Die Geschichte der Materialien: Von Steinwerkzeugen bis zu modernen Kunststoffen

Die Evolution der Werkzeuge und Materialien

Die ersten Werkzeuge: Von Stein zu Knochen

Ein Werkzeug ist jedes Gerät, das geeignet ist, die Intensität und Energieeffizienz der menschlichen Arbeit zu steigern.

Die Entwicklung der Steinwerkzeuge

• Einfache Steine: Genutzt von Australopithecus
• Bearbeitete Steine: (Chopper, Abschläge) – Entwickelt vom Homo habilis
• Beidseitig bearbeitete Steine: (Faustkeile) – Verwendet vom Homo erectus

Die Werkzeugrevolution des Homo sapiens

Der Homo sapiens begann eine Revolution in der Geschichte des Werkzeugbaus. Er schuf spezialisierte Werkzeuge wie Nadeln, Speere, Harpunen und Schaber. Diese wurden aus einer Vielzahl von Materialien gefertigt, darunter Knochen, Holz, Bernstein und andere.

Das Zeitalter der Metalle

Die Entdeckung der ersten Metalle

Vor etwa 12.000 Jahren wurden zufällig Steine im Feuer entdeckt, die Metalle enthielten. So wurden die ersten Metalle gewonnen: Kupfer, Zinn und Silber. Diese frühen Metalle waren jedoch weich und verbogen oder brachen leicht.

Bronze, Eisen und Stahl

• Bronze: Um 3000 v. Chr. erschienen in Anatolien die ersten Gegenstände aus Bronze (einer Legierung aus Kupfer und Zinn).
• Eisen: Um 2000 v. Chr. verwendeten die Hethiter Eisen zur Herstellung von Waffen. Eisen war härter und widerstandsfähiger als Bronze, erforderte aber höhere Temperaturen zum Schmelzen.
• Stahl: Später wurde Stahl durch das Mischen von Eisen mit Kohlenstoff gewonnen. Dieses Material war flexibler und noch widerstandsfähiger.

Mit der Entwicklung der Metallverarbeitung entstanden Schmieden und das Handwerk des Schmieds.

Gesellschaftliche Auswirkungen und Aluminium

Die Entdeckung von Bronze und Eisen führte zu einer immer komplexeren und spezialisierteren Gesellschaft. Beispiele hierfür sind die Entstehung neuer Imperien und die spätere Industrielle Revolution.

Anfang des 19. Jahrhunderts wurde Aluminium entdeckt, ein weiteres wichtiges Metall.

Das Zeitalter der Kunststoffe

Definition und Bedeutung

Anthropologen haben die Steinzeit, Bronzezeit und Eisenzeit definiert. In der heutigen Zeit leben wir im Zeitalter der Kunststoffe, da viele Gegenstände des täglichen Lebens aus Kunststoff bestehen (z. B. Kleidung, Möbel, Gebrauchsgegenstände).

Die Entdeckung von Kunststoffen ist das Ergebnis der Bemühungen Tausender von Wissenschaftlern und Ingenieuren, alte Materialien zu ersetzen und neue Bedürfnisse zu decken.

Herausforderungen der Kunststoffära

Negative Auswirkungen der Kunststoffproduktion sind die Abhängigkeit von Erdöl als Rohstoff und die Herausforderungen der Abfallwirtschaft.

Polymere: Die Bausteine der Kunststoffe

Was sind Polymere?

Ein Polymer ist ein sehr langes Molekül, das aus der Vereinigung von elementaren Einheiten, den sogenannten Monomeren, besteht.

Kunststoffe sind synthetische Polymere, die hauptsächlich aus Elementen wie Kohlenstoff (C), Wasserstoff (H), Sauerstoff (O), Stickstoff (N), Phosphor (P), Schwefel (S), Chlor (Cl) und Fluor (F) bestehen.

Arten von Polymeren

• Natürliche Polymere: Entstehen durch biologische Prozesse. (Vgl. Tabelle 9.3)
  • Beispiele: Keratin, Chitin, Wachse und Harze
• Künstliche Polymere: Entstehen durch Transformationsprozesse.
  • Beispiel: Gummi (Naturkautschuk)
• Synthetische Polymere: Entstehen durch industrielle Prozesse.
  • Beispiel: Kunststoffe

Die Entwicklung der Kunststoffe

Von Naturkautschuk zu Zelluloid

• Naturkautschuk (Gummi): Vor der Eroberung Amerikas wurde in Brasilien Latex von Bäumen gewonnen und zu Kugeln verarbeitet. Europäische Siedler nutzten Gummi später zum Radieren.
• Vulkanisierter Kautschuk: Im Jahr 1839 erhitzte Charles Goodyear Kautschuk mit Schwefel und gewann so vulkanisierten Kautschuk oder Hartgummi. Dieses harte, elastische und dauerhafte Material wurde zur Herstellung von Reifen und anderen Gegenständen verwendet.
• Parkesine und Zelluloid: Im Jahr 1864 schuf Alexander Parkes Parkesine (aus Zellulose und Salpetersäure). Ein Jahr später verbesserte und patentierte John Wesley Hyatt die Formel als Zelluloid (verwendet für Billardkugeln, Tischtennisbälle, Kämme, Spielzeug und Film).
• Kunstseide und Zellophan: Um 1905 führte die Weiterentwicklung von Zelluloid zur Kunstseide und zu Zellophan (transparente Folie).

Die Ära der synthetischen Kunststoffe

• Bakelit: Im Jahr 1907 erschien Bakelit, der erste vollsynthetische Kunststoff.

Der Lebenszyklus von Objekten

Definition und Phasen

Der Lebenszyklus eines Objekts oder Materials beschreibt seinen Weg von der Entstehung bis zur Entsorgung als Abfall.

Jede Phase umfasst Inputs (Ressourcen) und Outputs (Ergebnisse wie Abfall sowie ökologische oder soziale Auswirkungen).

Kostenbetrachtung im Lebenszyklus

Bei der Betrachtung eines Produkts werden interne Kosten (Produktion und Vertrieb) und externe Kosten (z. B. Gasproduktion, Luftverschmutzung, Abfall) berücksichtigt.