Chemical Industry

Die chemische Industrie steht als einer der erfolgreichsten Industriezweige ständig unter großem Innovationsdruck – u.a. bedingt durch die fortschreitende Globalisierung. Forschung und Entwicklung in den verschiedenen Sektoren der Chemie haben daher eine Schlüsselrolle inne.

Die Chemie bringt Lösungen für viele alltägliche Probleme. Wenn etwas kaputt geht, besorgen wir uns den Klebstoff, der es wieder reparieren kann. Werden wir krank, gibt es in vielen Fällen einen Wirkstoff zur Behandlung. Und wenn nicht, kann dieser entwickelt werden. Krankheiten, die vor langer Zeit als unheilbar galten, werden heute erfolgreich therapiert. Die chemische Industrie kann auf viele bestimmte Anforderungen an Materialien eingehen und Lösungen für verschiedenste Problemstellungen finden.

Chemische Erzeugnisse sind unverzichtbar für große Industriezweige, wie zum Beispiel der Pharma- und Automobilindustrie, der Kunststoff-, Lebensmittel-, Agrar- und Baustoffindustrie. Dabei werden organische wie anorganische Rohstoffe benötigt.

Viele anorganische Rohstoffe, die in großen Mengen benötigt werden und nicht in der Natur zu finden sind, werden in der industriellen Chemie in Massenproduktionsanlagen kostengünstig hergestellt. Dazu zählen Basischemikalien wie z. B. Eisen, aus dem Stahl zur Herstellung von Werkzeugen und Maschinen erzeugt wird, oder Natriumcarbonat (Soda) als Reinigungsmittel.

Die chemische Herstellung von Eisen aus seinen Erzen reicht weit in die Vergangenheit zurück. Die Entdeckung von Eisen und den daraus herstellbaren Werkzeugen und Waffen ist von so hoher Bedeutung, dass Historiker diesem Zeitalter den Namen Eisenzeit gegeben haben. Während der Industriellen Revolution wuchs die Bedeutung des Eisens enorm. In modernen Hochöfen wird Eisenerz mit Kohle unter Zuhilfenahme von Luftsauerstoff in einem mehrstufigen Prozess zu Eisen reduziert.

Ein weiteres bedeutendes Verfahren ist das nach einem belgischen Chemiker benannte Solvay-Verfahren zur Herstellung von Natriumcarbonat. Aus Calciumcarbonat und Natriumchlorid wird Natriumcarbonat und Calciumchlorid hergestellt. Da die Reaktion nicht freiwillig abläuft, wird in diesem umfangreichen Kreisprozess Ammoniak – quasi als Katalysator – zugesetzt.

In der Chloralkali-Elektrolyse wird Natriumchlorid mittels Elektrolyse in Chlorgas, Natriumhydroxid und Wasserstoff aufgespalten. Da diese Produkte immer im gleichen Verhältnis entstehen, werden sie Koppelprodukte genannt.

Das Haber-Bosch-Verfahren stellte erstmals Ammoniak in großen Mengen her. Dabei wird Stickstoff aus der Luft mit Wasserstoff bei 500°C und 300 bar zur Reaktion gebracht. Bei hohem Druck ist nach dem Prinzip von Le Chatelier die Bildung von Ammoniak begünstigt (aus 4 Gasteilchen werden 2 Gasteilchen). Für das Gelingen der Reaktion ist ein Eisen-Katalysator notwendig.

N₂ + 3 H₂ → 2 NH₃

Der hierfür benötigte Wasserstoff wird in einem Synthesegas-Reaktor hergestellt. Dabei wird Methan, Hauptbestandteil von Erdgas, mit Wasser zur Reaktion gebracht, es entstehen Kohlenstoffmonoxid und Wasserstoff.

CH₄ + H₂O → CO + 3 H₂

Das Kohlenstoffmonoxid wird mit Luftsauerstoff zu CO₂ oxidiert und anschließend ausgewaschen, wodurch man reinen Wasserstoff erhält. Dieser kann zur Ammoniaksynthese verwendet werden.

