Additive : Böse Stoffe in Plastik - Was ist wirklich drin?

Welch ein Zufall: Da plane ich diesen Artikel über über Zusatzstoffe, sogenannte Additive, in Kunststoffen und Gefahren für uns, die davon ausgehen sollen. Und auf Facebook stolpere ich heute morgen über einen Artikellink mit dem Titel “Kinder in Deutschland haben zu viele Chemikalien im Blut” und eindeutigem (wenn auch nicht korrektem) Bezug im Bild auf Plastik-Spielzeug.

Die Reaktionen sind mustergültig: “Zuviel Plastikspielzeug”, “Zuviel made in China”, “Wir werden von unseren Lebensmitteln vergiftet…”, “Wasser in Plastikflaschen…”, “gespritztes Obst…”, “Impfungen…” (WTF? Was in Impfstoffen drin ist, erfahrt ihr anbei hier!),…

Zur Aufklärung: Es geht in besagtem Artikel um PFAS-Chemikalien, eine Gruppe von Verbindungen, die vor allem bei der Herstellung von Teflon zum Einsatz kommt. Diesen besonderen Kunststoff kennen wir nicht nur als Beschichtung von Bratpfannen. Er ist auch als Bestandteil wasserabweisender Textilien, zum Beispiel im Outdoor-Bereich (“GoreTex”). Dabei sind PFAS gar keine Additive im eigentlichen Sinne, sondern Hilfsstoffe, die bei der Produktion verwendet werden und nachher entsorgt werden müssen.

Die zitierten Kommentare wiederum sind ebenso weit hergeholt wie auf den Aufschrei übertragbar, der auf die Erwähnung eigentlicher Kunststoff-Zusätze folgt. Und um die – beziehungsweise um die beliebtesten Zankäpfel unter ihnen – soll es hier und heute gehen.

Was sind Kunststoff-Additive und warum können sie zum Problem werden?

Wie ich im 1×1 der Kunststoffe genauer erkläre, bestehen Kunststoffe aus riesenlangen Kettenmolekülen (sogenannten Polymeren). Die wiederum stellt man her, indem man kleine Gliedmoleküle in chemischen Reaktionen fest miteinander verbindet. Die Ergebnisse kennen wir meist als mehr oder minder flexible, leichte und robuste Feststoffe (“Plastik”), deren Eigenschaften die Hersteller genau nach ihren Wünschen designen können.

Und dabei kommen die Additive zum Einsatz. Vieles, was Polymerketten und -netze nicht alleine können, erreichen die Kunststoff-Designer, indem sie die Polymere mit anderen, kleinen Molekülen vermischen. Die bleiben zwischen den Polymerfäden und -maschen hängen und machen die Kunstoffe weicher, feuerfest, farbig, widerstandsfähig gegenüber Verwitterung und vieles mehr.

Das Problem dabei: Die Moleküle, die im Fadengewirr hängen bleiben, sind sehr viel weniger fest im Kunststoff gebunden als die Kettenglieder der Polymere selbst. Die Additive können also mehr oder weniger leicht aus dem Kunststoff herauskommen und in dessen Umgebung, zum Beispiel den Inhalt von Behältern, einwandern. Und nicht alle davon sind gesundheitlich unbedenklich.

Aus der unüberschaubaren Vielfalt der Plastik-Zusatzstoffe habe ich mir ein paar Bereiche herausgegriffen, dir mir besonders populär und damit vieldiskutiert erscheinen:

  • Weichmacher
  • Bisphenol A (und Verwandte)
  • PET-Getränkeflaschen

Weichmacher

Viele unserer Alltagskunststoffe sind bei uns angenehmen Temperaturen hart und spröde. Dabei benötigen wir in einer Vielzahl von Situationen weiche und flexible Stoffe. Deshalb haben die Kunststoffhersteller verschiedene Kniffe entwickelt, um solche Stoffe schaffen:

Passende Struktur aus Polymerfäden

Die Kunststoffe Polyethylen (PE) und Polypropylen (PP) kennen wir in zwei Erscheinungsformen: Als festes, steifes Material (z.B. für “Tupper”-Dosen) und als durchsichtige, flexible Folie (z.B. für Gefrierbeutel). Beide Varianten bestehen jeweils aus der gleichen Sorte Polymer – Ketten aus Ethylen- bzw. Propylen-Gliedern. Der Unterschied besteht in der Verknüpfung dieser Ketten.

Festes Polyethylen (oder -propylen), oft gekennzeichet als PE-HD bzw. HDPE (oder PP-HD bzw. HDPP) besteht aus einfachen, unverzweigten Polymerketten. Die lassen sich säuberlich und dicht nebeneinander anordnen, etwa wie Spaghetti in einer Packung, sodass der Kunststoff eine kristallähnliche Struktur erhält. Das “HD” in der Kennzeichnung steht deshalb für “high density”, also “hohe Dichte”.

In den folienartigen weichen Spielarten dieser Kunststoffe sind die Ketten dagegen verzweigt: Von einigen Kettengliedern zweigen mehr oder weniger lange Seitenketten ab. Ein Kunststoff aus solchem Molekülen gleicht eher einem Haufen Daunen, deren Kiele ebenfalls Fasern tragen. Daunen lassen sich kaum säuberlich aufschichten, gleiten aneinander vorbei und sind als Haufen leicht und fluffig. So verhält es sich auch mit weichem PE oder PP, die deshalb als PE-LD bzw. LDPE (oder PP-LD bzw. LDPP), also mit “low density” – “niedriger Dichte” – bezeichnet werden.

Polyethylen und Polypropylen enthalten deshalb keine Weichmacher – die sind gar nicht nötig!

Innere Weichmachung durch Copolymere

Eine all zu dichte Anordnung von Polymerketten können Hersteller auch vermeiden, indem sie Ketten aus verschiedenen Gliedern zusammensetzen. Solche Ketten aus sich mehr oder minder regelmässig abwechselnden Gliedern nennen die Kunststoffchemiker Copolymere. Durch die Auswahl (un-)passender Zwischenglieder können solche Copolymere weicher als die ursprünglichen Kunststoffe gestaltet werden. Die als “Weichmacher” verwendeten Zwischenglieder werden dabei ebenso fest wie die übrigen Glieder in die Ketten gebunden. Man nennt das Verfahren deshalb “innere Weichmachung”.

Innere Weichmacher können “ihren” Kunststoff ebenso wie die anderen Kettenglieder im Normalfall praktisch nicht verlassen!

Äussere Weichmachung durch Additive

Wenn die beiden oberen Verfahren nicht in Frage kommen, können Polymere mit kleineren Molekülen gemischt werden, die wie ein Lösungsmittel wirken. Im Gemisch mit solchen Weichmachern sind die Polymerketten leichter gegeneinander beweglich und ein wenig auf Abstand zueinander. Die Struktur des Kunststoffs ist damit “fluffiger” als eine kristallähnliche Packung Spaghetti.

Unter den Alltagskunststoffen ist diese “äussere Weichmachung” vor allem für Polyvinylchlorid (PVC) von Bedeutung. Neben Kabeln und Folien ist Weich-PVC auch als Material für Spielzeuge, zum Beispiel Badeenten, beliebt – und kontrovers diskutiert.

Lieblings-Weichmacher für PVC: Phthalate

Die mit am weitesten verbreiteten Weichmacher für PVC sind Ester der Phthalsäure (gesprochen Ftálsäure, die unsägliche Rechtschreibung kommt von der Übertragung von griechisch “ναφθα” (naphtha) = Erdöl in die lateinische Schrift), genannt Phthalate.

Allgemeine Strukturformel für Phthalate mit Benzolring
Grundstruktur aller Phthalate: Die Reste R1 und R2 stehen für Kohlenwasserstoffketten mit 4 bis 15 Kohlenstoff-Atomen. Im DEHP-Molekül bestehen beide Reste aus je 8 Kohlenstoff-Atomen und haben je eine Verzweigung.

In der Vergangenheit meistgebraucht und entsprechend berüchtig ist das Diethylhexylphthalat (DEHP), das auch asl Dioctylphthalat (DOP) bekannt ist.

Warum Weichmacher problematisch sind

Das Problem dabei: Es hat sich herausgestellt, dass dieses Molekül im menschlichen Körper ähnliche Wirkungen wie Geschlechtshormone entfalten kann. Durch die Aufnahme von DEHP kann also der Hormonhaushalt im Körper durcheinandergebracht werden, was unter anderem die Fortpflanzungsfähigkeit beeinträchtigen, Leber und Nieren schädigen und möglicherweise sogar Krebs verursachen kann. Es ist also gar nicht erstrebenswert, dass dieser Zusatzstoff aus “seinem” Kunststoff aus- und in dessen Benutzer einwandert.

Deshalb ist DEHP in der EU schon lange als Bestandteil von Kleinkinderspielzeug verboten. Seit 2015 gibt es die Zulassung dafür überdies nur noch für medizinische Verpackungen. Firmen aus Übersee (vor allem aus Fernost) unterliegen diesem Verbot jedoch nicht unbedingt. So fährt letztlich am sichersten, wer seine Kunststoffprodukte von europäischen Herstellern bezieht.

Dort kommen nämlich Ersatzstoffe für DEHP zum Einsatz, die anders als Phthalate als unbedenklich gelten. Ein Beispiel ist “Hexamoll DINCH”. Die Moleküle dieses Stoffgemischs sind unübersehbar mit den Phthalaten verwandt, weisen aber einen in Sachen Hormonwirkung entscheidenden Unterschied auf:

Allgemeine Strukturformel für Bestandteile von Hexamoll-DINCH ohne Benzolring
Grundstruktur der Bestandteile von Hexamoll-DINCH: Im Unterschied zu den Phthalaten enthalten diese Moleküle keinen Benzolring, sondern einen einfachen Kohlenstoffring. Was in dieser Skelettformel nicht zu sehen ist: Im einfachen Kohlenstoffring kommen auf jede freie Ecke zwei Wasserstoffatome, die nach vorn und hinten ragen. Ausserdem sind solche Ringe naturgemäss geknickt. Im Benzolring gibt es hingegen nur ein Wasserstoffatom je freie Ecke, das jeweils in der Ebene des flachen Ringes liegt. Damit unterscheiden sich die Formen von Phthalaten und diesen Molekülen ganz erheblich.

Tatsächlich geht der Einsatz von Phthalaten in Kunststoffprodukten laut Testergebnissen der Stiftung Warentest in den letzten Jahren merklich zurück.

Bisphenol A

Bisphenol A und andere mit ihm verwandte Bisphenole werden zuweilen im Zusammenhang mit Weichmachern genannt. Dabei sind sie selbst gar keine Weichmacher, sondern Antioxidantien. Sie werden einem Kunststoff zugegeben, damit sie verhindern, dass Weichmacher darin durch Oxidation zersetzt werden.

Ausserdem dienen sie als Kettenglieder für die Herstellung von Polycarbonaten, einer weiteren Sorte Kunststoffe, und sind als Bestandteile von Thermopapier (z.B. für Kassenbons) und Epoxidharzen (Kunststoffe z.B. zur Beschichtung von Behältern) bekannt.

Das Problem mit den Bisphenolen ist das gleiche wie mit den Phthalat-Weichmachern: Sie können “ihre” Kunststoffe verlassen und haben eine hormonähnliche Wirkung. Da sie uns in der Vergangenheit in vielen Bereichen besonders nahe kamen, haben sie deshalb einen ziemlich schlechten Ruf.

Bisphenole verschwinden aus unserer Umgebung

“Vergangenheit” ist jedoch das entscheidende Stichwort: Bisphenole verschwinden zunehmen aus den Kunststoffen im Lebensmittelbereich und unserer direkten Umgebung.

So waren Polycarbonate bis vor knapp 10 Jahren ein beliebtes Material für Babyflaschen. Aufgrund der Sorge, aus den Polycarbonaten könnten Bisphenole in Milch&Co einwandern, werden Babyflaschen jedoch schon seit 2011 in Europa aus anderen, unbedenklichen Kunststoffen wie PE oder PP hergestellt. Wenn eure Flaschen also jünger als 9 Jahre sind, braucht ihr euch um Bisphenole keine Sorgen zu machen.

Auch als Bestandteil von Thermopapieren sind Bisphenole seit diesem Jahr (2020) sowohl in der EU als auch in der Schweiz verboten. Viele Supermärkte haben allerdings schon vor Jahren auf bisphenolfreie Kassenzettel umgestellt.

Was ist gefährlicher? Bekanntes oder Unbekanntes?

Nicht nur viele Forscher, sondern auch Regierungen beschäftigen sich mit Bisphenol A und seinen Verwandten hinsichtlich unerwünschter Wirkungen in verschiedenen Bereichen. Während die EU die Verwendung schon in den vergangenen Jahren immer stärker eingeschränkt hat, hat sich die Schweizer Regierung bislang auf den Wissensstand von 2009 berufen. Dem gemäss seien die unerwünschten Wirkungen von Bisphenol A zwar gegeben, aber erst ab einer Dosis, mit der wir Endverbraucher gar nicht in Berührung kämen. Deshalb haben die Schweizer mit Verboten zunächst gezögert und damit einem weiteren Problem Rechenschaft getragen:

Das Verbot von in der Industrie weit verbreiteten Stoffen macht die Verwendung von Ersatzstoffen nötig. Und die sind oft viel weniger erforscht als lang verwendete und oft untersuchte Stoffe. So ist stets abzuwägen, was letztendlich schädlicher ist: Die ‘Katze im Sack’ in Folge eines vorschnellen Verbots oder ein Übel, das dank seiner Bekanntheit klein gehalten werden kann.

