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<\/p>\nForschende aus England haben einen Kunststoff entdeckt, der bei rund 90 \u00b0C verdampft und beim Abk\u00fchlen wieder zu einem festen Polymer wird. Laut ihrer Studie ist es das weltweit erste Polymer mit diesem Verhalten und er\u00f6ffnet neue Wege f\u00fcr Recycling und Beschichtungen.<\/p>\n
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Konventionelles Kunststoff-Granulat: stabil, schwer recycelbar. Ein neues Polymer aus Surrey l\u00f6st sich bei 90 \u00b0C in Gas auf und baut sich beim Abk\u00fchlen von selbst wieder zusammen. <\/p>\n
Foto: picture alliance \/ Zoonar | Jens Schmitz<\/p>\n
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Eigentlich wollten die Chemiker der University of Surrey nur einen wei\u00dfen Feststoff verfl\u00fcssigen. Sie erhitzten das Reagenzglas auf 80 \u00b0C und warteten auf die ersten Tropfen. Die blieben aus. Stattdessen verschwand die Substanz vom Boden des Gef\u00e4\u00dfes und tauchte an den k\u00fchleren W\u00e4nden als fester Belag wieder auf. Der Kunststoff war direkt in den Gaszustand \u00fcbergegangen und hatte sich beim Abk\u00fchlen von selbst wieder zusammengesetzt.<\/p>\n
\u00dcber das Material mit dem Namen Poly(1,2-Dithiolan) berichtet das Team um Peter Roth jetzt im Fachjournal Macromolecules. Laut Studie ist der mehr oder minder zuf\u00e4llig entdeckte Kunststoff der weltweit erste, der dieses Verhalten zeigt. Wie funktioniert er, und wie l\u00e4sst er sich nutzen?<\/p>\n
Warum stabile Kunststoffe ein Recyclingproblem sind<\/p>\n
Um zu verstehen, was das Surrey-Material besonders macht, hilft ein Blick darauf, woran das Kunststoffrecycling bisher krankt. Kunststoffe wie Polyethylen sind auf Best\u00e4ndigkeit ausgelegt. Die Tragetasche soll im Regen halten, die Shampooflasche jahrelang dicht bleiben. Diese Stabilit\u00e4t wird am Lebensende zur H\u00fcrde: Die langen Molek\u00fclketten lassen sich chemisch kaum wieder in ihre Bausteine, die Monomere, zerlegen. F\u00fcr die klassischen Massenkunststoffe scheidet dieses sogenannte chemische Recycling laut der Universit\u00e4t von Surrey deshalb weitgehend aus.<\/p>\n
Und selbst f\u00fcr die Zerlegung entwickelte Kunststoffe machen M\u00fche. Nach Angaben der Universit\u00e4t ben\u00f6tigt man daf\u00fcr meist 150 bis 200 \u00b0C, und die zur\u00fcckgewonnenen Monomere m\u00fcssen oft chemisch nachbehandelt werden, bevor daraus wieder Plastik entsteht. Zudem m\u00fcssen die \u00fcblicherweise fl\u00fcssigen Monomere gesammelt und in einem eigenen Prozess erneut polymerisiert werden.<\/p>\n
Wie aufwendig das Recycling sein kann, zeigt ein aktuelles Beispiel aus Japan: Ein Team der Kyushu-Universit\u00e4t hat einen Katalysator entwickelt, der Polyurethan in gemischten Abf\u00e4llen mit Hilfe von Wasserstoff aufspaltet<\/a>. Das funktioniert, erfordert aber spezielle Rohstoffe und Anlagen.<\/p>\n Schwefelbr\u00fccken als Sollbruchstellen: So funktioniert der neue Kunststoff<\/p>\n Das Surrey-Team hat die Zerlegungsoption quasi direkt ins Molek\u00fcl eingebaut. <\/p>\n Die Basis<\/p>\n Ausgangsstoff ist 1,2-Dithiolan, ein ringf\u00f6rmiges Molek\u00fcl aus drei Kohlenstoff- und zwei Schwefelatomen. Chemisch ist es der n\u00e4chste Verwandte der Lipons\u00e4ure, die als Nahrungserg\u00e4nzungsmittel in jeder Drogerie steht. Der kleine Ring steht unter Spannung und springt deshalb leicht auf. Die Aufspaltung<\/p>\n Genau das passiert ab etwa 80 bis 90 \u00b0C. Die Ketten zerfallen zur\u00fcck in ihre Ringbausteine, und die sind bei dieser Temperatur gasf\u00f6rmig. Das Monomer entweicht also laufend aus dem Gleichgewicht von Zerfall und Neuaufbau. Das treibt die Zerlegung immer weiter an. <\/p>\n Die Sublimation<\/p>\n Trifft der Dampf auf eine k\u00fchlere Oberfl\u00e4che, kondensiert er und die Ringe schlie\u00dfen sich von selbst wieder zu Ketten zusammen. Fachleute sprechen von Sublimation, dem direkten \u00dcbergang zwischen fest und gasf\u00f6rmig, wie man ihn von Trockeneis kennt. <\/p>\n Die Bilanz im Labor<\/p>\n Von 65 mg Polymer, die zwei Stunden auf 90 \u00b0C erhitzt wurden, schlugen sich laut den Forschenden 89 % als frischer Kunststoff an der Gef\u00e4\u00dfwand nieder, im offenen Reagenzglas und ohne aktive K\u00fchlung. Der Vorgang lie\u00df sich mit \u00e4hnlicher Ausbeute wiederholen.