Neuer Kunststoff verwandelt sich beim Erhitzen in Gas - und nimmt beim Abkühlen wieder seine ursprüngliche Form an
Neuartiges Polymer könnte das Auftragen, Entfernen und Recyceln vereinfachen, da mehrere übliche Verarbeitungsschritte überflüssig werden
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Wissenschaftler der University of Surrey haben einen neuen Kunststofftyp entwickelt, der sich bei Erwärmung in ein Gas verwandelt und beim Abkühlen wieder in einen festen Zustand übergeht. Damit eröffnen sie einen neuen Ansatz für die Verarbeitung und das Recycling von Polymeren.
In einer in der Fachzeitschrift „Macromolecules“ veröffentlichten Studie stellen die Forscher ein neuartiges Polymer vor, das die Anwendung, Entfernung und das Recycling von Materialien vereinfachen könnte, indem es mehrere der heute üblichen komplexen Verarbeitungsschritte überflüssig macht.
Herkömmliche Kunststoffe wie Polyethylen, die in Alltagsprodukten wie Tragetaschen, Lebensmittelverpackungen und Shampooflaschen verwendet werden, sind schwer abbaubar und für das chemische Recycling ungeeignet. Zwar wurden bereits andere chemisch recycelbare Polymere entwickelt, doch erfordern diese in der Regel deutlich höhere Temperaturen von etwa 150–200 Grad Celsius, um sich zu zersetzen, und das zurückgewonnene Material muss oft zusätzlich chemisch aufbereitet werden, bevor es wieder zu Kunststoff verarbeitet werden kann.
Das neue Material des Teams aus Surrey ähnelt Polyethylen insofern, als es weich, unlöslich und hydrophob ist, lässt sich jedoch bereits auf 90 Grad Celsius erhitzen, woraufhin es eine effiziente Depolymerisation durchläuft – es zerfällt dabei in seine einzelnen Bausteine, die sogenannten Monomere. Im Gegensatz zu den meisten Depolymerisationsprozessen, bei denen die zurückgewonnenen Monomere flüssig sind, bildet das Material aus Surrey stattdessen ein Gas. Wenn der Dampf abkühlt, bildet er sich spontan wieder zum ursprünglichen wasserfesten Polymer mit denselben Eigenschaften wie zuvor.
Dr. Peter Roth, Dozent für Angewandte Organische und Polymerchemie an der University of Surrey und korrespondierender Autor der Studie, sagte: „Die meisten Kunststoffe sind auf Stabilität ausgelegt, was genau der Grund dafür ist, dass sie schwer zu recyceln oder zu entsorgen sind. Wir haben gezeigt, dass es möglich ist, ein Material zu entwickeln, das sich ganz anders verhält – eines, das sich bei relativ niedrigen Temperaturen in Dampf umwandeln lässt, bevor es sich auf natürliche Weise wieder zum gleichen Polymer zusammenfügt.
„Dies ist kein Ersatz für herkömmliche Kunststoffe und sicherlich keine Lösung für das globale Problem des Plastikmülls. Aber es führt ein neues Konzept ein, das eine völlig neue Generation von Kreislaufmaterialien inspirieren könnte.“
Um das Konzept zu veranschaulichen, stellte das Team aus Surrey drei mögliche Anwendungsbereiche vor.
Zunächst stellten sie wasserfeste Polymerbeschichtungen her, indem sie den Polymerdampf auf einer Oberfläche kondensieren ließen. Anschließend zeigten sie, dass sich diese Beschichtungen einfach durch erneutes Erhitzen entfernen lassen, wodurch das Polymer verdampft. Schließlich demonstrierten die Forscher, dass ein verunreinigtes Polymer durch Sublimation gereinigt werden kann, indem das Polymer von einem Modelladditiv getrennt wird, bevor es sich wieder zu einem sauberen Feststoff umwandelt.
Touseef Kazmi, Doktorand an der University of Surrey und Erstautor der Studie, sagte: „Das Spannende daran ist, dass wir ein Prinzip demonstriert haben, das bisher nicht verfügbar war. Wenn wir lernen, diese Chemie maßzuschneidern, könnte dies letztendlich zu neuen Materialien führen, die sich leichter auftragen, entfernen und recyceln lassen als viele der heutigen Kunststoffe.“
Die Arbeit liefert einen Proof-of-Concept für eine neue Klasse kreislauffähiger Materialien und könnte letztendlich neue Wege für das Auftragen und Entfernen wasserfester Beschichtungen eröffnen, insbesondere für Anwendungen, bei denen flüssige Beschichtungen Schwierigkeiten haben, komplexe Oberflächen abzudecken.
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