Neue Methode zur Verstärkung von PVC-Produkten
Neue Methode könnte weniger Mikroplastikverschmutzung bedeuten
Forscher haben eine Methode entwickelt, um eine Art von Kunststoff haltbarer zu machen und die Wahrscheinlichkeit zu verringern, dass er gefährliches Mikroplastik abgibt. Im Rahmen der Studie wurde ein sicherer Weg gefunden, chemische Zusätze an Polyvinylchlorid (PVC) anzubringen. PVC-Kunststoffe finden sich in allen möglichen Bereichen, von Spielzeug über Baubedarf bis hin zu medizinischen Verpackungen, und stehen derzeit an dritter Stelle der weltweit am häufigsten verwendeten Kunststoffe. Trotz seiner weiten Verbreitung ist reines PVC spröde und hitzeempfindlich, und die Hersteller können es nur verwenden, wenn sie seine Eigenschaften mit anderen Chemikalien stabilisieren.
Diese Additive oder Weichmacher sind jedoch nur eine kurzfristige Lösung zur Stabilisierung von PVC. Im Laufe der Zeit lösen sich die Weichmacher aus den Kunststoffen, wodurch das Material in potenziell gefährliche organische Stoffe und Mikroplastik zerfällt. Nun hat ein Team unter der Leitung von Christo Sevov, dem Hauptautor der Studie und außerordentlichen Professor für Chemie und Biochemie an der Ohio State University, herausgefunden, dass die Verwendung von Elektrizität zur dauerhaften Fixierung dieser chemischen Zusätze solche unerwünschten Reaktionen verhindern kann.
"Anstatt diese Chemikalien einzumischen, werden bei unserer Methode die Weichmacherverbindungen chemisch direkt an das PVC gebunden, indem sie auf das Rückgrat des Polymers aufgepfropft werden", so Sevov.
Durch diese Veränderung der PVC-Moleküle werden diese haltbarer und widerstandsfähiger gegen chemische Veränderungen, was schließlich zu Materialien mit robusteren Eigenschaften führt.
"Dies ist wirklich eines der wenigen Beispiele, bei denen wir die Eigenschaften von PVC so gut kontrollieren können", so Sevov. "Dies ist also der erste Schritt zur kontrollierten Veränderung von PVC, um ihm die gewünschten Eigenschaften zu verleihen, egal ob es hart, dehnbar oder weich ist.
Das Team stieß auf einige Herausforderungen: Die Modifizierung synthetischer Polymere scheitert häufig daran, dass die Reaktionen ursprünglich für kleinmolekulare Analoga entwickelt wurden, nicht für großmolekulare Analoga wie reines PVC. Um dieses Problem zu lösen, optimierten die Forscher den Katalysator, den sie in ihrem Prozess verwendeten, und konnten durch Versuch und Irrtum die Probleme überwinden, die bei der Bearbeitung großer Moleküle auftreten.
Neben den Fortschritten in der organischen Chemie hat die Arbeit des Teams auch Auswirkungen auf die Umwelt, da eine Begrenzung der Abbaugeschwindigkeit von Kunststoffen die Freisetzung von Mikroplastik - winzigen Plastikteilchen - in unsere Umwelt erheblich eindämmen kann.
Heute wissen die Wissenschaftler, dass diese Partikel, die nachweislich die Luft, das Wasser und unsere Nahrungsmittelversorgung verschmutzen, sowohl für Menschen als auch für Wildtiere schädlich sind. Der durchschnittliche Mensch nimmt wahrscheinlich jedes Jahr zwischen 78 000 und 211 000 dieser Partikel auf.
Da die Experten jedoch allmählich die langfristigen Auswirkungen von Mikroplastik auf die Erde verstehen, suchen organische Chemiker händeringend nach Möglichkeiten, sie aus dem täglichen Leben zu verbannen, so Sevov.
"Viele Chemiker verlagern ihre Bemühungen auf die Untersuchung großer Moleküle und die Entwicklung neuer chemischer Verfahren für Upcycling, Recycling und die Modifizierung bekannter Polymere", sagte er. Der Versuch, PVC-Produkte zu recyceln, kann beispielsweise aufgrund der hohen Temperaturen, die für die Umwandlung von Kunststoff in etwas anderes erforderlich sind, zu einer weiteren Verschlechterung des Materials führen, so dass der Prozess nicht sehr effizient ist.
Mit Sevovs Methode kann man das Material jedoch viel öfter wiederverwenden, bevor es wirklich zerfällt, was seine Lebensdauer und Wiederverwendbarkeit verbessert", sagte er.
In Zukunft wird es mehr Kontrolle darüber geben, welche Materialien für die Verbraucher sicher sind, sobald die Bemühungen zur Behebung von PVC-Leckagen zuverlässig ausgeweitet werden können.
"Es gibt keinen besseren Weg, dies in dem Umfang zu tun, den man für eine kommerzielle PVC-Veränderung bräuchte, weil es ein immenser Prozess ist", sagte Sevov. "Es gibt noch viel zu tun, bevor wir das Mikroplastikproblem lösen können, aber wir haben jetzt die Grundlagen dafür geschaffen."
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