<\/p>\n \u201eDie meisten Kunststoffe sind auf Stabilit\u00e4t ausgelegt, und genau das macht sie so schwer zu recyceln oder zu entfernen\u201c, so Studienleiter Peter Roth in der Pressemitteilung. \u201eWir haben gezeigt, dass sich ein Material schaffen l\u00e4sst, das sich v\u00f6llig anders verh\u00e4lt: Es kann bei relativ niedrigen Temperaturen zu Dampf werden und sich anschlie\u00dfend auf nat\u00fcrliche Weise wieder zum selben Polymer aufbauen.\u201c<\/p>\n Beschichten, abl\u00f6sen, reinigen: drei Anwendungen im Test<\/p>\n Was mit einem sublimierbaren Kunststoff m\u00f6glich ist, zeigte das Team an drei Demonstrationen. <\/p>\n Die Forschenden lie\u00dfen den Polymerdampf auf einem aufgerollten Filterpapier kondensieren. Ergebnis war eine rund 5,5 \u00b5m d\u00fcnne, wasserdichte Beschichtung, aufgetragen ganz ohne L\u00f6sungsmittel. Das ist insofern bemerkenswert, als sich unl\u00f6sliche Kunststoffe wie Polyethylen oder PTFE sonst nicht einfach aus L\u00f6sung auftragen lassen. Die Forschenden aus Surrey f\u00e4rbten ihr Polymer dagegen im Test dunkelviolett ein und sublimierten es anschlie\u00dfend einfach vom Farbstoff weg. Der Kunststoff schlug sich farblos an der Gef\u00e4\u00dfwand nieder, die Verunreinigung blieb zur\u00fcck.<\/p>\n \u201eDas Spannende ist, dass wir ein Prinzip demonstriert haben, das es vorher nicht gab\u201c, res\u00fcmiert Erstautor Touseef Kazmi. \u201eWenn wir lernen, diese Chemie gezielt anzupassen, k\u00f6nnte das zu neuen Materialien f\u00fchren, die sich leichter auftragen, entfernen und recyceln lassen als viele heutige Kunststoffe.\u201c<\/p>\n Der Beginn einer neuen Materialklasse?<\/p>\n Die Universit\u00e4t wertet die Arbeit als Machbarkeitsnachweis f\u00fcr eine neue Klasse zirkul\u00e4rer Materialien. Denkbar seien etwa Beschichtungen f\u00fcr komplexe Oberfl\u00e4chen, an denen fl\u00fcssige Lacke scheitern. Roth selbst bremst die Erwartungen: <\/p>\n \u201eDas ist kein Ersatz f\u00fcr herk\u00f6mmliche Kunststoffe und ganz sicher keine L\u00f6sung f\u00fcr das globale Plastikm\u00fcllproblem. Aber es f\u00fchrt ein neues Konzept ein, das eine ganz neue Generation zirkul\u00e4rer Materialien inspirieren k\u00f6nnte.\u201c Ob daraus Produkte werden, m\u00fcssen Folgearbeiten zeigen. Bislang existiert das Material nur im Milligramm-Ma\u00dfstab.<\/p>\n
\nReiht er sich mit vielen anderen Ringen zur Kette, entsteht der Kunststoff Poly(1,2-Dithiolan): weich, wasserunl\u00f6slich und wasserabweisend, laut Studie vergleichbar mit Polyethylen. Zwischen den Gliedern sitzen hier aber Schwefel-Schwefel-Bindungen, die sich mit W\u00e4rme l\u00f6sen lassen.<\/p>\n
\nEine solche Beschichtung konnte das Team durch erneutes Erhitzen ohne R\u00fcckst\u00e4nde wieder entfernen: Nach einer Nacht bei 100 \u00b0C war das Filterpapier wieder benetzbar. Beschichtungen lie\u00dfen sich also aufbringen und f\u00fcr das Recycling des Tr\u00e4germaterials wieder abnehmen.
\nDie dritte Demo zielte auf Additive wie Farbstoffe. Diese stecken tief im Material und lassen sich nicht durch Waschen entfernen. Im gro\u00dftechnischen Recycling ist das herausfordernd, wie das Beispiel Pyrolyse\u00f6l zeigt, das Evonik mit speziellen Adsorbermaterialien reinigt<\/a>.<\/p>\n