Neues Upcycling-System für kommerzielle Polyester
Mit allgemein verfügbaren Materialien und einem einfachen Misch- und Erhitzungsverfahren können Polyester in hochgradig recycelbare, hochwertige Materialien umgewandelt werden
Kunststoffe oder synthetische Polymere haben zwar viele nützliche Eigenschaften, aber ihre falsche Verwendung hat zu einer weit verbreiteten Verschmutzung geführt, die unsere Ökosysteme erstickt. Als Lösung für dieses Problem werden viele synthetische Polymere der Wiederaufbereitung und dem Recycling zugeführt; Polyethylenterephthalat (PET) ist eines der gängigsten Produkte, das in vielen Ländern häufig dem Recyclingkreislauf zugeführt wird. Das Recycling bringt jedoch eine Reihe von Problemen mit sich. Beim Kunststoffrecycling werden Teile der Polymerketten abgebaut, was zu strukturell schwachen, minderwertigen Polymeren führt. Diese minderwertigen recycelten Kunststoffe haben deutlich schlechtere Eigenschaften und eignen sich nur als feste Brennstoffe. Damit bleibt den Herstellern kaum eine andere Wahl, als neue Kunststoffprodukte aus schnell erschöpfenden Erdölrohstoffen herzustellen.
Wissenschaftler haben ein einmaliges Verfahren entwickelt, um handelsübliche polymere Kunststoffe wie Polyester in hochfunktionelle Materialien, so genannte "Vitrimere", umzuwandeln, die leicht zu nützlichen Produkten recycelt werden können und gleichzeitig die verbesserten thermomechanischen Eigenschaften des ursprünglichen Polymers beibehalten.
Dr. Mikihiro Hayashi and Nagoya Institute of Technology, Japan
Daher arbeiten Forscher auf der ganzen Welt an der Entwicklung nachhaltiger vernetzter Polymermaterialien, die effizient und kostengünstig recycelt werden können. Dr. Mikihiro Hayashi, Assistenzprofessor am Nagoya Institute of Technology in Japan, und sein Kollege Takahiro Kimura haben ein einfaches Verfahren entwickelt, um Polyester, einen weit verbreiteten Kunststoff, zu einem vernetzten Polymer zu recyceln, das seine Festigkeit und Eigenschaften beim Recycling beibehält. Bei ihrer Methode geht es darum, Polyester in Vitrimere umzuwandeln - eine neue Klasse von Polymeren mit dynamischen kovalenten Bindungen, die reversibel brechen und sich neu bilden können, um neue Vernetzungen zu schaffen. Die dynamischen kovalenten Bindungen verleihen den Vitrimeren wünschenswerte Eigenschaften wie Recyclingfähigkeit, Wiederverarbeitbarkeit und Heilungsfähigkeit, die Merkmale hochwertiger Funktionsmaterialien sind. Die Studie wurde am 1. August 2022 im Journal of Materials Chemistry A veröffentlicht .
Dr. Hayashi sagt über ihre Studie: "Unsere Forschung zeigt einen einmaligen Upcycling-Prozess von handelsüblichen Polyestern zu vernetzten Vitrimern mit verbesserten thermomechanischen Eigenschaften und nachhaltigen Funktionen." Er und sein Kollege stellten die Vitrimere her, indem sie einfach Polyester mit einem Vernetzungsmolekül - Tetra-Epoxy - und der chemischen Verbindung 1,8-Diazabicyclo[5.4.0]undec-7-en (DBU) als Katalysator in Gegenwart von Tetrahydrofuran als Lösungsmittel mischten. Das Lösungsmittel wurde später verdampft, und das verbleibende Gemisch wurde 24 Stunden lang bei 200 °C erhitzt, wobei ein Vitrimerfilm entstand.