Der so hergestellte Ammoniak kommt zum großen Teil im Ostwald-Verfahren zum Einsatz. Hierbei wird Ammoniak in mehreren Stufen zu Salpetersäure oxidiert.

NH₃ + 2 O₂ → HNO₃ + H₂O

Es entsteht eine etwa 60%ige Salpetersäure. Diese lässt sich unter anderem zu Nitraten und Düngemittel weiterverarbeiten.

Viele organische Rohstoffe basieren auf der Petrochemie. Erdöl und Erdgas, bestehend aus aliphatischen und aromatischen Kohlenwasserstoffen, werden in Fraktionen aufgespalten und zu einer Vielzahl an Folgeprodukten weiterverarbeitet. Diese stellen wiederum Edukte für zum Beispiel Medikamente, Kunststoffe, Tenside, Farbstoffe und Treibstoffe dar. Direkte Produkte des Steamcrack Verfahrens sind Gase wie Ethan und Ethen, zudem erhält man Isopren, Ammoniak, Essigsäure und Methanol. Einige dieser Produkte sind wichtige Monomere für die Kunststoffindustrie, z.B. für die Herstellung von Polyethylen oder Vinylacetat. Letzteres kann leicht polymerisieren und dient als Rohstoff für Papier- und Textilherstellung. Adipinsäure und Caprolactam sind Ausgangsstoffe für die Herstellung von Nylon und Perlon.

Die Petrochemie ebnete den Duftstoffen den Weg. Aufgrund der großen benötigten Substanzmengen im Bereich Flavor & Fragrance reichen natürliche Quellen nicht aus. Deshalb greift die Industrie auf künstlich hergestellte Duftstoffe zurück. Sie werden für Parfüms, Duftkerzen, Öle, Wasch- und Reinigungsmittel hergestellt. Das natürlich vorkommende Limonen konnte erstmals durch das Erhitzen von Isopren hergestellt werden. Es wird zudem durch die Extraktion aus Orangenschalen gewonnen. Beispiele für weitere natürliche Duftstoffe und Aromen aus unserem Portfolio sind Citronellol, Geraniol, Linalool und Cumarin. Ein Duft von Jasmin lässt sich durch das synthetisch hergestellte Jasmonal erzeugen. Durch Ethyl-2-naphthylether entsteht nicht nur ein Orangenblütenduft, sondern auch Erdbeergeschmack.

Öle werden darüber hinaus als Kühlmittel zum Abtransportieren von entstehender Wärme eingesetzt. Häufig werden gute elektrische Isoliereigenschaften des Kühlmittels benötigt. Spezielle organische Ester werden zu diesem Zweck eingesetzt. Sie sind im Gegensatz zu ihren Vorgängern nicht brennbar und zudem biologisch abbaubar, daher gelten sie als ungefährlich für die Umwelt.

Die chemische Industrie bedient zudem die Luftfahrttechnik. Benötigt werden neben Werkstoffen wie Silikonen und Kunststoffen wie Polyetherimide, Fein- und Spezialchemikalien für Beschichtungen und Lacke. Wir tragen zur technologischen Weiterentwicklung in der Luftfahrt bei, zum Beispiel mit Elektrodenmaterialien für die Entwicklung neuer Batterien.

Für die Baustoffindustrie werden Schmiermittel hergestellt. Sie sollen Kontaktkorrosion verhindern oder Anhaftungen ermöglichen. Ein Schmiermittel ist also vielseitig einsetzbar. Festschmiermittel sind hierbei Graphit, Molybdändisulfid sowie Flonium oder Teflon. Kühlschmiermittel sollen in Fertigungsanlagen Reibung verhindern und entstehende Wärme abführen. Kühlschmiermittel und Schmierfette bieten durch ihre Additive zudem noch Schutz vor Korrosion. Für thermisch stark belastete Fertigungen finden Graphit, Keramikpartikel und Kunststoffe ihren Einsatz.