Wichtig ist, eine Entscheidung für das kleingehaltene Übel regelmässig zu überprüfen. Denn der Stand der Wissenschaft ist glücklichlicherweise einem steten Wandel unterzogen. So können nicht nur die möglichen Gefahren des kleingehaltenen Übels immer näher bestimmt, sondern auch die Katzen aus dem Sack geholt und untersucht werden, bevor man sie auf die Allgemeinheit loslässt.

Bisphenole werden, in der EU schneller als in der Schweiz, zunehmend aus den Kunststoffen in unserer Umgebung verbannt. Inwieweit Ersatzstoffe einen Vorteil bringen, wird sich erst noch erweisen.

Additive in PET-Getränkeflaschen?

Ebenfalls heiss diskutiert werden Meldungen um Stoffe, die aus PET-Flaschen in Getränke gelangen sollen, nicht zuletzt unter dem Einfluss von Wärme, Sonne, säurehaltigem Inhalt und ähnlichen Faktoren. Tatsächlich gibt es Studien, die eine hormonähnliche Wirkung von Getränken in solchen Flaschen nach Lagerung unter solchen Bedingungen aufzeigen.

Darin liegen aber gleich zwei Hunde begraben:

Der erste wird schon im vorangehenden Satz ersichtlich: Die Studienersteller messen eine hormonähnliche Wirkung, stellen aber nicht fest, von welchem Stoff bzw. welchen Stoffen sie ausgeht.

Der zweite bezieht sich auf die gemessenen Mengen. Da die Forscher nicht wissen, nach welchem Stoff sie suchen, messen sie die Hormonwirkung als ‘entsprechend der Wirkung des Geschlechtshormons Östradiol’. Zunächst war, laut DLG, von Werten bis zur Entsprechung von 75 Nanogramm, das sind 75 Milliardstel oder 0,000000075g Östradiol pro Liter die Rede. Gefunden hat das deutsche Bundesamt für Risikobewertung schliesslich die Entsprechung von 5 Picogramm, also 5 Billionstel oder 0,000000000005g Östradiol pro Liter Mineralwasser.

Das heisst, selbst wenn nun jemand misst, die Hormonwirkung sei in Limonade, oder nach drei Tagen in der Sonne, oder… um 100% höher – also doppelt so hoch – handelt es sich immernoch um Werte im Bereich von Billionsteln Gramm pro Liter. Solche Zahlen wecken meine Hochachtung vor der unglaublichen Genauigkeit der Spurenanalytik, sind aber für eine spürbare Wirkung im “richtigen Leben” nicht relevant.

Nichts desto trotz wird heiss diskutiert, was für diese hormonähnliche Wirkung verantwortlich sein mag.

Wo könnten hormonähnlich wirkende Stoffe herkommen?

Additive wie Phthalat-Weichmacher

Der Fund von hormonähnlich wirkenden Stoffen im Inhalt von PET-Flaschen legt den Gedanken an Weichmacher, die genau dafür bekannt sind, nahe. Allerdings sollen PET-Getränkeflaschen ja steif sein und ihre Form bewahren können. Die bekannte Flexibilität beruht nämlich auf der enormen Dünne des Materials, die die Festigkeit gerade notwendig macht. Allein deshalb enthält Getränkeflaschen-PET gar keine Weichmacher.

Dazu kommt, dass Zusatzstoffe das Recycling von Kunststoffen erheblich erschweren können. Deshalb sind sie in PET-Flaschen allgemein um so weniger zu erwarten, je ausgefeilter der PET-Recyclingkreislauf des Herkunftslandes ist.

Das Material PET als solches

PET steht für Polyethylenterephthalat. In diesem Wort fällt schnell einmal die unsägliche Schreibweise mit ph und th hintereinander auf und verleitet dazu, an eine Verwandschaft mit Phthalaten zu denken. Tatsächlich sehen die namensgebenden Kettenglieder dieses Polymers so aus:

Strukturformeln von Terepthalsäure und Ethandiol
Die beiden Gliedmoleküle, aus denen PET-Ketten bestehen: Links Terephthalsäure, rechts Ethandiol

Gemeinsam haben Phthalsäure und Terephthalsäure den Benzolring mit zwei Carbonsäuregruppen. Der entscheidende Unterschied besteht aber darin, dass die Säuregruppen der Terephthalsäure an gegenüberliegenden Ecken des Benzolrings stehen. Währenddessen befinden sich jene der Phthalsäure in den Weichmachern an benachbarten Ecken. Die Form der Moleküle ist damit vollkommen unterschiedlich.

Da Hormone im Körper nun ihre Botschaften überbringen, indem sie in massgeschneiderten Taschen von Proteinen binden, ist die Form ihrer Moleküle aber entscheidend für die Wirkung. So kann davon ausgegangen werden, dass Terephthalsäure und ihre Ester die Hormonwirkung von Pththalaten nicht nachahmen kann.

Frühere Inhalte von recycelten PET-Behältern

Kosmetik- und Hygieneartikel, zum Beispiel Shampoo, können hormonähnlich wirksame Stoffe enthalten, die in ihre Behälter aus- und nach deren Recycling in den neuen Inhalt einwandern mögen. So zumindest die Vorstellung. Auch deshalb wohl werden Shampoo- und ähnliche Flaschen meist gar nicht aus PET hergestellt. Zudem sind sie, wenn es sie doch gibt, – vor allem in der Schweiz – gar nicht Teil des Recyclingkreislaufs für PET-Getränkeflaschen.

Rückstände von Antimontrioxid

Antimontrioxid (Sb2O3) wird bei der Herstellung von PET als Katalysator eingesetzt. Da ist kaum vermeidbar, dass ein winziger Rest davon im Kunststoff zurückbleibt. Anders in Glas: Für dessen Herstellung der Katalysator nicht gebraucht, deshalb ist in Glas gar kein Antimontrioxid drin.

Auch dieses Salz ist, wenn es in zu grossen Mengen auftritt, für eine hormonähnliche Wirkung bekannt. Deshalb hat die WHO einen Grenzwert für den Gehalt von 5 Mikrogramm (0,000005g) Antimontrioxid pro Liter Trinkwasser festgelegt (und der ist in der EU Gesetz). Untersuchungen zeigten jedoch, dass dieser Grenzwert selbst bei jahrelanger Lagerung von Getränken in PET-Flaschen oder unter ungünstigen Bedingungen gar nicht überschritten werden kann. Eine bedenkliche Hormonwirkung seitens Antimontrioxid in PET-Flaschen gibt es folglich nicht.

Der eigentliche Inhalt der PET-Flaschen

Aufgrund ihrer weiten Verbreitung in (nicht all zu viel) früheren Zeiten sind Phthalate in unserer Umwelt heute allgegenwärtig. Da würde ich nicht ausschliessen wollen, dass sie auf anderen Wegen als aus den PET-Flaschen in die Getränke geraten. Auch wenn es auch diesbezüglich strenge Grenzwerte gibt.

Ausserdem sind Wärme und vor allem Sonnenstrahlung mächtige Triebkräfte für chemische Reaktionen. Was dabei aus den verschiedenen Inhaltsstoffen von Softdrinks entstehen mag (etwas mit hormonähnlicher Wirkung?), kann ich keinesfalls überblicken (und wäre vermutlich auch für Wissenschaftlerteams in Labor sehr aufwändig).

Obwohl diese beiden Punkte ziemlich spekulativ sind, würde ich spontan in diesem Bereich nach Ursachen für die gefundene hormonähnliche Wirkung suchen – sofern sich das bei deren geringem Umfang überhaupt lohnt.

Woher rührt dann der oft monierte “Plastik”-Geschmack?

Eine PET-Flaschenwand kommt keineswegs einer hermetischen Abriegelung gleich. Stattdessen ist sie vor allem für kleine Gasmoleküle durchlässig. So können Stoffe wie CO2 zwischen Inhalt und Aussenraum ausgetauscht werden. Das kann wiederum dazu führen, dass kohlensäurehaltige Getränke in einer geschlossenen PET-Flasche mit der Zeit ein wenig “schal” werden (da sich durch das Entweichen von CO2 wiederum Kohlensäure im Getränk zersetzt). Mit der Kohlensäure geht dem Getränk, selbst Wasser, auch eine säuerliche Geschmacksnote verloren.

Ausserdem gibt es tatsächlich einen Stoff, der aus PET in dessen Inhalt einwandern kann: Acetaldehyd. In grossen Mengen giftig (z.B. verursacht es den “Kater” bei starkem Alkoholkonsum) kommt dieses Molekül in Spuren praktisch überall vor, wo Leben ist. Kleine Mengen davon kommen also nicht nur in unserem Körper, sondern auch in Säften und Softdrinks naturgemäss vor. So schaden sie uns nicht.

Allerdings hat Acetaldehyd einen süsslichen Geschmack, den wir schon bei ziemlich kleinen Mengen (20 Mikrogramm pro Liter) wahrnehmen. In Süssgetränken fällt der gar nicht auf. Den Geschmack von Wasser kann er allerdings spürbar verändern. Deshalb achten Getränkehersteller darauf, das Auswandern von Acetaldehyd aus ihren Wasserflaschen zu verhindern (bzw. den Gehalt daran niedrig zu halten).

Dazu kann wiederum ein Additiv namens Anthranilamid eingesetzt werden, das das Acetaldehyd im Kunststoff bindet, seinerseits aber (in wesentlich geringeren Mengen) in den Inhalt einwandern kann. Dort verursacht es aber weder einen Geschmack noch eine hormonähnliche Wirkung.

Eine schnelle Geschmacksveränderung in PET-Flaschen-Wasser mag also ein Hinweis darauf sein, dass Acetaldehyd, aber kein Anthranilamid im Material ist. In Flaschen für Süssgetränke und Säfte ist dagegen niemals Anthranilamid.

Die in PET-Flaschen gefundene hormonähnliche Wirkung ist marginal und das Material sehr wahrscheinlich nicht die Ursache. Geschmacksveränderungen rühren von Gasaustausch und harmlosem Acetaldehyd her.

Fazit

Bezüglich bedenklichen Zusatzstoffen in Kunststoff hat sich in den letzten Jahren und Jahrzehnten vieles getan. Was vor zehn oder mehr Jahren problematisch war, ist heute oft Geschichte oder auf dem besten Weg, dazu zu werden.

Zudem wird in den Medien so manches in Bezug auf Additive in Kunststoffen heisser gekocht als ihm gebührt.

Was ihr selbst tun könnt, um schädlichen Additiven aus dem Weg zu gehen

  • Frei nach meinem persönlichen Paretoprinzip: Meidet Kinderspielzeug und andere Kunststoffgegenstände für körpernahe Anwendungen zweifelhafter Herkunft. Zieht solche namhafter europäischer Hersteller vor.
  • Informiert euch bei der Stiftung Warentest bzw. dem Schweizer K-Tipp über die gefundene Belastung in einzelnen Produktgruppen. Tests mit schwerwiegendem Ergebnis werden im Laufe der Zeit oft wiederholt. So lohnt es sich, von Zeit zu Zeit nach Veränderungen bei den einzelnen Herstellern zu schauen.
  • Ersetzt Gegenstände wie Babyflaschen, die aus Zeiten vor der jeweiligen Ausmusterung kritischer Materialien stammen, durch neue.
  • Behaltet angesichts reisserischer Meldungen oder heisser Online-Diskussionen zu Plastik und Zusatzstoffen die Nerven. Informiert euch, bevor ihr unnötig Panik schiebt. Ich stehe immer gerne für Fragen zur Verfügung.

Und wie steht ihr Zusatzstoffen in Plastik gegenüber? Bereiten sie euch Sorgen? Oder geht ihr damit gelassen um?

Mehr rund um Kunststoffe findet ihr hier in Keinsteins Kiste:

Kunststoff - Recycling : So funktionierts

Ruhrpott, Deutschland, 2006: Reto, ein waschechter Schweizer und mein damals neuer Liebster, ist zu Besuch an meinem Studienort. Was mir traurig, wenn auch alltäglich erscheint, schockiert ihn zutiefst: Den überall herumliegenden Abfall ist er aus der Schweiz nicht gewohnt – zumindest nicht in solchen Mengen. Besonders Kunststoff-Verpackungen fallen uns vielerorts ins Auge. Dabei gibt es schon seit meiner Kindheit die “gelbe Tonne” und dahinter ein ausgefeiltes Recycling-System. Ganz zu schweigen von all den Abfalleimern im öffentlichen Raum.

Wenige Jahre später habe ich die Seiten gewechselt und musste Reto bald recht geben: Was die Abfall-Entsorgung betrifft, sind die Schweizer generell ordentlicher als meine Landsleute. Nach 10 Jahren unter den Eidgenossen wird allerdings deutlich: Auch hier wird Littering zunehmend zum Problem.

Da braucht es gar keine Horrorbilder und -meldungen von verschmutzten Stränden und Plastik in Tiermägen und dem Marianengraben, um zu begreifen, dass wir ein Problem haben.

Recycling – das Thema ist ein Dauerbrenner

Eigentlich haben wir gleich zwei Probleme:

  1. Klassische Kunststoffe sind Erdölprodukte. Sie werden also aus einem fossilen Rohstoff hergestellt, der irgendwann zur Neige geht.
  2. Klassische Kunststoffe werden kaum bis gar nicht biologisch oder von den Naturkräften abgebaut.

Beide sind nichts neues, sondern uns seit Jahrzehnten bewusst. Deshalb tüfteln Forscher und Ingenieure ebenso lang schon an Methoden, “verbrauchtes” Plastik wieder zu verwerten. Sie entwickeln Verfahren und bauen Recycling-Kreisläufe immer weiter aus. Die Schweizer bezeichnen sich gar als Weltmeister im Recycling von Abfällen – auch von Kunststoffen.

