Von Bowlingkugeln bis zu Hüftgelenken: Chemiker entwickeln recycelbare Alternative zu langlebigen Kunststoffen
"Wir haben 100 Jahre lang versucht, Polymere herzustellen, die ewig halten, und wir haben erkannt, dass das eigentlich nicht gut ist"
Forscher der Cornell University haben eine recycelbare Alternative zu einer langlebigen Kunststoffklasse entwickelt, die für Gegenstände wie Autoreifen, Ersatzhüftgelenke und Bowlingkugeln verwendet wird.
Diese als Duroplaste bekannten Kunststoffe zeichnen sich durch eine "vernetzte Polymerstruktur" aus, die Langlebigkeit garantiert, aber auch dazu geführt hat, dass diese Materialien auf petrochemischer Basis - die 15-20 % aller produzierten Polymere ausmachen - nicht recycelt werden können.
"Derzeit werden weltweit null Prozent der duroplastischen Materialien recycelt - sie werden entweder verbrannt oder auf Mülldeponien entsorgt", so Brett Fors, Professor für Chemie und chemische Biologie an der Cornell University.
Das Fors-Labor hat sich dieser ökologischen Herausforderung gestellt, indem es eine Alternative aus einem biologisch hergestellten Material entwickelt hat, das die Haltbarkeit und Formbarkeit von vernetzten Duroplasten aufweist, aber leicht recycelt und abgebaut werden kann.
"Der gesamte Prozess, von der Herstellung bis zur Wiederverwendung, ist umweltfreundlicher als die derzeitigen Materialien", so Reagan Dreiling, Doktorand im Fachbereich Chemie und Erstautor der in Nature veröffentlichten Arbeit.
Die Fors-Gruppe untersucht Dihydrofuran (DHF), ein Monomer - oder chemischer Baustein -, das aus biologischen Materialien hergestellt werden kann und das Potenzial hat, irgendwann mit erdölbasierten Rohstoffen zu konkurrieren.
Dreiling verwendete DHF, ein kreisförmiges Monomer mit einer Doppelbindung, als Baustein für zwei aufeinander folgende Polymerisationen, von denen die zweite zu einem vernetzten Polymer führt, das durch Erhitzen recycelt werden kann und sich in der Umwelt natürlich abbaut.
DHF-Duroplaste weisen vergleichbare Eigenschaften wie handelsübliche Duroplaste auf, darunter Polyurethan hoher Dichte (das z. B. in elektronischen Instrumenten, Verpackungen und Schuhen verwendet wird) und Ethylen-Propylen-Kautschuk (der in Gartenschläuchen und Autodichtungen zum Einsatz kommt).
Im Gegensatz zu den derzeitigen petrochemischen Duroplasten bieten die DHF-basierten Materialien eine Kreislaufwirtschaft, so Fors. Da das Material chemisch recycelbar ist, kann es in seinen Grundbaustein, das Monomer, zurückverwandelt und von Grund auf neu verwendet werden. Und wenn ein Teil des Materials unvermeidlich in die Umwelt entweicht, werden diese Materialien im Laufe der Zeit zu unschädlichen Komponenten abgebaut.
Die Forscher arbeiten an Anwendungen, die das DHF-basierte Material für den 3D-Druck nutzbar machen. Sie experimentieren auch damit, die Eigenschaften mit zusätzlichen Monomeren zu erweitern.
"Wir haben 100 Jahre lang versucht, Polymere herzustellen, die ewig halten, und wir haben erkannt, dass das eigentlich nicht gut ist", sagte Fors. "Jetzt stellen wir Polymere her, die nicht ewig halten, sondern sich in der Umwelt abbauen können."
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