit stieg die HT TROPLAST AG, die spätere profine GmbH, zum größten europäischen Fensterprofilextrudeur auf.

Wurde in Ludwigshafen ab 1930 PVC im Luvitherm-Verfahren zu Folien durch Kalandrieren verarbeitet, stellte man in Troisdorf ab 1933 Folien im Astralon-Verfahren -Kalandrieren und Abpressen- her. ASTRALIT und ASTRAPRINT waren glasklare Folien und Platten für Zeichen- und Messgeräte und Materialien für die Kartographie führend im Einsatz von 1955 bis 1990.
AIREX und DYNAPOR waren Weich-PVC-Schäume für die Polsterindustrie. TROCAL-Dichtungsbahnen und TROCAL-Dachrinnen (ab 1950) waren ebenfalls PVC-Produkte aus Troisdorf. TROMIPHON waren ab 1955 schwarze und später -1972- bunte Schallplatten-Pressmassen aus PVC für die Phonoindustrie. TROVIDUR-Platten aus PVC dienten ab 1938 dem Apparatebau. Geschäumte PVC Platten -TROVICELL- rundeten später ab 2000 das Programm ab. DYNADUR-Rohre aus PVC und PE wurden ab 1954 im Dynarohr-Werk an der Mülheimer Straße gefertigt. KAHAFOL- Weich-PVC-Gewebebahnen wurden ab 1963 für Zelte und Abdeckbahnen hergestellt. MIPOFIX war ab 1958 eine Weich-PVC-Dekor-Klebefolie für Möbel. Als TROSIPLAST wurden ab 1953 Pulver und Granulate (Compounds) aus PVC für industrielle Weiterverarbeiter hergestellt und vermarktet.

Die Untersuchungen von Herrmann Staudinger an der Uni Freiburg ab 1920 an Makromolekülen begründeten die makromolekulare Chemie und führten zu einer starken Intensivierung der thermoplastischen Polymerisate in der Industrie. Staudinger wurde 1953 mit dem Nobel-Preis geehrt. In den frühen dreißiger Jahren des vergangenen Jahrhunderts wurde eine große Zahl neuer Kunststoffe entdeckt. Dazu gehörten Polyvinylacetat, Polyacrylate, Polyvinylalkohol, Polyvinylchlorid, Polyvinylidenchlorid, Polyvinyläther, Polyvinylpyrrolidon und Polyvinylcarbazol.

Aus einem abgewandeltem Polyvinylalkohol, dem Polyvinylbutyral -PVB-, wurde ab 1953 TROSIFOL, die Zwischenfolie für Sicherheitsglas, hergestellt. 1940 gab es in Troisdorf schon Versuche mit abgewandelten Cellonrezepturen, Sicherheitsgläser herzustellen.

Polystyrol wurde ab 1929 in Ludwigshafen industriell hergestellt und in Troisdorf als TROLITUL-Massen vermarktet und im eigenen Spritzgießwerk zu Formteilen verarbeitet. Der expandierbare Polystyrolschaumstoff wurde 1950 in Ludwigshafen entwickelt und für Stasny patentiert.

1935 wurde Hochdruckpolyethylen bei der ICI in GB entdeckt. 1938 begann bei Du Pont (USA) die großtechnische Herstellung von Nylon (Carothers, aus Dicarbonsäuren und Diaminen). 1939 begann bei der I.G. Wolfen die Herstellung von Nylon-Fasern aus Caprolactam. In Troisdorf wurde Polyamid-6 ab 1953 zu Tafeln und Platten verarbeitet. Troisdorf lieferte ab 1970 TROGAMID-T-Massen zur Herstellung transluzenter Pressteile. 

1940 begann bei den Chemischen Werken in Marl die BUNA-Produktion. 1942 begann bei Dow Corning (USA) die Produktion von Silikonen.

Der Aufstieg der mengenmäßig größten Kunststoffgruppe der Polyolefine begann 1931 mit der Patentierung der Polyisobytylen-Herstellung. Es folgte 1933 die Hochdrucksynthese von Polyethylen (PE) bei 1400 bar und 170 °C bei der ICI in GB. Die Herstellung unter niedrigem Druck mittels Katalysatoren (Ziegler-Natta-Katalysatoren) wurde 1952 durch R. Ziegler publiziert. G. Natta (I) gelang 1953 die Polypropylensynthese bei niedrigem Druck.

In Troisdorf wurden ab 1955 DYNALEN-Rohre aus PE hergestellt. TROFIL-Fäden aus PE und PP wurden in Troisdorf ab 1956 hergestellt und TROLEN-Platten aus PE. Ab 1972 wurde in Troisdorf der geschlossenzellige vernetzte Polyethylenschaum TROCELLEN produziert nach einer Furukawa-Lizenz.