Aber welche Kunststoffe können wirklich recycelt werden? Wie funktioniert das? Wie könnt ihr zum nachhaltigen Umgang mit Plastik beitragen?

Welche Kunststoffe sind recycelbar?

Am einfachsten wiederverwendbar sind möglichst reine Stoffe. Ein Material, das aus nur einem Stoff besteht, hat nämlich durchgehend die gleichen Eigenschaften und kann mit einem einzigen, daran angepassten Verfahren behandelt werden. Das gilt auch für Verbundmaterialien, deren einzelne Bestandteile sich leicht voneinander trennen lassen.

Nicht trennbare Verbundmaterialien und Kunststoffe, die mit vielen Zusatzstoffen, sogenannten Additiven (z.B. für Farbeffekte, Weichmacher, Brandschutz,…), vermischt sind, lassen sich nur schlecht oder gar nicht wiederverwenden.

Thermoplaste als Recycling-Favoriten

Besonders für eine Wiederverwertung geeignet sind jene Kunststoffe, die bei hohen Temperaturen weich und formbar werden – die sogenannten Thermoplaste. Die kann man nämlich schreddern, erhitzen und zu neuen Gegenständen formen, ohne dass sich ihre Moleküle dabei verändern (zumindest im Optimalfall).

Zu den Thermoplasten gehören auch die verbreitetsten Alltagskunststoffe Polyethylenterephthalat (PET), Polyethylen (PE) und Polypropylen (PP) (Einzelheiten zu diesen Stoffen erfahrt ihr im Plastik-1×1 hier in Keinsteins Kiste). Da verwundert es nicht, dass gerade diese Kandidaten die grösste Rolle beim Recycling von Alltagsabfällen spielen. Allerdings gelingt auch das nur dann wirklich gut, wenn die Hersteller schon bei der Erstverarbeitung dieser Kunststoffe auf die Recyclingfähigkeit achten. Wie das geht, verraten Guidelines für die Industrie, verfasst von den Recycling-Verantwortlichen.

Auch Polyvinylchlorid (PVC) ist ein Thermoplast. Bei diesem Kunststoff gestaltet sich das Recycling (wie auch die Verwendung im Lebensmittelbereich) schon kniffeliger, weil er in vielfältiger Form verwendet wird und (besonders als Weich-PVC) kaum ohne Additive auskommt. Trotzdem wird auch PVC recycelt, wenn auch vornehmlich im Bauwesen, wo grössere Mengen gleichartigen PVC-Materials anfallen.

Und was ist mit kompostierbaren Biokunststoffen?

Was nach der ultimativen Verwertbarkeit bzw. Entsorgung klingt, hat oft einen beachtlichen Haken. Biopolymere sind aus Kettengliedern zusammengesetzt, die Lebewesen entlehnt sind, wie die Milchsäure-Glieder des Polylactids (PLA). Damit sind sie grundsätzlich für den Abbau durch Lebewesen oder deren Bestandteile geeignet.

In der Praxis sind dafür aber oft Bedingungen nötig, die ein Komposthaufen oder die freie Natur nicht bieten. PLA ist beispielsweise nur in speziellen Anlagen bei unnatürlichen Temperaturen abbaubar. So macht PLA zur Abfallvermeidung bislang nur dann Sinn, wenn der Anbieter – zum Beispiel ein Park mit Imbissbetrieb – direkt mit einem PLA-Entsorger (und bestenfalls -Wiederverwerter) zusammenarbeitet.

Wie wird recycelt?

Kunststoffe kann man grundsätzlich auf zwei Arten wiederverwerten:

  1. Werkstoffliche Verwertung: Das Material (die Polymer-Ketten als solche bleiben (weitestgehend) intakt und werden nur zu neuen Gegenständen geformt. Das ist der wohl wünschenswerteste Weg, da so der grösste Teil des zur Herstellung des Kunststoffs getätigten Aufwands nicht noch einmal nötig ist. Für diesen Weg geeignet sind im Besonderen die Thermoplasten unter den Kunststoffen. In der Praxis sind solche Verfahren leider meist nicht unendlich wiederholbar: Die Polymere überstehen das Erhitzen oft nicht gänzlich unbeschadet, sodass das Recycling-Material oft eine weniger gute Qualität als der Kunststoff bei der Erstverwendung hat. Fachleute nennen diesen Effekt deshalb “Downcycling”.
  2. Rohstoffliche Verwertung: Die Polymerketten werden dabei gezielt zerlegt. Die entstehenden Kleinmoleküle sind nach wie vor wichtige Energieträger und können als Brennstoffe oder Rohmaterial für andere Erdölprodukte verwendet werden.

So werden einzelne Kunststoffe recycelt

PET (Polyethylenterephthalat)

In der Schweiz gibt einen einzigartigen, geschlossenen PET-Recycling-Kreislauf: Überall in der Öffentlichkeit findet man hier blau-gelbe Sammelbehälter für PET-Getränkeflaschen – in Geschäften, an Bahnhöfen, bei Veranstaltungen, in Parkanlagen, an Abfall-Sammelstellen und anderswo. Die darin gesammelten Flaschen können farblich sortiert und nach Abtrennung von Fremdstoffen zu Pressballen verarbeitet werden, die rund 98% reines PET ihrer jeweiligen Farbe enthalten. Infrarot-Technik und Laser machen es möglich.

Diese PET-Abfälle werden weiter gereinigt, zu Flocken geschreddert und von den Flaschendeckeln getrennt. Letztere bestehen nämlich aus PE, welches – anders als PET – weniger dicht als Wasser ist und folglich darauf schwimmt. Die PET-Flocken sinken derweil auf den Grund (Chemiker und Physiker nennen dieses Trennverfahren Sedimentation), sodassman die PE-Deckel einfach abgiessen oder abschöpfen kann.

Nach weiterer Reinigung sind die Flocken schliesslich so sauber, dass sie als Lebensmittel-Verpackungsmaterial zulässig sind. Dann werden sie eingeschmolzen und zu sogenanntem Re-Granulat, einem groben Kunststoff-Gries, verarbeitet. Als Thermoplast kann dieser PET-Gries schliesslich bei 250°C zu neuen Gegenständen zusammengesinter werden – zum Beispiel zu dickwandigen “PET-Rohlingen”, die, bereits mit Gewinde und Deckel versehen, eine Flasche erahnen lassen.

PET-Rohling: Nach Erst-Herstellung oder Recycling kann PET in dieser Form platzsparend zum Getränkehersteller transportiert werden.
Pet-Rohling oder “Petling” mit Deckel: Daraus wird einmal eine Flasche.

In dieser platzsparenden Form werden die Rohlinge oder “Preforms” an die Getränkeabfüller (oder auch an Geocaching-Begeisterte, die darin ihre Schätze verstecken) geliefert. In der Abfüll-Anlage werden die Rohlinge erneut erhitzt und zu fertigen Getränkeflaschen aufgeblasen.

So effektiv geht PET-Recycling

Der Betreiber des PET-Kreislaufs – im Übrigen ein Verein, also nicht-staatlich und nicht gewinnorientiert – behauptet, bei der Wiederverwertung von PET-Getränkeflaschen finde kein Downcycling statt. Zudem betrage die Recyclingquote für PET in der Schweiz mittlerweile 82%! Bei freiwilliger Beteiligung der Getränkehersteller und Abfallsammler wohlgemerkt. Das hält die Regierung, die ein Minimum von 75% zum Ziel erklärt hat, bis dato davon ab, ein Pfandsystem einzuführen.

Polyethylen und Polypropylen (PE bzw. PP)

Auch PE und PP sind Thermoplaste. So kann man sie in ähnlicher Weise wie PET-Flaschen verwerten. Allerdings erweichen sie bei wesentlich niedrigeren Temperaturen (PE schon ab 80°C, PP bleibt noch etwas weiter fest) und würden sich bei 250°C längst zersetzen. Deshalb sind für das Recycling von PE und PP jeweils eigene Kreisläufe und Anlagen nötig, um diese Kunststoffe gemäss ihren Eigenschaften zu behandeln.

Ausserdem kommen nur dafür geschaffene PE- und PP-Produkte für die Wiederverwertung in Frage. Und selbst dann geht das Einschmelzen in der Regel mit einem Downcycling einher. So kann beim Recycling von PE oder PP meist kein Material mit Lebensmittelqualität gewonnen werden. R-PE und R-PP kommen daher vornehmlich im Bauwesen, in Nicht-Lebensmittelverpackungen, der Landwirtschaft, in Fahrzeugen oder Elektronik zum Einsatz.

EPS/Styropor = “Quietschpapier”

Diese Form von Polystyrol (EPS steht für “Expandiertes Polystyrol”) birgt ein ganz besonderes Problem: Das Material, das wir als massgeschneiderte, stosssichere Verpackung oder Wärmedämmstoff kennen, besteht zu 98% aus eingeschlossener Luft und nur zu 2% aus dem eigentlichen Kunststoff und seinen Additiven. Das Ganze ist also ein enormer Platzfresser!

Der Transport zu einer Mühle, in der Styropor zermahlen und anschliessend zu Re-Granulat eingeschmolzen werden kann, braucht daher ein enormes Volumen für reichlich wenig Kunststoff-Masse. Trotzdem wird das gemacht und das Granulat kommt vornehmlich für Einsätze im Bauwesen zur Verwendung.

Um dem Transportproblem zu begegnen, hat das Fraunhofer-Institut für Verfahrenstechnik und Verpackung IVV ein neues Recycling-Verfahren für EPS entwickelt (und CreaSolv® getauft). Die Abfälle sollen dabei noch an der Sammelstelle in ein Lösungsmittel, das möglichst nur Polystyrol auflöst, eingebracht werden. Dabei entweicht die ganze Luft und Beistoffe können später leicht abgetrennt werden. In der Lösung nimmt die Kunststoffmasse nur 1/50 des Raumes ein, den das ursprüngliche EPS bräuchte, was den Transport erheblich erleichtert.

Getränkekartons

Das ist auch mir neu: In der Schweiz können auch Getränkekartons (“Tetrapak”) recycelt werden. Tatsächlich tragen solche, die man in den grossen Supermärkten bekommt, das Kennzeichen “für den Restmüll”. Erst bei der Recherche für diesen Artikel bin ich bei Swiss-Recycling zufällig auf den – einmal mehr privaten – Anbieter für die Wiederverwertung von Getränkekartons gestossen. Bislang gibt es nur 100 Sammelstellen, aber die nächste ist nur wenige Dörfer weiter. Da führe ich die Tetrapak-Trennung doch gleich bei uns im Haushalt ein. Anbei: Ja, es stimmt: Abfalltrennung ist hier in der Schweiz eine besondere Spezialität.

Warum ist das Tetrapak-Recycling nicht weiter verbreitet?

Getränkekartons sind ein typisches Verbundmaterial: Pappe, Kunststoff- und Aluminiumschichten sind darin fest miteinander verklebt. Das schützt den Inhalt und ist für feuchtfröhliche Experimente nützlich, aber ganz kniffelig zu recyceln.

Immerhin können die Pappfasern aus den alten Kartons herausgelöst und zu Wellpappe verarbeitet werden. Kunststoff und Aluminium werden dann als Brennstoff für die Erzeugung von Fernwärme oder Strom eingesetzt – wie übrigens auch der Restmüll oder -kehricht hierzulande.

So könnt ihr zum Recycling beitragen

In Deutschland und Österreich werden wiederverwertbare Kunststoffe gemischt gesammelt. Verpackungen, die als rezyklierbar gelten, tragen als Kennzeichen den “grünen Punkt”. Ihr könnt sie – möglichst sauber – in die gelbe Tonne bzw. den gelben Sack entsorgen, deren Inhalt die Müllabfuhr regelmässig abholt.

In der Schweiz ist, wie bereits erwähnt, viel Eigeninitiative gefragt. PET-Getränkeflaschen könnt ihr in die blau-gelben-Behälter an öffentlichen Sammelstellen werfen, um sie in den PET-Kreislauf zurückfliessen zu lassen. PE- und PP-Flaschen werden häufig von den Supermärkten zurückgenommen (haltet die Augen nach der Entsorgungswand innerhalb des Marktes offen!). Wenn ihr eine der Sammelstellen für Getränkekartons in eurer Nähe habt, könnt ihr eure Tetrapaks auch dorthin bringen. Und neu führt auch die Migros – eine der beiden grössten Supermarktketten – eine Gemischtsammlung für rezyklierbare Kunststoffe ein.

Was bringt euch der ganze Aufwand? Nicht nur ein reines Gewissen: Was immer ihr an diesen für euch kostenfreien Sammelstellen entsorgt, landet nicht im Hauskehricht (Restmüll), für den hierzulande deftige Gebühren pro Abfallsack zu entrichten sind. Bedingung für ein effektives Recycling ist allerdings, dass nur die gewünschten Abfälle in den jeweiligen Sammelstellen landen!

Warum gibt es keine zentrale Gemischtsammlung in der Schweiz?

Das Recycling aus einer Gemischtsammlung liefere eine verminderte Ausbeute und Qualität, sagen die Recyclingverantwortlichen in der Schweiz. Laut einem Beitrag des Verbrauchermagazins “Kassensturz” beim Schweizer Fernsehen (Moderation und Interviews in Mundart, Kommentar in Hochdeutsch) liege die Ausbeute oft unterhalb dessen, was private Anbieter einer Gemischtsammlung behaupten. Ausserdem ist die nachträgliche Sortiererei teuer. So teuer, dass das Geld sinnvoller für die Umwelt eingesetzt werden könne. Viele private Anbieter von Gemischtsammlungen in der Schweiz verkaufen deshalb die gesammelten Abfälle in die Nachbarländer – und können dann nicht mehr kontrollieren, was damit geschieht.