Bei dieser Methode erfolgt die Vernetzung zur Herstellung von Vitrimer in drei schnell aufeinander folgenden Schritten: Hydrolyse (Aufbrechen der Polyesterbindungen), Epoxid-Öffnungsreaktion und intermolekulare Umesterung. Zu den überlegenen mechano-elastischen Eigenschaften der hergestellten Vitrimere sagt Dr. Hayashi: "Das hochvernetzte und recycelbare Vitrimer weist im Vergleich zum ursprünglichen Polyester einen 60-fachen Anstieg des Zugmoduls bzw. des Elastizitätsmoduls und einen 10-fachen Anstieg der maximal ertragbaren Spannung auf. Außerdem weist es einen Gelanteil von nahezu 100 % auf. Darüber hinaus wurde beobachtet, dass der Vitrimer seine Eigenschaften auch dann beibehält, wenn er zerkleinert und zu einer flachen Platte gepresst wird, was seine Wiederverwertbarkeit unterstreicht.
Kunststoffe sind wichtige Materialien mit vielen Vorteilen und nützlichen Eigenschaften, da sie leicht, billig, ungiftig und einfach herzustellen sind. Gleichzeitig ist es jedoch notwendig, die Umweltschäden, die sie verursachen, anzuerkennen und zu begrenzen. Die Verbesserung der Recyclingfähigkeit von Kunststoffpolymeren wird Recyclingprogramme fördern und den Einsatz von Erdöl, einer nicht erneuerbaren Ressource, verringern. Wie Dr. Hayashi richtig bemerkt, "braucht die Welt vielseitige Möglichkeiten für das Recycling synthetischer Polymere. Die von uns vorgeschlagene Methode wird nicht nur die Verwendung von aus Erdöl gewonnenen Chemikalien überflüssig machen, sondern könnte auch der erste Schritt zu einem praktischen und nachhaltigen Upcycling-System für die Zukunft sein, das den Prinzipien der Kreislaufwirtschaft entspricht und zur Verwirklichung der SDGs beiträgt."
Als weiteren Schritt planen die Forscher nun, eine direktere Umwandlung von Polyestern in Vitrimer ohne Verwendung von Lösungsmitteln zu entwickeln, und prüfen auch, ob ihre Methode zur Umwandlung von handelsüblichem PET in andere hochgradig recycelbare Materialien eingesetzt werden kann. Im Erfolgsfall könnte die entwickelte Methode zu einem geschlossenen Kreislauf der Kunststoffproduktion führen und weitere Umweltkrisen, die durch die übermäßige Kunststoffproduktion verursacht werden, abwenden.
Hinweis: Dieser Artikel wurde mit einem Computersystem ohne menschlichen Eingriff übersetzt. LUMITOS bietet diese automatischen Übersetzungen an, um eine größere Bandbreite an aktuellen Nachrichten zu präsentieren. Da dieser Artikel mit automatischer Übersetzung übersetzt wurde, ist es möglich, dass er Fehler im Vokabular, in der Syntax oder in der Grammatik enthält. Den ursprünglichen Artikel in Englisch finden Sie hier.
Weitere News aus dem Ressort Wissenschaft
![[Fe]-Hydrogenase-Katalyse mittels Parawasserstoff-verstärkter Kernmagnetresonanzspektroskopie sichtbar gemacht](https://img.chemie.de/Portal/News/675fd46b9b54f_sBuG8s4sS.png?tr=w-712,h-534,cm-extract,x-0,y-16:n-xl)
Diese Produkte könnten Sie interessieren
HYPERION II von Bruker
FT-IR und IR-Laser-Imaging (QCL) Mikroskop für Forschung und Entwicklung
Untersuchen Sie makroskopische Proben mit mikroskopischer Auflösung (5 µm) in sekundenschnelle
Eclipse von Wyatt Technology
FFF-MALS System zur Trennung und Charakterisierung von Makromolekülen und Nanopartikeln
Neuestes FFF-MALS-System entwickelt für höchste Benutzerfreundlichkeit, Robustheit und Datenqualität
Holen Sie sich die Chemie-Branche in Ihren Posteingang
Ab sofort nichts mehr verpassen: Unser Newsletter für die chemische Industrie, Analytik, Labor und Prozess bringt Sie jeden Dienstag und Donnerstag auf den neuesten Stand. Aktuelle Branchen-News, Produkt-Highlights und Innovationen - kompakt und verständlich in Ihrem Posteingang. Von uns recherchiert, damit Sie es nicht tun müssen.