Außer den Polyamiden wurden weitere Polymere hergestellt, die sich zur Herstellung von Fasern eigneten wie z.B. Polyacrylnitril (1929 in Ludwigshafen) und Polyethylenterephthalat -PET- aus Terephthalsäure-methylester  -DMT- und Glycol 1941 erstmals in GB. Die Dynamit Nobel AG stellte DMT für die Faserhersteller in großen Mengen in Lülsdorf und Steyerberg her. Später folgten Hochleistungsfasern wie Kevlar, Nomex und Dynema. Andere Polyester wurden in der Folge entwickelt. Troisdorf vermarktete ab 1971 Polytetramethylenterephthalat -PTMT- als DYNALIT-Press- und Extrudermasse. Andere Polyester wurden als Schmelzkleber verwendet.

1938 erfand Plumkott (USA) bei Du Pont zufällig Polytetrafluorethylen -Teflon. Später stellte die Dynamit Nobel AG in Troisdorf Polyvinylidenfluorid, PVDF, her und vermarktete es als DYFLOR 2000 als Pressmasse für den chemischen Apparatbau.

1941 fand Ellis die styrolisierten Alkydharze (ungesättigte Polyester), 1942 fand man heraus, dass sich diese Polyesterharze mit Glasfasern zu Werkstoffen hoher Festigkeit verarbeiten lassen (Bootsbau), 1952 begann diese stürmische Entwicklung. In Troisdorf wurden transluzente Wellbahnen TRONEX ab 1956 für den Baubereich und POLYDUR-. Pressmassen ab 1973 gefertigt.

Die Polyurethane -PUR- beruhen auf den grundlegenden Arbeiten von Otto Bayer (D) von 1935; industriell wurden sie ab den 50iger Jahren des vergangenen Jahrhunderts bedeutsam.
Polycarbonate wurde durch Schnell (D) 1953 entwickelt und ab 1959 industriell von Bayer (D) hergestellt.

Epoxidharze wurden nach 1950 in den Markt eingeführt. In Troisdorf wurden ab 1973 Epoxidharz-imprägnierte  Glasgewebebahnen mit Kupferfolie zu temperaturbeständigen hochwertigen TROLITAX-Platten für die Elektroindustrie für die Leiterplattenherstellung verpresst. TROLOCOR-Estrichmassen aus Epoxidharzen mit Korund-Körnern dienten der Herstellung rutschfester Bodenbeläge ab 1962.

Die Verarbeitungsverfahren und die Maschinen dafür hatten großen Anteil an der historischen Entwicklung der Kunststoffe. Schon 1870 wurde eine erste Spritzgießmaschine patentiert.  In Troisdorf wurde 1921 erstmalig CELLON W auf Spritzgußmaschinen verarbeitet. 1922 folgte in Troisdorf das TROLIT-Presswerk zur Verarbeitung von PF-Harzen und die Knopffabrik. Ab 1926 bauten Eckert und Ziegler rationell-arbeitende Spritzgießmaschinen. Dieses Unternehmen erwarb die Dynamit Actiengesellschaft 1934 sowie die Rheinischen Spritzgußwerke und intensivierten damit ihre Spritzgießaktivitäten in Troisdorf und später in Weißenburg/Bayern. Ab 1954 sind die ersten Schnecken-Spritzgießmaschinen auf dem Markt. Erste Kalander wurden 1920 bereits beschrieben. In Troisdorf wurde ab 1933 nach dem ASTRALON-Verfahren mittels eines Kalanders gefertigt. In Troisdorf wurde ab 1955 und wird TROCAL-Dichtungsfolie heute noch auf Kalandern gefertigt. Besondere Verfahren wie die kontinuierliche Vulkanfiber-Herstellung, das freie Schäumen von TROCELLEN im Ofen, das Imprägnieren von Gewebebahnen und das Abpressen in Etagenpressen (TROLITAX), das Schäumen im Hochfrequenzfeld  (TROVIPOR), das Koch-Press-Verfahren für Celluloid, CELLON und MIPOLAM, das MIPOLAM-Schwingpressen-Verfahren, das Wickelrohrverfahren, das TROLINING-Verfahren, das TROSIFOL-Verfahren, das TROCELLEN-Dünnschaumverfahren, die Coextrusion für TROCAL-Color-Profile , das CELLONEX-Vierfarben-Coextrusionsverfahren etc. sind richtungweisende TROISDORFER Kunststoffverfahren.

 

Literaturhinweise:

  1. www.kunststoff-museum.de
  2. Udo Tschimmel, Die Zehntausend-Dollar-Idee, Econ Verlag Düsseldorf, 1989
  3. Chronik der Kunststoffe, DKI Nr. 9, Verlag Brunke Garrels, Hamburg, 1965
  4. Presse-Information der NOWEGA, Düsseldorfer Messegesellschaft, 1975
  5. Josef Salhofer/Hans Thomas, Kunststoffverarbeitung, Vogel-Verlag, Würzburg, 1976