Das Paretoprinzip und die Müllvermeidung

Das lässt mich persönlich an das Paretoprinzip denken: Wenn 100% aller Bemühungen 100% der Ergebnisse bringen, seien demnach nur 20% der Bemühungen nötig, um 80% der Ergebnisse zu erzielen (und umgekehrt brächten die übrigen 80% der Bemühungen nur 20% der Ergebnisse. Ob die Zahlenverhältnisse genau so überall anwendbar sind, sei dahingestellt. Kern der Sache ist in meinen Augen, dass Perfektionismus unglaubliche Ressourcen verschlingen und dabei vergleichsweise wenig bringen kann.

Das ist besonders dann spannend, wenn man mit begrenzten Ressourcen zurechtkommen muss. Wie auch im Umweltschutz: Wie in vielen Bereichen ist die begrenzteste Ressource hier wohl das Geld. Und das mag an anderer Stelle (sei es zum Ausbau funktionierender Kreisläufe, zur Förderung der Verwendung rezyklierbarer oder zur Entwicklung völlig neuer Materialien) effektiver eingesetzt werden können, als zum Aussondern weniger wiederverwertbarer Stoffe aus einem grossen Rest, der am Ende in der Müllverbrennungsanlage landet.

Der Kassensturz-Beitrag kommt für den Kunststoffsammelsack der Migros (bislang nur im Raum Luzern erhältlich) noch zum besten Testergebnis: Der “orange Riese” sammelt nur ausgewählte Kunststoffe und lässt tatsächlich recyceln – noch dazu in einer Anlage in der Schweiz. Ich bin gespannt, ob das auch funktioniert, wenn die Sammlung bis zum Frühling 2021 auf das ganze Land ausgeweitet wird.

Grundsätzlich gilt: Je ausgewähltere und sauberere Abfälle ein Anbieter sammelt, desto besser ist die zu erwartende Ausbeute. Wenn ihr Säcke für die Sammlung gemischter Kunststoffe verwendet, beachtet daher unbedingt die Gebrauchsanweisung!

Wirklich effektiv gegen Plastikmüll geht so

Hier folge ich meinem persönlichen Paretoprinzip: Mit überschaubarem Aufwand möglichst viel erreichen! Klar sollte man nach Möglichkeit keinen Abfall produzieren. Aber nicht jeder hat einen Unverpackt-Laden in seiner Nähe, und eine weite Anfahrt kostet nicht nur Zeit und Geld, sondern auch Kraftstoff in irgendeiner Form, der wieder zu Lasten der Umwelt geht.

Sehr einfach sind aber folgende Massnahmen:

  • Verwendet Mehrweg-Einkaufssäcke /- behälter – nicht nur im Supermarkt, sondern auch im Kaufhaus und anderen Geschäften
  • Nutzt die Mehrweg-Gemüse-Netzbeutel, die hier in der Schweiz in beiden Grossverteiler-Ketten angeboten werden (gibt es die in D und Ö auch? Falls nicht, sind die ein tolles Andenken an euren nächsten Schweiz-Urlaub 😉 )
  • Achtet, wenn ihr Produkte in Kunststoff-Verpackungen, insbesondere Flaschen, kauft, auf ein rezyklierbares Design. Das könnt ihr an folgenden Eigenschaften (gemäss den Richtlinien für Verpackungs-Hersteller) erkennen:
    • Das Material: Das Recyclings-Symbol mit der Ziffer im Pfeil-Dreieck, oft auf dem Flaschenboden, verrät es euch: PE (Ziffer 02 bzw. 04), PP (Ziffer 05) oder PET (Ziffer 01) sind leicht wiederverwertbar.
    • Die Farbe: PE und PP sind von Natur aus matt weiss und undurchsichtig. PET ist dagegen von Natur aus durchsichtig. Oberflächeneffekte wie Fluoreszenz (“grelle” Farben!) oder “metallic”-Schimmer entstehen durch Zusatzstoffe und verhindern die Wiederverwertung!
    • Etiketten: Sollten nicht mehr als 80% (vier Fünftel) der Flaschenoberfläche bedecken.
  • Vermeidet Produkte, die übermässig verpackt sind. Ein Klassiker ist unnötig vorgeschnittenes Obst: Die meisten Früchte sind von Natur aus mit einer Schale ausgestattet, die besten Schutz vor äusseren Einflüssen bietet. Die braucht ihr nur selber aufzuschneiden.
  • Kauft Getränke in Mehrweg- oder PET-Flaschen (letztere insbesondere, wenn ihr in der Schweiz seid) und entsorgt sie wie vom Anbieter vorgesehen.
  • Achtet beim Kauf von Kunststoff-Gegenständen auf gute Qualität und nutzt sie lange bzw. “vererbt” sie weiter, wenn ihr sie nicht mehr braucht.
  • Versucht euch im Upcycling: Viele gebrauchte Kunststoff-Verpackungen und -gegenstände könnt ihr auf neue Art verwenden oder geben prima Bastelmaterial ab – oder Rohstoffe zum Experimentieren!

Was haltet ihr von den Recycling-Bestrebungen in eurem Land? Habt ihr noch mehr Ideen zur Vermeidung von Kunststoff-Abfällen? Wie geht ihr mit euren Abfällen um?

Grosse Jubiläums-Blogparade: Mein Lieblings-Experiment

Ganze 5 Jahre ist es nun her, dass Keinsteins Kiste das Licht der Welt erblickt hat. Fünf Jahre! Das ist ein halbes Jahrzehnt! Dieses “kleine” Jubiläum möchte ich mit euch allen feiern – und mit euren Experimenten in einer Blogparade.

Da dieses Jubiläums-Jahr auch hinsichtlich des Weltgeschehens ein ganz besonderes ist (C. sei’s gedankt…), ist “Mein Lieblings-Experiment” dieses Jahr das perfekte Motto. Denn nachdem mir genau diese Blogparade letztes Jahr aufgrund bombiger Auftragslage im Job und eigenen Ferienplänen völlig versandet ist, ist die Lage dieses Jahr eine völlig andere:

In kaum einem Jahr hatten wir so viel Gelegenheit – und werden sie noch haben – zu Hause zu experimentieren, zu lernen und zu entdecken. Monate des Heimlernens liegen hinter uns, Sommerferien mit eingeschränkten Reisemöglichkeiten vor uns. Das ist die Gelegenheit, euer Lieblings-Experiment zu finden – oder uns zu zeigen, was ihr schon gefunden habt!

Letztes Jahr hat es trotz allem einen Beitrag zur Parade von Anne Nühm alias “breakpoint” gegeben. Der soll nun hier seine Würdigung als erster Beitrag zur Neuauflage finden.

Und da auch mein Sommer vor allem zu Hause stattfinden wird, lasse ich diese Auflage der Blogparade auch ganz bestimmt nicht mehr versanden. Versprochen.

Fünf Jahre Keinsteins Kiste

Bis in die erste Hälfte 2015 waren “Blogger” in meinen Augen Werbegesichter für Mode, Kosmetik und allerlei Lifestyle-Produkte – kurzum das, was man heute vielleicht eher mit dem Begriff “Influencer” in Verbindung bringt. Und damit so ganz und gar nicht meine Welt.

Erst als ein Neuzugang in einer völlig themenfremden Facebook-Gruppe am Rande ihren Mama-Blog erwähnte, öffnete sich mir die Tür zur ganzen Welt der Blogger – und mir war sofort klar: Davon möchte ich auch ein Teil sein! So habe ich binnen weniger Wochen diesen Blog ins Leben gerufen.

Seitdem hat sich so vieles getan und verändert. Von Anfang an war Keinsteins Kiste als Sammlung naturwissenschaftlicher Inhalte gedacht – zunächst reichlich unspezifisch in Form von “Geschichten aus Natur und Alltag”. Naturwissenschaft besteht nun in grossen Teilen aus Beobachtung…und dazu sind aufmerksame Sinne unabdingbar. So kam ich zu der Umwidmung des Blogs zu “Natur und Wissenschaft für alle Sinne”.

Doch auf Dauer erschien mir auch dies zu ungenau. Zumal ich mit meinem in der deutschsprachigen Blogsphäre nach wie vor exotischen Genre lange nach meinem Platz in deren unendlichen Weiten gesucht habe. Schlussendlich führte diese Suche an den Anfang des Blogs zurück. Mit einem Mama-Blog fing die Geschichte der Kiste an, und mit Familienblogs und ihren Autoren kann ich mich nun wahrhaftig identifizieren. Und das, obwohl ich selbst gar keine Kinder habe.

Wozu Keinsteins Kiste? Um Chemie und anderen Naturwissenschaften ein positives Gesicht zu geben!

Nichts desto trotz arbeite ich mit Kindern, und habe dabei schnell festgestellt, dass es nichts wunderbareres gibt als die kindliche Neugier. Physik (und Chemie und…) ist schliesslich, wo man spielt.

Und diese Neugier ist ein grossartiger Ansatzpunkt, um mein grosses Ziel zu verfolgen: Der Naturwissenschaft im Allgemeinen und der Chemie in Besonderen in euren Köpfen ein besseres Ansehen zu verschaffen!

Die Welt ist nämlich voll von “Fake-News”, Fehlinformationen und teils gefährlichen Irrlehren, die viel zu oft auf fruchtbaren Boden stossen. Und solch “fruchtbarer Boden” entsteht, wenn junge Menschen die Fächer, in welchen sie lernen können, wie die Welt funktioniert und wie sie selbst diese Funktionsweisen ergründen können, als “zu schwierig”, “abstrakt”, “realitätsfern” oder gar “unwichtig” erleben. Dann nämlich verlassen sie ihre Schulen oft ohne ein grundlegendes Verständnis für die Natur der Dinge – und sind entsprechend anfällig für jeglichen Unsinn, der darüber verbreitet wird.

Je früher jedoch Neugier und Freude an der Erforschung der Welt geweckt werden, desto grösser sehe ich auch die Chance, dass die Aufmerksamkeit für und die Freude an naturwissenschaftlichen Zusammenhängen erhalten bleibt und Chemie und Co in den Augen einstmaliger Jungforscher ihr gutartiges Gesicht behalten.

Chemie ist nämlich überall und alles ist Chemie. So tut ihr gut daran im Gedächtnis zu behalten, dass sie eben nur manchmal gefährlich, aber immer spannend ist!

Experimente wecken Spass und Neugier – nicht nur bei kleinen Forschern

Die eindrücklichste und zugleich spassigste Art und Weise, Naturwissenschaften zu lernen, ist, selbst zu experimentieren und zu forschen. So habe ich – besonders in den letzten drei Jahren – mehr und mehr Experimente in Keinsteins Kiste einfliessen lassen, die ihr zu Hause oder in jedem beliebigen Klassenzimmer selbst machen könnt.

Und damit auch naturwissenschaftlich nicht “vorbelastete” Eltern und Lehrer ihren Kindern die unvermeidlichen Fragen junger Forscher beantworten können (allen voran “Wie funktioniert das bloss?”), liefere ich zu jeder Anleitung auch eine ausführliche Erklärung dessen, was hinter den spannenden Beobachtungen steckt.

So können Klein und Gross beim Experimentieren etwas lernen. Aber damit nicht genug: Ihr Grossen könnt euer naturwissenschaftliches Wissen auch direkt in eurem Alltag gebrauchen! Wie? Das könnt ihr in den gesammelten Haushalts– und Gesundheitstipps in der Keinsteins Kiste lernen.

So ist der Blog nun schon seit zwei Jahren offiziell gefüllt mit “Natur und Wissenschaft für die ganze Familie”.

Grosse Sommer-Blogparade zum Geburtstag

Doch nun könnt ihr in der Blogparade selbst mitfeiern und -forschen!

Thema der Blogparade: Mein Lieblings-Experiment!

Experimente mit Aha-Effekt

Denn die Freude an Naturwissenschaft beginnt oft mit einem besonders eindrücklichen Experiment, das einen regelrechten Aha-Effekt auslöst.

So war es zumindest bei mir: In der siebten Klasse bin ich erstmals der Schmelzwärme begegnet – einem Konzept, das mir bis dahin völlig unbekannt war. Und mit dieser einschneidenden Veränderung meines Weltbildes hatte ich mein Herz unrettbar an die Chemie verloren (und das, obwohl sich die Physiker mit den Chemiker um die Einordnung dieses Konzeptes streiten könnten!).

Die ganze Geschichte von diesem Aha-Erlebnis erfahrt ihr hier, und natürlich gibt es auch eine Anleitung für das Experiment zum Nachmachen!

Vielleicht kehrt eure Leidenschaft auch immer wieder zu dem einen Experiment zurück?

Experimente, die euch nicht loslassen

Ich habe zum Beispiel bei jeder sich bietenden Gelegenheit Eisensulfid aus den Elementen Eisen und Schwefel hergestellt (das Teufelchen in mir spielt immer wieder gern mit Schwefel herum…). Da das eine ziemlich stinkige Angelegenheit ist, müssen dafür besondere Anforderungen an die Umgebung erfüllt sein, weshalb es das Experiment (noch) nicht in Keinsteins Kiste gibt.

Experimente, bei welchen ihr (bislang?) nur zugeschaut habt

Oder habt ihr euch bislang noch nicht selbst getraut, zu experimentieren, aber andere dabei beobachtet? Sei es der Lehrer in der Schule, der Dozent in der Uni, oder ein Show-Experimentator auf der Bühne? Welches Schau-Experiment hat euch besonders beeindruckt – vielleicht gar so sehr, dass ihr es gerne einmal selbst versuchen würdet – oder eben gerade nicht?

