Recycling des Unverwertbaren
Forscher finden einen Weg zur Rückgewinnung von Materialien aus Epoxidharzen und Verbundwerkstoffen
Epoxidharze sind Beschichtungen und Klebstoffe, die in einem breiten Spektrum von bekannten Anwendungen wie Bauwesen, Maschinenbau und Fertigung eingesetzt werden. Allerdings ist es oft schwierig, sie zu recyceln oder verantwortungsvoll zu entsorgen. Ein Forscherteam, u. a. von der Universität Tokio, hat erstmals eine Methode entwickelt, mit der sich Materialien aus einer Reihe von Epoxidprodukten durch den Einsatz eines neuartigen festen Katalysators effizient für die Wiederverwendung zurückgewinnen lassen.
Dieses Bild eines Rasterelektronenmikroskops zeigt die Qualität der aus dem Zersetzungsprozess gewonnenen Kohlenstofffasern.
©2025 Jin et al. CC-BY-ND
Während Sie dies lesen, sind Sie mit großer Wahrscheinlichkeit von Epoxidverbindungen umgeben. Sie werden in elektronischen Geräten aufgrund ihrer isolierenden Eigenschaften verwendet, in Kleidungsstücken wie Schuhen aufgrund ihrer Bindeeigenschaften und ihrer physikalischen Robustheit, im Bauwesen aus demselben Grund und sogar in Flugzeugkarosserien und Windturbinenflügeln aufgrund ihrer Fähigkeit, starke Materialien wie Kohlenstoff- oder Glasfasern zu enthalten. Die Bedeutung von Epoxidprodukten in der modernen Welt kann gar nicht hoch genug eingeschätzt werden. Doch bei all ihren Verwendungsmöglichkeiten haben sie unweigerlich auch eine Kehrseite: Epoxidverbindungen sind im Wesentlichen Kunststoffe und erweisen sich nach ihrer Verwendung oder am Ende der Lebensdauer eines epoxidhaltigen Produkts als schwierig zu entsorgen.
"Um beispielsweise faserverstärkte Kunststoffe, wie sie in Flugzeugteilen verwendet werden, zu zersetzen, braucht man hohe Temperaturen von über 500 Grad Celsius oder starke Säuren oder Basen. Das kostet Energie, und die harten Bedingungen können die Fasern und die Dinge, die man zurückgewinnen will, beschädigen", sagt Associate Professor Xiongjie Jin von der Universität Tokio. "Um dieses Problem zu lösen, ist ein relativ neues Verfahren, die katalytische Hydrogenolyse, vielversprechend, aber die vorhandenen Katalysatoren sind nicht wiederverwendbar, da sie sich in dem Lösungsmittel auflösen, in dem die Epoxidzersetzung stattfindet. Deshalb haben wir einen neuen festen Katalysator entwickelt, der leicht wiedergewonnen und wiederverwendet werden kann".
Jin und Professor Kyoko Nozaki, beide vom Fachbereich Chemie und Biotechnologie, und ihr Team entwickelten einen effizienten und robusten Katalysator für die Zersetzung von Epoxidverbindungen in Kohlenstofffasern, Glasfasern und Phenolverbindungen, die wichtige Rohstoffe in der chemischen Industrie sind. Der Katalysator wird als bimetallisch bezeichnet, da er zwei Metalle, Nickel und Palladium, verwendet, die auf Ceroxid aufgebracht sind und zusammenarbeiten, um die Reaktionen zwischen Epoxidharzen und Wasserstoffgas zu vermitteln. Obwohl die Reaktionstemperatur bei etwa 180 Grad Celsius liegen muss, ist der Energiebedarf weitaus geringer als bei 500 Grad Celsius, und die niedrigeren Temperaturen bedeuten, dass wiedergewonnene Materialien wiederverwendet werden können.
"Wir waren erfreut über die experimentellen Ergebnisse, die unseren Erwartungen hinsichtlich der Funktionsweise dieses Prozesses entsprachen, aber wir waren angenehm überrascht, als wir feststellten, dass der Katalysator mindestens fünfmal wiederverwendet werden kann, ohne dass seine Leistung nachlässt", so Jin. "Da unser Katalysator effektiv Kohlenstoff-Sauerstoff-Bindungen spaltet, könnte er, wenn er modifiziert wird, auch mit anderen Kunststoffen funktionieren, da diese ebenfalls solche Bindungen enthalten.
Das Team möchte nun nach Möglichkeiten suchen, seine Methoden und Materialien zu verbessern, da es noch einiger Entwicklung bedarf, um ihn zu einer kommerziell nutzbaren Option zu machen.
"Obwohl unser Katalysator keine so hohen Temperaturen benötigt, sind die Umweltauswirkungen des von uns derzeit verwendeten Lösungsmittels noch verbesserungsfähig", so Nozaki. "Wir würden auch gerne die Kosten senken, indem wir einen Katalysator finden, der kein Edelmetall wie Palladium enthält. Es könnte auch möglich sein, die Palette der Materialien zu erweitern, die aus verschiedenen Epoxidverbindungen zurückgewonnen werden können, um die Umweltbelastung durch diese unglaublich vielseitigen und nützlichen Kunststoffe zu verringern."
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