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Eine neue Art von Kunststoff kann wiederholt verwendet werden
Zuletzt überprüft: 02.07.2025
Mitarbeiter des Lawrence Berkeley National Laboratory, das zum US-Energieministerium gehört, haben ein neuartiges Polymermaterial entwickelt. Dieses Material lässt sich wie ein Baukasten zerlegen und wieder zusammensetzen und nimmt dabei die gewünschte Form, Dichte und Farbe an, ohne an Qualität zu verlieren. Dieses Polymer heißt Polydiketoenamin, kurz PDK.
Der Großteil des weltweit produzierten Kunststoffs ist nicht recycelbar. Experten setzen bei der Produktion nun ein neues Verfahren ein, das ein molekulares Recycling des Produkts ermöglicht.
Der bekannteste und derzeit am weitesten verbreitete Kunststoff, PET (Polyethylenterephthalat), ist nur zu 25 % recycelbar. Der Rest landet in Verbrennungsanlagen, auf Mülldeponien oder setzt sich im Boden und in Gewässern ab.
Kunststoffe bestehen in der Regel aus langen kohlenstoffbasierten Molekülen, die zu Polymeren verknüpft sind. Aufgrund ihrer Struktur sind sie chemisch stabil – das heißt, sie korrodieren nicht. Um das Material an einen bestimmten Einsatzzweck anzupassen, werden ihm bei der Herstellung weitere chemische Komponenten zugesetzt. Beispielsweise werden Additive benötigt, um den Kunststoff weicher oder dichter zu machen. Anschließend lassen sich solche Additive selbst durch spezielle Kunststoffverarbeitung nicht mehr aus der Zusammensetzung entfernen.
Beim Recycling werden Materialien mit unterschiedlichen chemischen Bestandteilen vermischt, verbunden und geschmolzen. Die Eigenschaften des recycelten Kunststoffs sind kaum vorhersehbar.
Das Recycling von Kunststoffen stellt weltweit ein großes Problem dar. Die Verschmutzung des Ökosystems wird überall thematisiert, und wir müssen höchstwahrscheinlich damit rechnen, dass sich die Situation verschärft, da die Menge an nicht recyceltem und produziertem Kunststoff weiter zunimmt.
Es stellt sich heraus, dass die Monomere, aus denen PDK besteht, leicht entfernt werden können, indem man das Material einfach in eine stark saure Flüssigkeit eintaucht, wodurch die Bindungen zwischen den Monomeren und zusätzlichen Komponenten zerstört werden.
Wissenschaftler entdeckten diese Fähigkeit von PDK, als sie verschiedene Säuren auf Glasbehälter zur Herstellung von Klebstoffmischungen auftrugen. Die Spezialisten bemerkten, dass sich der Klebstoff veränderte. Dies veranlasste sie, den Kunststoff mittels Kernspinresonanz und Spektroskopie zu analysieren, was die Originalität der Monomere offenbarte.
Weitere Experimente zeigten, dass die saure Umgebung PDK-Polymere in Monomere zerlegt und gleichzeitig von weiteren Molekülen trennt. Die Monomere können anschließend wieder in Polymere umgewandelt werden, die nach dem Recycling völlig frei von anderen Bestandteilen sind. Experten gehen davon aus, dass der neue Kunststoff ein vielversprechendes Analogon zu anderen Materialien sein könnte, die nicht recycelt werden können.
Experten planen bereits die Entwicklung von PDK-Kunststoffen mit einem breiten Spektrum thermomechanischer Eigenschaften für den späteren Einsatz in der Textil- und 3D-Druckindustrie. Darüber hinaus ist die Herstellung neuartiger Kunststoffe aus pflanzlichen und umweltfreundlichen Materialien geplant.
Einzelheiten der Arbeit wurden auf den Seiten von Nature Chemistry (www.nature.com/articles/s41557-019-0249-2) vorgestellt.