Im Rahmen der Lehrerausbildung hat uns unser Dozent ein wahrhaft beeindruckendes Demonstrations-Experiment gezeigt: Die Thermit-Reaktion!

Thermit-Versuch für die Schule: Die Reaktion findet im Blumentopf statt, glühendes flüssiges Eisen tropft unten heraus!

Hier bei wird Eisen(III)oxid mit Aluminium-Pulver zur Reaktion gebracht, wobei Temperaturen bis gut 2000°C entstehen! Mit grossem Getöse und Leuchtspektakel entsteht dabei flüssiges(!) metallisches Eisen. Deshalb nutzen Eisenbahner diese Reaktion, um frisch verlegte Schienen zusammen zu “schweissen”. Der sehr grossen Brandgefahr wegen sollte ein solches Experiment immer ausserhalb des Schulhauses (z.B. auf dem asphaltierten Schulhof) gemacht werden.

Später habe ich dann für einige Zeit an der Berufsschule in Arth-Goldau unterrichtet und dort in der Chemikaliensammlung eine fertige Thermit-Mischung gefunden. Natürlich habe ich die ausprobieren müssen – aber leider habe ich es nicht fertig gebracht, das Ganze zu zünden (das ist nämlich – zum Glück – ohne einen speziellen Thermit-Zünder kaum zu bewerkstelligen). Die Enttäuschung bei mir und den extra auf den Hof geführten Schülern war entsprechend gross.

Aber wenn ich noch einmal die Gelegenheit bekäme, Thermit zu zünden, wäre ich sofort dabei.

Experimente in der Forschung

Oder seid ihr sogar selber Forscher (gewesen)?

In der Forschung müssen Wissenschaftler ihre Experimente immer wieder und wieder durchführen und immer das Gleiche beobachten, bevor sie ein belastbares (weil wiederholt beobachtbares) Ergebnis veröffentlichen können. Auch ich kann ein Lied davon singen.

Besonders aufregend wird das Ganze dann, wenn ein Experiment tatsächlich immer das gleiche Ergebnis liefert – und wenn andere Forscher, die den Versuch nachmachen, dieses Ergebnis ebenfalls beobachten. Dann hat man nämlich etwas gefunden, was den allgemeinen Wissenstand wirklich erweitern könnte!

Habt ihr als Forscher selbst einmal so ein eindrückliches Experiment gemacht?

Was ihr zur Blogparade wissen müsst:

Experimentiert ihr gerne – zu Hause, in der Schule oder sogar an eurem eigenen Forscher-Arbeitsplatz? Schaut ihr euch spannende Experimente lieber an? Oder würdet ihr gerne auch selbst experimentieren?

Mit dieser Blogparade möchte ich euch alle – ganz gleich welchen Bezug ihr zum Experimentieren habt – zum Mitmachen einladen:

Beschreibt in einem Blogartikel euer Lieblings-Experiment!

Erzählt, schreibt, fotografiert, filmt oder wie auch immer ihr euch ausdrückt von eurem Erlebnis beim Experimentieren oder Zusehen: Was beeindruckt euch besonders, und warum ist dies euer Lieblings-Experiment?

Und wenn ihr selbst experimentiert, habt ihr vielleicht auch eine Anleitung dazu? Und wenn ihr ganz versiert seid und die Beobachtung sogar erklären könnt, wäre das natürlich Spitzenklasse – aber nicht notwendig.

Bei Bedarf helfe ich beim Erklären auch gerne aus.

Veröffentlicht den Artikel bis zum 13. September 2020 auf eurem Blog bzw. Kanal, verlinkt darin auf diesen Artikel und postet den Link dazu hier in die Kommentare. So kann ich sie über meine Kanäle teilen und zum Abschluss in einer Zusammenfassung würdigen.

Ihr möchtet gerne ein Experiment vorstellen und habt keinen eigenen Blog? Dann könnt ihr euren Beitrag gerne als Gastbeitrag in Keinsteins Kiste einreichen!

Ganz besonders würde ich mich freuen, wenn ihr anderen von dieser Blogparade “erzählt”, sodass möglichst viele die Chance haben, mit zu forschen!

Nun wünsche ich euch viel Spass beim Forschen, Experimentieren und Verbloggen,

Eure Kathi Keinstein

Experiment: Recycling selbst gemacht - HDPE

In Deutschland wurden in meinen Kindertagen die “gelbe Tonne” und der “grüne Punkt” auf Kunststoff-Verpackungen eingeführt. Das Ziel: Plastikabfälle sollen vom Restmüll getrennt gesammelt werden, damit man sie recyceln kann. Hier in der Schweiz ist man leider bis heute nicht so weit – wenn wir von dem flächendeckenden Recycling-Kreislauf für PET*-Getränkeflaschen einmal absehen. HDPE und andere landen hierzlande dagegen in der Müllverbrennungsanlage.

*Eine Übersicht über die gängigsten Kunststoff-Arten und der gebräuchlichen Abkürzungen findet ihr hier!

Aber wie funktioniert Kunststoff-Recycling eigentlich? Wie kann man aus alten Plastik-Gegenständen neue herstellen?

Leicht recycelbar: Thermoplaste

Einige Kunststoffe, darunter die im Alltag am weitesten Verbreiteten, haben eine spannende Eigenschaft, die das Wiederverwenden einfach macht: Wenn man sie erhitzt, werden sie formbar – und kühlen sie ab, werden sie erneut fest! Solche Kunststoffe werden von den Fachleuten “Thermoplaste” genannt. Und nicht nur das – einzelne Kunststoffteile lassen sich in ihrem formbaren Zustand sogar mit anderen verschmelzen!

Wenn die Temperatur, ab welcher ein Kunststoff formbar (“plastisch”) wird, ausreichend weit unterhalb jener Temperatur liegt, bei welcher die Riesen-Kettenmoleküle im Kunststoff zerstört werden, lässt sich diese Eigenschaft für das Recycling nutzen. Nicht mehr benötigte Kunststoff-Gegenstände können erhitzt, neu geformt und zu neuen Gegenständen verschmolzen werden.

Experiment: Recycelt euren eigenen Thermoplast

Das könnt ihr sogar selbst ausprobieren! Sehr gut eignet sich dafür Polyethylen (PE), genauer gesagt HDPE, die Polyethylen-Spielart mit Hoher Dichte. Aus diesem Material bestehen die meisten Flaschen für Shampoo und andere Hygieneprodukte. Das Recycling-Dreieck aus drei Pfeilen mit der Ziffer 2 und dem Kürzel “HDPE” oder “PE-HD” verraten euch, dass eine Flasche wirklich aus diesem Material besteht.

Recycling-Symbol für HDPE (via Wikimedia Commons, User : Tomia / CC BY-2.5 )

Ihr könnt also aus leeren Shampoo-Flaschen ganz einfach neue Gegenstände herstellen – zum Beispiel Deko-Anhänger für den Weihnachtsbaum, Osterstrauch oder sonstige Anlässe.

Ihr braucht dazu

  • Leere Flasche(n) aus HDPE (eine Shampoo-Flasche reicht für bis zu vier Anhänger)
  • Ausstechformen für Plätzchen aus Metall (einfache Formen, sonst wird es sehr kniffelig)
  • Alufolie
  • Etwas Pflanzenöl
  • Küchenschere
  • Elektro-Herdplatte (KEIN Induktionsherd! Dunstabzug empfohlen!)
  • Einen Kochtopf
  • Greifzange (vom Grill, Tiegelzange o.Ä.)
Material zum Umschmelzen von HDPE
Die linke, feinstrukturierte Ausstechform habe ich schnell aufgegeben: Die kleinen Nischen lassen sich kaum mit Folie auskleiden, ohne dass diese reisst. Die rechte hat dafür gute Dienste geleistet.

So geht’s

  • Säubert die leere Flasche sorgfältig. Schneidet das obere und unter Ende – am besten über einem Waschbecken – ab. Wenn sich dabei weitere Reste des Inhalts zeigen, reinigt die Teile noch einmal gründlich.
  • Schneidet die Flasche in möglichst feine Schnitzel. Ich habe dazu die Seitenwände in grössere Stücke zerteilt und diese zunächst streifenartig eingeschnitten. Dann habe ich senkrecht zu den Einschnitten schmale “Streifen” abgetrennt (wie ein Coiffeur beim Haareschneiden). Das Ergebnis: HDPE-Flocken von etwa 2x2mm Grösse.
Schritt für Schritt von der HDPE-Flasche zu kleinen Flocken
Von der leeren Shampoo-Flasche zu kleinen Flocken
  • Kleidet eine Ausstechform mit Alufolie aus. Achtet darauf, dass die Folie die Form innen vollständig und bis zum Boden bedeckt. So kann euer Werkstück die Form des Ausstechers ganz übernehmen. Achtet aber darauf, dass keine Risse oder Löcher entstehen! (Dieser Schritt kann bei zu filigranen Ausstechformen sehr kniffelig werden.)
Ausstechform mit Alufolie von oben und unten
  • Bestreicht die Innenseite dieser selbstgemachten Aluschale mit etwas Öl, so als wolltet ihr darin einen Kuchen backen.
  • Füllt eine dichte Schicht eurer PE-Flocken in die Form. Achtet darauf, dass die Flocken jeden Winkel der Form dicht ausfüllen.
Ausstechform als Aluschale, gefüllt mit HDPE-Flocken
So ist die Form gut gefüllt: Der Boden ist nicht mehr zu sehen, die Flockenschicht ca. 3mm dick.
  • Stellt die Form in den leeren Kochtopf und stellt diesen leer (bis auf die Alu-Form(en)) auf den Herd.
  • Schaltet die Herdplatte für 8 bis 10 Minuten auf niedrige bis mittlere Stufe. Behaltet das Experiment unbedingt im Auge und schaltet wenn möglich den Dunstabzug ein! Sollte sich Geruch nach schmorendem Plastik oder gar Rauch zeigen, nehmt den Topf sofort vom Herd!
  • Nach gegebener Zeit, bzw. wenn die Flocken aneinanderbacken, nehmt den Topf vom Herd und lasst die Formen abkühlen. Vorsicht, heiss: Wenn ihr sie dazu aus dem Topf nehmen wollt, benutzt dazu die Zange!
  • Nehmt das abgekühle Werkstück samit Aluminium aus der Form. Die Folie sollte sich ganz leicht abschälen lassen. Dann könnt ihr mit Wasser und Seife das Öl abwaschen.
Fertige HDPE-Blume noch in der Alu-Form
Oops! Die braune Färbung zeigt: Das ist wohl etwas zu heiss geworden. Ausserdem ist bei diesem ersten Versuch Rauch entstanden und Reto hat sich über den Geruch nach schmorendem Plastik beschwert. Die Notkühlung mit Wasser hat dieses Stück aber noch retten können.

Notfall-Tipp: Wenn das Experiment zu stinken oder gar zu rauchen beginnt, droht der Kunststoff zu verschmoren. Um das Schlimmste zu verhindern, könnt ihr die Temperatur der Werkstücke sehr schnell senken, indem ihr kaltes Wasser einige Millimeter hoch in den Topf laufen lasst. Zischen und Dampfen ist dabei ein Zeichen für Energieverbrauch – und damit für die sinkende Temperatur.

Rückseite der gebräunten HDPE-Blume mit Alu-Resten
Die Rückseite des überhitzten Stücks, nachdem ich die Aluminiumfolie (ohne Öl!) mühsam mit einem Küchenmesser abgekratzt habe: Trotz Überhitzung hält der Kunststoff so fest zusammen, dass diese Blume nicht einmal bei der Kratzerei kaputt ging!

Was ihr beobachten könnt

Beim Erhitzen werden die Kunststofffocken dicker, beginnen zu glänzen und ihre Kanten werden weicher. Sie sehen aus wie Käse, der im Begriff ist zu schmelzen. Die dicht übereinander geschichteten Flocken verschmelzen dabei sogar miteinander. Wenn ihr die Flocken nun mit der Greifzange antippt, könnt ihr feststellen: Sie sind weich und nachgiebig – ganz wie schmelzender Käse.

Nachdem das Werkstück abgekühlt ist, ist der Kunststoff so hart wie zuvor, aber: Die Flocken haben sich zu einem einzigen Werkstück verbunden. Und zwar so fest, dass dieses sich problemlos mit einer Bürste reinigen lässt!

HDPE-Blume ohne Bräunung
Es geht auch ohne Bräunung! An der geölten Alufolie beim zweiten Versuch hat nichts mehr geklebt – nur ein paar Flocken mehr hätten es sein dürfen – für einen saubereren Rand.

Wenn euch das Ganze jetzt bekannt vorkommt: Genau, Bügelperlen funktionieren auf die gleiche Weise!  Die bestehen in der Regel auch aus Polyethylen, wenn auch aus LDPE.


Was passiert da?

Wie sind Thermoplaste aufgebaut?

Was wir im Alltag allgemein “Kunststoff” oder “Plastik” nennen, sind in aller Regel Stoffe, die aus langen Molekülketten aus sich wiederholenden Gliedern bestehen. Die Chemiker nennen diese Stoffe deshalb “Polymere”. Die Moleküle von thermoplastischen Kunststoffen sind tatsächlich ganz einfache Ketten oder “Fäden” ohne Verzweigungen, die mehr oder weniger wirr miteinander verknäuelt sind.

Ausschnitt aus einer Polyethylen-Kette als Kalottenmodell: Dieser Molekül-“Faden” besteht aus Kohlenstoff- (schwarz) und Wasserstoff- (weiss) Atomen.

Amorphe Thermoplaste

Ähnlich wie ein Haufen verworrene Wolle bildet dieses Gewirr einen einzigen Körper, den wir sehen und anfassen können. Denn so wie die rauhen Oberflächen der Wollfäden diese aneinander haften lassen, wirken auch zwischen den Molekülfäden schwache Kräfte, die für Haftung aneinander sorgen.