In der Kosmetikindustrie wird unterschieden zwischen natürlichen und synthetischen Komponenten. Sie finden in Stoffgemischen für Körperpflege, Zahnpflege und Hautschutz Verwendung. Hinzu kommen Konservierungsstoffe zur Verlängerung der Haltbarkeit und für die antibakterielle Wirkung. Inhaltsstoffe wie Natriumlaktat sollen die Haut vor Austrocknung schützen. Phtalsäureester, Panthenol, Zinkoxid und Tocopherol sind zudem oft in Kosmetika, Shampoos und Conditioner zu finden. Vor allem Milchsäure trägt zur Verbesserung des Hautbildes bei.

Ebenso kommen Desinfektionsmittel ohne die chemische Industrie nicht aus. Als bakterizid wirken Oxidationsmittel, die Sauerstoff abspalten. In manchen Fällen wirkt sich diese Eigenschaft positiv auf die Bekämpfung mancher Viren aus. Für die Desinfektion von Oberflächen und Instrumenten werden Alkohole wie Ethanol und Isopropanol eingesetzt. Auch Peressigsäuren, Wasserstoffperoxid und Chloramin T werden in Medizin und Technik aufgrund ihrer hohen bakteriziden Wirkung als Desinfektionsmittel genutzt. Dank ihrer antiseptischen Wirkung kommen Produkte wie Chlorxylenol, Triclosan, Chlorhexidin und Povidon-Iod zur Desinfektion von Haut und Schleimhaut zum Einsatz.

Der Büroalltag ist ohne Chemie undenkbar. Wer drucken möchte braucht Farbe! Das feine Pulver eines Toners wird zusammengesetzt aus Kunstharz, magnetisierbaren Metalloxiden, Pigmenten, Verdünnern und anderen Hilfsstoffen und ähnelt einer Flüssigkeit. Bei Transferflüssigkeiten sind Pigmente im Farbmittel dispergiert, die eine Partikelgröße von unter 1 μm besitzen, welches die Druckqualität erheblich steigert. Während man bei den Anfängen des Drucks noch mit giftigen Schwermetallen gearbeitet hat, wurden diese längst durch Silicium und andere umweltschonendere Alternativen ersetzt.

In den Bereichen Automobilindustrie/Automotive und Medizin/Pharma erfolgt die Produktion zum Teil schon mit 3D-Druck. Mit der additiven Fertigung wird durch Materialablagerung das gewünschte Produkt schichtweise aufgebaut. Materialien hierzu können Kunststoffe aber auch Metalle sein. Dadurch stehen Prototypen schneller zur Verfügung und die Produktentwicklung wird beschleunigt. Für meist thermoplastische Kunststoffe bieten wir die Grundbausteine wie beispielsweise 4,4‘-Difluorobenzophenon, Bisphenol A, Acrylnitril und Styrol.

Es ist ersichtlich, dass die Automobilbranche einen großen Wandel durchmacht. Der Fokus wird dabei auf batteriegetriebene Elektrofahrzeuge gelenkt. Strengere Emissionsbestimmungen sowie das Umschwenken auf Leichtbauweise führen zu einem Wechsel bei den benötigten Rohstoffen. Meist sind dies Aluminiumverbindungen. Sie reduzieren das Gewicht und eignen sich für den 3D Druck.

Als weitere in der Automobilindustrie in großen Mengen benötigte Produkte sind Aktivkohle für Luftfiltersysteme und Acrylat-basierte Kunststoffe (Fensterscheiben, Fußmatten) zu nennen.

Sehr viele großtechnisch hergestellte Produkte finden Sie im abcr-Katalog in praktischen Kleinmengen für den Einsatz im Labor. Für Anwendungen in der Produktion bieten wir viele Produkte im Bulk-Maßstab an. In den meisten Fällen ist eine Verpackung nach Kundenwunsch in verschiedenste Gebinde möglich.