Wie ein Haufen wirrer Wolle sind auch solche Kunststoffe selbst bei Raumtemperatur sehr biegsam. Dazu gehört zum Beispiel Polyethylen “geringer Dichte” (Low Density – oder LDPE). Die Chemiker nennen solche Kunststoffe auch “amorph” – eben “ohne geordneten Aufbau”.

Teilkristalline Thermoplaste wie HDPE

Das HDPE, Polyethylen “hoher Dichte” ist dagegen hart und nur wenig flexibel. Das rührt daher, dass in dieser Variante des Kunststoff ein Teil der Ketten oder “Fäden” sorgfältig parallel zueinander aufgereiht sind. Als enthielte der Haufen verworrener Wolle zwischendurch Abschnitte, die sorgfältig zu kleinen Knäueln aufgewickelt sind. Und ein streng gewickeltes Wollknäuel ist bekannt ziemlich fest.

Beim realen Wollknäuel ist die straffe Wicklung dafür verantwortlich. In einem Polymerknäuel können sich zwischen ordentlich parallel laufenden Ketten wesentlich stärkere zwischenmolekulare Kräfte ausbilden, die die Ketten fester beieinander halten.

Weil ein so geordneter Aufbau Chemiker leicht an Kristalle erinnert, nennen die solche Kunststoffe “kristallin” bzw., wenn durch Teile des Gewirrs geordnet sind, “teilkristallin”.

Was beim Erhitzen passiert

Je wärmer ein Stoff ist, desto mehr Bewegungsdrang haben seine Moleküle. Im festen Kunststoff schwingen die Atome der Ketten hin und her. Mit steigender Temperatur führen sie einen immer wilderen Tanz auf. Irgendwann wird dieses Treiben so toll, dass die zwischenmolekularen Kräfte das Gezappel nicht mehr aufwiegen können. Die Moleküle lösen sich voneinander – und können nun aneinander vorbei gleiten.

Wären die rauhen Wollfäden mit einem Mal völlig glatt und geölt, könnte man den wirren Haufen auch ganz einfach entwirren oder umformen.

Das Gleiche wird nun mit dem Kunststoff möglich: Die voneinander gelösten Ketten lassen sich durcheinander schieben – und Kettenenden aus verschiedenen Haufen können sich sogar miteinander mischen! Der wärmebedingte wilde Tanz der Atome sorgt für die dazu nötige spontane Bewegung. So kann aus zwei wirren Molekülhaufen (oder Kunststoff-Flocken) schliesslich ein einziges Gewirr werden, ohne dass wir sie verrühren oder drücken müssten.

Nach dem Abkühlen ist der Spuk vorbei – vorerst

Sobald die Temperatur wieder sinkt, werden die Atome wieder ruhiger und die zwischenmolekularen Kräfte – jetzt mitunter zwischen neuen Nachbarn – gewinnen wieder die Oberhand. Der Kunststoff wird erneut hart.

Das Geniale daran: Das Spiel lässt sich praktisch beliebig oft wiederholen – so lange man den Kunststoff nicht zu heiss werden lässt und die Kettenmoleküle selbst zerstört werden.

Warum ich kein Wasserbad verwende, um das zu verhindern

Da viele organische Verbindungen kaputt gehen, wenn sie zu heiss werden, erhitzen Chemiker ihre Stoffe gerne in einem Wasserbad (oder einem aus Silikonöl, wenn die Temperatur noch etwas höher sein soll). So können sie sicherstellen, dass der Versuch nicht heisser als 100°C wird (denn da verdampft das Wasser, bevor es heisser wird).

HDPE wird allerdings erst ab 135°C richtig weich, sodass ein Wasserbad bei Atmosphärendruck einfach nicht heiss genug werden kann, um die PE-Flocken miteinander zu verschmelzen. Speiseöl kann dagegen so heiss werden (das nutzen wir ja beim Braten). Aber viele Pflanzenöle rauchen in diesem Bereich schon beträchtlich, was die Sicht auf den eigentlichen Versuch trüben und nachher zu viel Reinigungsarbeit führen kann.

Deshalb habe ich nur ein wenig Öl zum Einfetten der Form verwendet, da sonst der wieder erkaltete Kunststoff an der Aluminiumfolie kleben bleibt (und das Abkratzen ist überaus mühsam).


Entsorgung

Der Kunststoff als solcher verändert sich durch das Erhitzen nicht. Er kann also ganz normal in den Hausmüll entsorgt werden. Aber viel schöner ist doch, eure Versuchsergebnisse als Deko zu verwenden, oder?

Unverbrauchte Reste der Shampoo-Flaschen könnt ihr auch in die gelbe Tonne/den gelben Sack (Deutschland, Österreich) geben. Aluminium gehört in Deutschland ebenfalls in die gelbe Tonne. In der Schweiz gibt es dafür eigene Sammelbehälter an den Entsorgungsstellen.

Die Ausstechformen könnt ihr nach dem Experiment getrost weiter zum Backen verwenden.

Fazit

Leere PE-Flaschen lassen sich mit einfacher Küchenausrüstung leicht zu neuen Gegenständen umarbeiten. Durch das Zerschneiden des kalten Kunststoffs in kleine Flocken könnt ihr die neue Form dabei sehr frei vorherbestimmen (Recyclingprofis machen das übrigens auch so und zerkleinern die Kunststoffabfälle, bevor sie sie erhitzen und neu verarbeiten).

Die Bewegung der Kunststoff-Moleküle (bzw. ihrer Atome) bei hohen Temperaturen hebelt zwischenmolekulare Anziehungskräfte aus, sodass die Moleküle bei genügend hoher Temperatur (bei HDPE rund 135°C) gegeneinander beweglich werden und ihr sie in neue Form(en) bringen könnt.

Beim Ausprobieren wünsche ich euch viel Spass und freue mich über Berichte von euren Ergebnissen in den Kommentaren. Was habt ihr bei eurem Recycling-Experiment hergestellt?

Mehr zum Thema Kunststoffe in Keinsteins Kiste

Hast du das Experiment nachgemacht: 

PE-Recycling selbst gemacht: Hat das Experiment bei dir funktioniert?

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Wenn etwas nicht oder nur teilweise funktioniert haben sollte, schreibt es in die Kommentare. Ich helfe gerne bei der Fehlersuche!

Wirken Antistatik-Sprays gegen Staub?

Schon wieder Staub wischen – wer kennt das Problem nicht? Wohl kaum einer. Deshalb haben zahlreiche Hersteller von Reinigungs- und Pflegemitteln Antistatik-Sprays im Angebot. Diese Mittel sollen – einfach aufgesprüht – dafür sorgen, dass sich weniger Staub auf den Oberflächen in unserem Zuhause absetzt. So müssten wir dann weniger Staub wischen.

Aber was taugen solche Sprays wirklich? Wie funktionieren sie? Und kann man sie auch selber herstellen?

Wie kommt der Staub ins Haus?

Staub im Haus ist etwas ganz normales und überdies unvermeidlich. Grossteils besteht er aus winzigen Hautschuppen von uns und, wenn vorhanden, unseren Haustieren. So lange wir leben, erneuert sich unsere Haut ständig, sodass wir laufend solche Schuppen verlieren.

Dazu kommen Klein- und Kleinstlebewesen, deren Überreste und Ausscheidungen. Auch die sind ganz normal: Selbst der sauberste Haushalt kommt nicht ohne Hausstaubmilben, Einzeller, Spinnen (und Spinnweben) sowie viele andere kleine Mitbewohner aus. Dazu kommen Fasern, Fussel und anderer Abrieb von Textilien und Gegenständen, die wir tagtäglich daheim benutzen.

Auch von draussen tragen wir regelmässig Staub ins Haus: Abrieb von Strassen und Reifen, Pflanzenteilchen und wiederum Kleinstlebewesen. Beim Lüften kommen mit der ausgetauschten Luft Pollen und mehr (Saharastaub, Vulkanausbrüche…) oder weniger (Feinstaub durch Verkehr) natürlicher Staub aus der Luft hinzu.

Insgesamt bilden sich täglich rund 6 Milligramm Hausstaub pro Quadratmeter – oder 130 Gramm pro Person und Jahr! Dass wir regelmässig Staub wischen müssen lässt sich also nicht vermeiden. Es sei denn, es wäre uns gleich, wenn irgendwann alles zustaubt.

Das jedoch kann fatale Folgen haben. Wenn der Staub Lüftungsschlitze elektronischer Geräte verstopft, kann das zur Überhitzung und im schlimmsten Fall zu einem Brand führen. Und als wollten sie uns verhöhnen, ziehen gerade elektronische Geräte den Staub wie magisch an.

Staubige Tasten: Helfen Antistatik-Sprays hier?
Auch Tastaturen ziehen Staub wie magisch an.

Warum ziehen Elektrogeräte besonders viel Staub an?

Staubpartikel gelangen von ihrem Entstehungsort zunächst in die Luft und werden in Strömungen und Wirbeln durch den Raum transportiert. Irgendwann folgen sie trotz ihres verschwindend kleinen Gewichts der Schwerkraft – oder anderen Kräften – und setzen sich auf Oberflächen ab.

Welche anderen Kräfte?

Staubpartikel bestehen aus Molekülen. Wenn solche Partikel von grösseren Gegenständen abgerieben werden, werden nicht nur ganze Moleküle voneinander getrennt. Auch die Moleküle selbst werden abgerieben: Sie büssen dabei Elektronen aus ihrer Hülle ein oder bekommen zusätzliche Elektronen, die von anderen Molekülen abgerieben wurden, aufgedrängt. Kurzum: Diese Moleküle, und damit auch die Staubpartikel, zu denen sie gehören, werden elektrisch geladen.

Und das werden elektronische Geräte auch. Das liegt in der Natur ihrer Funktionsweise: Sie arbeiten mit elektrischem Strom. Das heisst, in ihnen werden Ladungen hin und her geschickt und hier und da gesammelt. Und die Funktionsweise mancher Geräte, zum Beispiel Laserdrucker, beruht sogar darauf, dass bestimmte Bauteile ganz gezielt elektrostatisch aufgeladen werden.

Nur halten sich elektrische Ladungen kaum an Spielregeln oder Grenzen. Stattdessen drängen sie in jeden Stoff in ihrer Umgebung, in welchem sie sich halbwegs bewegen können. So bleibt es nicht aus, dass einige Ladungen in der Aussenverkleidung der Geräte landen. Und wenn in deren Nähe Staub in der Luft vorbeikommt, der zufällig entgegengesetzt geladen ist, ziehen sich die unterschiedlichen Ladungen gegenseitig an. Da die Ladungen in der Geräteoberfläche nicht hinaus können, gibt der fast gewichtslose Staub der Anziehung nach und landet auf dem Gerät.

Was kann man dagegen tun?

Um die vermehrte Anziehung von Staub zu verhindern, müssen die elektrischen Ladungen von der Geräteoberfläche fortgeschafft werden. Das Problem dabei: Die übliche Aussenverkleidung von Elektrogeräten besteht aus nichtleitendem Kunststoff (Verweis PBA). Das heisst, Ladungen, die dort einmal hineingeraten sind, finden kaum bis gar nicht wieder hinaus.

Ein extremes Beispiel ist Polystyrol (“Styropor”). Nicht umsonst verwende ich dieses Material beim Erzeugen von Miniatur-Blitzen im DIY-Experiment: Es lässt sich durch Reibung stark elektrostatisch aufladen und gibt die Ladung erst ab, wenn ein elektrischer Leiter (wie die Aluschale im Experiment) in seine unmittelbare Nähe gelangt.

Findige Chemiker und Techniker haben jedoch zwei Wege ersonnen, um den Ladungen das Entkommen aus solchen Materialien zu erleichtern. Beide beruhen darauf, dass die Leitfähigkeit der jeweiligen Oberfläche erhöht wird – indem eigens für den Abfluss von elektrischen Ladungen Wege geschaffen werden.

1. Leiter in die Oberfläche einbauen oder darauf aufbringen

Am naheliegendsten ist vielleicht, eine Metallschicht auf die Kunststoffoberfläche aufzubringen. Metalle sind sehr gute elektrische Leiter und sorgen für einen regen Ladungsverkehr. Andererseits sind sie oft anfällig für Korrosion – und jene, die das nicht sind, sind meist teuer. Ausserdem verändern sie das Aussehen der Kunststoffoberfläche.

Deshalb gibt es viele weitere sogenannte leitende Antistatika, die direkt in das Material hineingemischt werden. Das können Metallpulver sein, die mit Lacken vermengt werden, oder Metallfäden bzw. Leitfähigkeitsruss, die mit einem Kunststoff gemischt werden. Diese Stoffe, insbesondere Russ, sind jedoch tief schwarz und dementsprechend an der Oberfläche sichtbar. Freunde unverändert farbiger Oberflächen haben daher eigens leitfähige Polymere wie PEDOT ersonnen.

Ein leitfähiger Kunststoff ohne Farbe

PEDOT steht für “Polyethylendioxythiophen” und sieht so aus:

Ausschnitt aus einem PEDOT-Polymer: Die abwechselnden C-C-Doppel- und Einfachbindungen, entlang welcher dieses Polymer leitfähig ist, sind orange markiert.

Wie alle Polymere besteht auch dieser Stoff aus langen Kettenmolekülen, die aus sich immer wiederholenden “Gliedern” zusammengesetzt sind. Die PEDOT-Moleküle haben dabei eine Besonderheit: Entlang ihrer Ketten wechseln sich C-C-Einfach- und C-C-Doppelbindungen stets ab. Tatsächlich ragt die zweite Bindung (die sogenannte “Pi-Bindung”) einer Doppelbindung, die wie eine Hülle um die erste liegt, an beiden Enden über die eigentliche Bindung hinaus, sodass es zu einer Überlappung mit dem Ende der Doppelbindung am Nachbaratom kommt.

So können die Elektronen der äusseren Bindung sich in die nächste äussere Bindung bewegen und umgekehrt. Entlang sich abwechselnder Einzel- und Doppelbindungen kann also ein Strom fliessen: Die Molekülkette ist also nichts anderes als ein winziges Stromkabel!

Wenn man diese Polymerketten mit anderen mischt, erhält man leitfähige Kunststoffe – zum Beispiel Lack, den man auf eine Oberfläche auftragen kann. Wirklich raffiniert wird PEDOT aber erst dadurch, dass es in einer dünnen Lackschicht farblos erscheint. Die meisten Moleküle, die miteinander vernetzte Pi-Bindungen enthalten, sind nämlich farbig (auch Lebensmittelfarbstoffe, wie sie zum Färben von Ostereiern verwendet werden, zeichnen sich durch derartige Netzwerke aus). PEDOT wirkt dagegen erst in dickeren Schichten bläulich. So kann man damit Oberflächen leitfähig machen, ohne dass sich ihre Farbe ändert.

2. Nichtleitende Antistatika ein- bzw. aufbringen

Ob nun Metall, Russ oder leitfähige Kunststoffe – die Verarbeitung dieser leitenden Antistatika ist immer mit Aufwand und Mehrkosten verbunden. Deshalb verwendet man sie vornehmlich da, wo es nicht anders geht: Zum Schutz von speziellen elektronischen Bauteilen, denen aufgestaute Ladung bzw. zu schnell abfliessende Ströme gefährlich werden können.

Im Alltag verwenden wir, wenn wir es für nötig erachten, stattdessen sogenannte nichtleitende Antistatika. Die bestehen aus einfachen, kleineren Molekülen, die leicht zu handhaben und an ihren Einsatzort zu bringen sind. Aber halt:

Wie können Nichtleiter Strom leiten?

Würden Nichtleiter Ladungen, also elektrischen Strom leiten können, wären sie schliesslich keine Nichtleiter. Deswegen brauchen die Nichtleiter im Antistatik-Einsatz Hilfe von einem leitfähigen Stoff: Wasser. Eigentlich ist reines Wasser nur wenig leitfähig, aber es bietet darin gelösten Ionen immerhin die Möglichkeit, sich frei zu bewegen. Und Ionen sind nun einmal geladene Teilchen. Wasser mit darin gelösten Ionen eignet sich daher prima, um unerwünschte Ladungen abzutransportieren.

Nur kann man mit Wasser nicht einfach Kunststoffe lackieren – zumal die meisten Kunststoffe Wasser nicht mögen – sie sind “hydrophob” (das ist altgriechisch für “wasserscheu”) – und daher die meisten Wechselwirkungen mit dem kühlen Nass verweigern. So auch den Austausch elektrischer Ladungen.

Hilfreich: Die Superkräfte von Tensiden

Wenn ihr euch schon mit der Superwaschkraft von Seifen beschäftigt habt, kennt ihr dieses Problem wahrscheinlich schon: Wasserscheue (und damit gleichzeitig fettliebende) Stoffe verweigern die Zusammenarbeit mit Wasser. Abhilfe durch Molekül-Diplomatie schaffen da Tenside, die besonderen Moleküle, aus denen Seife besteht.

Besonders sind Tensid-Moleküle deshalb, weil sie – ähnlich wie Streichhölzer – aus zwei ganz unterschiedlichen Teilen bestehen: Einem wasserliebenden “Kopf” und einem fettliebenden “Schwanz”. Da fettliebende Moleküle nur mit anderen Fettliebenden und wasserliebende Moleküle nur mit anderen Wasserliebenden verkehren wollen, sind solche “Zwitter” die perfekten Vermittler.

Streichholzmodell: Tenside an der Wasseroberfläche
Auch Luft besteht grösstenteils aus wasserscheuen Stoffen. Deshalb richten Tenside an der Wasseroberfläche ihre “Schwänze” zur Luft hin aus.

Geraten Tenside nämlich zwischen Wasser und einen fettliebenden Stoff, so richten sie ihre Köpfe zum Wasser aus und ihre Schwänze zum fettliebenden Material. Köpfchen in das Wasser, Schwänzchen in die Höh’! So können Tenside mit beiden Stoffsorten wechselwirken – und das auch noch gleichzeitig. Über so geschaffene “Brücken” können auch elektrische Ladungen den Weg vom unwegsamen Kunststoff ins bewegliche Wasser finden.

Antistatik-Sprays enthalten Tenside

Um eine Oberfläche leitfähig und damit passierbar für elektrische Ladungen zu machen, kann man also einfach Tenside mit Wasser aufsprühen (oder sie als Zusatzstoff in den Kunststoff einarbeiten). Deren wasserscheue Schwänze haften daraufhin an der Oberfläche, während die wasserliebenden Köpfe für den gewünschten Ladungsaustausch mit dem Wasserfilm darüber sorgen.

Die Wirkung von Antistatik-Sprays hat Grenzen

Der Wirksamkeit von antistatischen Tensiden zum Aufsprühen sind damit allerdings zwei einfache, aber kaum überwindbare physikalische Grenzen gesetzt:

  1. Die Wechselwirkungen zwischen den Molekülen, die zum Haften der Tenside an der Oberfläche führen, sind im Vergleich zu chemischen Bindungen ziemlich schwach. So genügt schon ein wenig Reibung, um die aufgesprühte Schicht wieder zu entfernen. Selbst Luftreibung führt dazu, dass die aufgesprühte Schicht mit der Zeit wieder abgetragen wird.
  2. Die Antistatik-Schicht funktioniert nur so lange, wie sie genügend Wasser enthält. Dass ein Grossteil des mit Antistatik-Spray aufgesprühten Wassers verdunstet, ist so gewollt. Wenn aber die Raumluft zu trocken ist, verdunstet bald zu viel Wasser, sodass die allein gelassenen Tenside ihre Wirkung nicht mehr entfalten können.

Und dann ist da noch die Schwerkraft: Staubteilchen, die von oben herabsinken, werden von Antistatika keineswegs abgelenkt, sondern fallen letztlich da hin, wo ihr Weg nach unten eben endet.

So können Antistatik-Sprays nur vorübergehend und unter den richtigen Bedingungen Wirkung zeigen. Nützliche Helferlein, um im Zimmer die Luftfeuchtigkeit hoch zu halten, sind Pflanzen, Zimmerbrunnen oder im Winter Wasserschalen auf der Heizung. Für solche sind Antistatik-Sprays kein Ersatz, sondern allenfalls eine Ergänzung.

Antistatik-Sprays zum Selbermachen: Was taugen die?

Wenn schon die Wirkung so eingeschränkt ist, lohnt sich dann womöglich teures Antistatik-Spray mit all seinen Inhaltstoffen aus der chemischen Industrie? Oder kann man das auch selber machen?

Viele Seiten, die sich mit nachhaltiger Lebensweise und DIY-Reinigungsmitteln beschäftigen, meinen: Ja. Und geben mehr oder minder unterschiedliche Rezepte an. Insgesamt finden sich neben Wasser vier Bestandteile immer wieder. Doch wie sinnvoll sind die?

Flüssigseife

Enthält Tenside für die Superwaschkraft. Da diese Moleküle ebenso den Austausch von Ladungen zwischen nichtleitenden Oberflächen und Wasser bzw. feuchter Luft ermöglichen sollen, macht diese Zutat noch am meisten Sinn. Inwieweit die als Seife gedachten Tenside solchen, die speziell für den Ladungsaustausch designt sein mögen, gleich kommen, bleibt allerdings offen.

Anion der Stearinsäure (“Stearat”), ein gutes Tensid und typischer Bestandteil von Seife

Essig

Enthält Essigsäure – Tafelessig 3 bis 5%, der in der Schweiz gängige Haushaltsessig zum Putzen knapp 10% und Essigessenz bis zu 30%. Essigsäure ist eine Carbonsäure, die aus einem wasserscheuen Kohlenwasserstoffgerüst und einer wasserliebenden Säuregruppe* besteht.

*Besonders wasserliebend wird die Säuregruppe durch ihre Fähigkeit, ein H+-Ion abzugeben und als Carbonsäure-Anion (mit negativer elektrischer Ladung!) leicht mit dem Wasser zu wechselwirken.

Strukturformel von Essigsäure: Bei einem so winzigen wasserscheuen “Schäftchen” gibt der Kopf den Ton an: Das Molekül als Ganzes ist wasserliebend. Das “H” im roten Bereich kann zudem leicht als H+ abgegeben werden, was das Molekül zur Säure macht.

Das klingt doch irgendwie nach einem Tensid. Allerdings sind die Essigsäuremoleküle sehr klein, sodass der Anteil der wasserscheu haftenden Wechselwirkung ziemlich gering ausfallen dürfte.

Andere Carbonsäure-Anionen mit längeren Kohlenwasserstoffgerüsten würden da womöglich bessere Dienste leisten. Allerdings haben die nächstlängeren Verwandten der Essigsäure einen weitaus unangenehmeren Eigengeruch (Buttersäure z.B. enthält zwei Kohlenstoff-Atome mehr als Essigsäure, aber die möchte wirklich niemand riechen!).

Stearinsäure, eine langkettige Fettsäure (jede Zacke ist ein C-Atom!): Der lange wasserscheue “Schaft” verleiht dem Molekül selbst dann noch wasserscheue Eigenschaften, wenn das H+ im roten Bereich abgegeben ist und somit ein Stearat-Anion mit äusserst wasserliebendem Kopf vorliegt. Aus solchen Fettsäure-Anionen bestehen Seifen!

Ausserdem ist Essigsäure – eben eine Säure. Und Säuren reagieren gerne mit verschiedenen Stoffen – besonders dann, wenn sie ständig daran kleben und entsprechend viel Zeit dazu erhalten. Auf Marmor und Kalkstein sollte man zum Beispiel niemals Essig aufsprühen. Diese Gesteine werden nämlich von Säuren sehr leicht angegriffen. Doch auch andere Oberflächen könnten bei längerer Anwendung irgendwann mit unliebsamen Überraschungen aufwarten.

Olivenöl

Besteht hauptsächlich aus Neutralfetten, die auch Triglyceride genannt werden. In diesen Molekülen sind Fettsäuren – also meist besonders langkettige Carbonsäuren – an Glycerin gebunden.

Lewis-Struktur eines Triglycerids: Diese Verbindungen nutzen in Antistatik-Sprays wenig
Ein Triglycerid oder “Fettmolekül”: Dank der langen Kohlenwasserstofketten (hier als Zickzack-Linien), die sich um das Glycerin (schwarz) winden, sind diese Moleküle wasserscheu!

Diese Moleküle tragen von sich aus keine elektrischen Ladungen und sind weder besonders sauer noch basisch – daher der Name. Ausserdem sind sie fettliebend – und damit wasserscheu. Diese Eigenschaften machen frische Pflanzenöle so wenig leitfähig, dass z.B. Rapsöl als flüssiges Isoliermaterial in der Energie- und Hochspannungstechnik eingesetzt werden kann.

Olivenöl als Quelle für Tenside?

Carbonsäuren mit langen Kohlenstoffketten? Die gäben doch prima Tenside ab! Wenn sie denn ungebunden und elektrisch geladen wären. In der Verbindung mit Glycerin zum Fettmolekül, die zur Familie der Ester gehört, sind sie dagegen nur wasserscheue, ungeladene Seitenketten eines wasserscheuen Moleküls. Das kann man ändern, wenn man das Fett mit einer Base mischt, um die Moleküle zu zerlegen: So stellt man schon seit Jahrtausenden Seife her.

In Gegenwart von Essigsäure (wie in vielen Rezepturen für DIY-Antistatik-Spray) können Fettmoleküle zwar auch gespalten werden, doch entstehen dabei – anders als bei der “Verseifung” mittels Basen – vollständige Carbonsäure-Moleküle anstelle von Carbonsäure-Anionen. Und die geben ihr H+-Ion in Gegenwart der Essigsäure auch nachträglich kaum ab.

Naturgemäss finden sich in Pflanzenölen also stets ein paar freie Fettsäuren. Besonders dann, wenn das Öl schon etwas älter ist. Dann hatten Mikroorganismen und andere äussere Einflüsse nämlich viel Zeit, um das ein oder andere Fettmolekül zu zerlegen. In Gegenwart von Essig werden jedoch kaum Fettsäure-Anionen, sondern fast nur ungeladene Moleküle vorliegen. Wenn unter diesen Fettsäuren solche mit einem penetranten Eigengeruch sind, wird leicht erkenntbar, was dieser Prozess bedeutet: Das Öl wird ranzig.

Warum dann Olivenöl?

Vermutlich zielen solche Rezepturen auf die Pflege von Holzoberflächen oder allgemein den Glanz eines Ölfilms ab. Ob der Einsatz deshalb sinnvoll ist, wage ich dennoch zu bezweifeln. Nicht nur, weil Speiseöle leicht ranzig werden und Mikroben Tür und Tor ins Holz öffnen (Holz- und Möbelexperten empfehlen deshalb technisch aufbereitetes Leinöl, das diese Probleme nicht mitbringt, zur Holzpflege).

Wenn das Antistatik-Spray überdies Flüssigseife enthält, wird zudem ein Grossteil der Tenside aus der Seife mit der Vermittlung zwischen Wasser und Olivenöl beschäftigt, was zu Lasten der eigentlichen Antistatik-Wirkung gehen dürfte.

Ätherische Öle

Wie bereits erwähnt, hat Essig einen Eigengeruch, den nicht jeder mögen muss. Deshalb sollen ätherische Öle dazu dienen, diesen Geruch mit einem angenehmeren Duft zu überdecken.

Generell bin ich keine Freundin von solchen Manövern, zumal der eigentliche Störenfried dabei nicht beseitigt wird. Stattdessen kommen beachtliche Mengen des erwünschten Duftstoffs zum Einsatz, um erfolgreich mit dem Störgeruch zu konkurrieren. Das erachte ich bei Stoffen, die Allergien hervorrufen können (und das können ätherische Öle wie viele andere Naturstoffe auch!), nicht eben als erstrebenswert.

Immerhin: Für den Einsatz in selbstgemachten Reinigungsmitteln könnt ihr ein Öl, das alle (!) Mitglieder eures Haushalts mögen und vertragen, selbst aussuchen.

Zusammenfassung

Die Entstehung von Hausstaub ist unvermeidlich, kann aber nicht nur lästig, sondern auch zum Problem werden. Sogenannte Antistatika sollen Abhilfe schaffen – als leitende Zusatzstoffe in nichtleitenden Kunststoffen oder Lacken in der Elektrotechnik, oder als schnelle Hilfe in Form von nichtleitenden Antistatika zum Aufsprühen.

Die Wirkung solcher Antistatik-Sprays beruht auf Tensiden, also seifenartigen Molekülen, die das Abfliessen von elektrischen Ladungen aus einer nichtleitenden Oberfläche in einen leitenden Wasserfilm fördern sollen. Das funktioniert jedoch nur bei ausreichender Luftfeuchtigkeit und bis die Tensidschicht abgerieben wird.

Trotzdem wird eine Vielzahl von Sprays gegen Staub verkauft und im Netz finden sich viele Rezepturen für Antistatik-Spray zum Selbermachen. Neben Wasser enthalten diese DIY-Produkte in der Regel Flüssigseife (mit Tensiden), Essig (Säure mit Eigengeruch und wenig Tensid-Eigenschaften, die gegenüber manchen Oberflächen aggressiv sein kann), Olivenöl (das ranzig werden kann und die Wirksamkeit der Seife aufhebt) sowie ätherische Öle (als – unter Umständen allergieauslösende – Duftstoffe bzw. zur Überdeckung des Essiggeruchs).

Fazit

Aus meiner persönlichen Sicht ist der eingeschränkte Nutzen von Antistatik-Spray den Aufwand (und das Risiko einer Beeinträchtigung der behandelten Oberflächen) nicht wert. Da wische ich lieber regelmässig Staub – mit einem feuchten Lappen oder Schwamm, sodass ich möglichst wenig davon wieder aufwirbele. So kann ich den Staub ebenso regelmässig ganz aus den Räumen entfernen. Denn so lange er sich nicht absetzt, erscheint mir das kaum möglich.

An der Wirksamkeit von gängigen DIY-Antistatik-Sprays wage ich aus Chemikersicht zu zweifeln. Deshalb gibt es hier auch kein eigenes Rezept. Insbesondere dann, wenn Seife (die ja eigentlich auf Wirksamkeit hoffen lässt) darin auf Speiseöl trifft. Aber auch Chemiker sind nicht perfekt. Vielleicht habe ich ja etwas übersehen?

Dann freue ich mich auf eure Hinweise und Erfahrungen in den Kommentaren und die Möglichkeit, diesen Artikel ggfs. zu überarbeiten.

Experimente für zu Hause - und ihr müsst nichts dafür einkaufen!

Seit gestern beschert der Coronavirus auch uns hier in der Schweiz den absoluten Ausnahmezustand: Die Schulen sind geschlossen, Reto schafft wie Tausende andere im Home-Office, ich plane Online-Lektionen für meine Nachhilfeschüler und seit letzter Nacht um 00:00 sind nur noch für die Grundversorgung nötige Geschäfte geöffnet. Und gestern Abend hat Bundespräsidentin Sommaruga an uns appelliert: Wir sollen nach Möglichkeit zu Hause bleiben. Und das bei dem schönen Wetter – wo es endlich Frühling wird.

Bevor ihr nun aber den totalen Lagerkoller bekommt, gibt es ganz viel Spannendes zu erforschen und (auch ohne Schule) eine ganze Menge dabei zu lernen. In Keinsteins Kiste findet ihr zahlreiche Beispiele – aber damit ihr nicht zu lange suchen müsst, habe ich euch hier die besten Experimente für zu Hause zusammengestellt.

Was ihr für die folgenden Experimente braucht, ist in praktisch jedem Haushalt vorhanden, sodass ihr nicht extra dafür raus und einkaufen müsst. Viele gezeigte Hilfsmittel lassen sich auch durch andere, ähnliche Dinge ersetzen, sollte das von mir Verwendete gerade nicht im Haus sein. Was hingegen gar nicht fehlen darf, erfahrt ihr bei jedem einzelnen Experiment.

1. Eis schneiden

Experiment für Kinder: Eis schneiden

Kann man einen Eiswürfel durchschneiden? Und das nur mit Hilfe der Schwerkraft? Ja und nein! Was hinter dieser vagen Antwort steckt, könnt ihr selbst ausprobieren. Und dabei eine ganz besondere Fähigkeit des Wassers kennenlernen, die uns beispielsweise das Schlittschuhlaufen ermöglicht. Was ihr dazu unbedingt braucht: Gefrierfach! –> Zum Experiment

2. Die Challenge mit der Münzenwippe

Experiment mit Wasser : Die Münzwippe

Wie viele Münzen könnt ihr auf die selbstgebaute Wippe stapeln, die nur von den Superkräften von Wasser und Luft gehalten wird? Lernt dabei, was Adhäsion ist und was diese Kraft gemeinsam mit dem Luftdruck leisten kann. Was ihr dazu unbedingt braucht: Tetrapak oder andere wasserfest beschichtete Pappe –> Zum Experiment

3. Farbkreis mit wandernden Farben

Farbkreis mit wandernden Farben

DAS Experiment für die Toilettenpapier-Hamsterer! Papierservietten oder Küchentücher eignen sich aber mindestens ebenso gut. Beobachtet, wie die drei Grundfarben durch das Papier wandern – gegen die Schwerkraft! – und sie schliesslich zu neuen Farben vereinen. Lernt dabei den Kapillareffekt kennen oder/und erlebt die Grundlagen der Farbenlehre. Was ihr dazu unbedingt braucht: Wasserlösliche Lebensmittelfarben –> Zum Experiment

4. Das Rätsel um den Eiswürfelkran

Rätsel-Experiment für Kinder: Womit funktioniert der Eiswürfel-Kran?

Bei diesem Experiment ist Ausprobieren gefragt, um das Rätsel zu lösen: Womit kann man einen Bindfaden so an einem Eiswürfel befestigen, dass dieser sich aus dem Wasserglas heben lässt? Je mehr mögliche “magische Substanzen” ihr bereitstellt, desto länger sind die Kinder mit Ausprobieren beschäftigt! Was ihr dazu unbedingt braucht: Kochsalz (Speisesalz oder Streusalz – denn damit geht’s), Gefrierfach –> Zum Experiment

5. Regen im Glas

Wetter-Experiment: Regen machen im Glas

Der April rückt näher und damit auch die Zeit der Wetterkapriolen. Damit ihr aber auch im Fall einer Ausgangssperre nicht auf Wettererlebnisse verzichten müsst, könnt ihr zu Hause euer eigenes Wetter machen – zum Beispiel Regen. Und dabei lernt ihr gleich noch etwas über Verdunstung, Kondensation und den Wasserkreislauf! Was ihr dazu unbedingt braucht: Gefrierfach –> Zum Experiment

6. Blitze selber machen

Experimente mit Elektrostatik: Blitze selber machen!

Und wenn euch mehr nach Gewitter ist (im Kleinen, versteht sich), könnt ihr auch eure eigenen Blitze machen. Oder einen Luftballon reiben, bis euch die Haare zu Berge stehen! So oder so könnt ihr elektrische Aufladung und Entladung erleben – auf ganz ungefährliche Weise.  Was ihr für die Blitze unbedingt braucht: Aluminium-Schale, Styropor –> Zum Experiment

Wie ein richtiges Gewitter entsteht und was eigentlich Blitze sind, erfahrt ihr übrigens hier!

7. Warum ist der Himmel blau?

Experiment: Abendrot im Milchglas

Das derzeit strahlende Frühlingswetter lässt diese Frage bestimmt irgendwann aufkommen. Mit diesem Experiment könnt ihr die Antwort gemeinsam ergründen: Lichtstreuung und der richtige Blickwinkel sorgen für das Farbenspiel am Himmel – ebenso für Schönwetterblau wie auch für Morgen- und Abendrot! Was ihr unbedingt dafür braucht: handliche Lampe (Taschenlampe, Handylampe,…), etwas Milch, einen sehr dunklen Raum –> Zum Experiment

8. Carotin-Farbstoffe ausschütteln

Experiment: Carotin - Farbstoffe ausschütteln - Von Stoffteilchen und ihren Vorlieben

Verschiedene Stoffe haben unterschiedliche Vorlieben. Manche mögen Wasser, manche lieber fettige Stoffe. Diesen Umstand könnt ihr nutzen, um bestimmte Stoffe aus einem Gemisch herauszulösen. Zum Beispiel die rote Farbe aus Tomatenketchup oder -pürree! Dieser Trick wird übrigens auch im richtigen Chemie-Labor verwendet. Was ihr dazu unbedingt braucht: Tomatenpürree (Tomatenmark) oder Ketchup –> Zum Experiment

9. Harry Potter-Zauber mit Oberflächenspannung

Experimente Zauber mit Oberflächenspannung

Ihr möchtet eure Familienmitglieder verblüffen? Oder/Und etwas über die Oberflächenspannung und die Superkraft von Seife lernen? Dann sind diese beiden superschnellen und einfachen Experimente etwas für euch! Und falls ihr keinen Zauberstab zur Hand habt: Richtige Zauberer bringen ihre Magie auch mit der Fingerspitze fertig! Was ihr dazu unbedingt braucht: Handspülmittel oder Flüssigseife –> Zum Experiment

10. Eis wächst!

gefrorenes Wasser : Das Glas wird voller

Warum sollte man verschlossene Glasflaschen nicht ins Gefrierfach legen? Und warum schwimmen Eisberge (und Eiswürfel) eigentlich auf flüssigem Wasser? Lernt die Dichteanomalie des Wassers kennen, die dafür verantwortlich ist, dass Wasser beim Gefrieren tatsächlich wächst! Was ihr dazu unbedingt braucht: Gefrierfach –> Zum Experiment

11. Papierchromatographie mit Filzstiften

DIY-Experiment: Entdecke verborgene Farben!

Noch eine Verwendungsmöglichkeit für Toilettenpapier (auch ihr tun weisse Papierservietten, Küchentücher oder Filterpapier den gleichen Dienst): Ergründet ein spannendes Geheimnis eurer Filzstifte: In einem Stift ist nämlich längst nicht immer nur eine Farbe drin. Besonders schwarze Stifte bergen eine ziemliche Überraschung! Lüften könnt ihr das Geheimnis mit Hilfe des Kapillareffekts, der auch für die wandernden Farben weiter oben verantwortlich ist. Was ihr dazu unbedingt braucht: Wasserlösliche Filzstifte (Meine Empfehlung: Schwarze Fineliner der Marke “Stabilo”) –> Zum Experiment

Wenn ihr mit “wasserfesten” Stiften experimentieren möchtet, braucht ihr Alkohol (Brennsprit/Spiritus) oder Aceton (z.B. Nagellackentferner) als Lösungsmittel. Beide riechen streng und sind leicht entzündlich, weshalb sie sich nicht zum Experimentieren mit kleineren Kindern eignen. Für wasserlösliche Filzstifte genügt hingegen Wasser, sodass alle mitmachen können!

12. Die DIY-“Lavalampe”

Lavalampe im Glas

In den 1970er-Jahren und später noch einmal in den 1990ern waren Lavalampen der letzte Schrei in Sachen Inneneinrichtung. Die Geräte von damals funktionierten mit elektrischer Heizung und wachsartigen Stoffen – und lassen sich nicht so einfach nachbauen. Die geheimnisvoll auf- und absteigenden Blasen lassen sich aber auf ganz simple Weise nachstellen, sodass ihr mit diesem Experiment etwas zur Dichte von Stoffgemischen lernen könnt. Was ihr unbedingt dazu braucht: Speiseöl, Kochsalz (Speisesalz oder Streusalz) –> Zum Experiment

13. Harry Potter-Zauber: Der krumme Wasserstrahl

Wasser ist spooky: Ein Zaubertrick für Gross und Klein

Noch einmal könnt ihr zum Zauberstab greifen – der sollte dieses Mal aber unbedingt aus Kunststoff bestehen. Mit etwas elektrostatischem Hokuspokus könnt ihr damit nämlich einen Wasserstrahl ganz einfach krümmen – und dabei etwas über den Aufbau von Wassermolekülen und ihre gegenseitige Anziehung lernen! Was ihr ausserdem unbedingt dazu braucht: Fliessendes Wasser, Wollkleidung –> Zum Experiment

In Keinsteins Kiste findet ihr übrigens noch viele weitere Experimente und spannenden Lesestoff zu Alltagsthemen rund um Chemie und Co. Ganz aktuell zum Beispiel zum Sinn und Nicht-Sinn von (Hände-)Desinfektionsmitteln im eigenen Haushalt.

Ich wünsche euch ganz viel Spass beim Stöbern und Experimentieren – und bleibt gesund!

Eure Kathi Keinstein