Recycling von Kunststoffen

Smartes Plastik

Von Manfred Lindinger
10.08.2020
, 10:15
Die Wiederverwendung von Kunststoffen hat mit vielen Schwierigkeiten zu kämpfen. Nun gibt es aber zumindest Fortschritte beim Recycling von Duroplasten, wie eine neue Studie zeigt.

Leicht, robust und preiswert – Kunststoffe sind in vielerlei Hinsicht ideale Werkstoffe. Das gilt zumindest so lange, bis sie nicht mehr gebraucht werden. Denn die meisten der synthetischen Materialien lassen sich aufgrund der enthaltenen Farb- und Füllstoffe, Weichmacher und anderer Additive nur schwer oder gar nicht recyceln. Selbst der als gut recycelbar geltende Kunststoff PET wird wegen Zusätzen oder anderen Kunststoffen im Sammelcontainer nur zum Teil wiederverwertet, der Rest wandert in Verbrennungsanlagen oder landet auf Deponien.

Damit sich das ändert, versucht man, viele Kunststoffe bereits bei der Herstellung chemisch so zu modifizieren, dass sie nach Gebrauch leichter abgebaut und möglichst wiederverwendet werden können. Einen Fortschritt beim Recycling von Duroplasten haben nun Forscher vom Massachusetts Institute of Technology in Cambridge erzielt. Ihnen ist es gelungen, die wegen ihrer Robustheit geschätzten Kunststoffe in recycelbare Varianten umzuwandeln, ohne dass die Eigenschaften verloren gehen.

Duroplastische Kunststoffe zählen wegen ihrer mechanischen Festigkeit, Haltbarkeit und Hitzebeständigkeit zu den Hochleistungskunststoffen. Sie werden für Fahrzeug- und Flugzeugteile, für Bremsbeläge, Autoreifen, Bauhelme oder für Gehäuse elektronischer Geräte genutzt und machen rund 20 Prozent des produzierten Plastiks aus. Allerdings sind Duroplaste, zu denen Epoxidharze, Polyurethane und vulkanisiertes Gummi gehören, weitaus schwieriger zu recyceln als andere Kunststoffe. Die chemischen Bindungen, die die Polymere engmaschig vernetzen, sind viel stärker als etwa bei den Thermoplasten. Sie lassen sich nur schwer aufbrechen. Einmal ausgehärtet, können duroplastische Kunststoffe durch abermaliges Erwärmen nicht wieder erweicht und verformt werden und sind somit nicht wiederverwertbar. Doch das könnte sich dank des Verfahrens der MIT-Forscher ändern.

Jeremiah Johnson und seinen Kollegen diente der für Karosserieteile verwendete Kunststoff Polydicyclopentadien (pDCPD), bekannt auch unter dem Handelsnamen Metton, als Forschungsobjekt. Vor der Polymerisation mischten sie abbaubare Silylether-Monomere hinzu. Fein verteilt im Material lagerten sich die aus Silizium, Sauerstoff und Kohlenstoff bestehenden Moleküle zwischen den Polymersträngen an und ersetzen dort die starken kovalenten Bindungen zwischen den Kohlenstoffatomen durch schwächere Silyl-Bindungen.

Tests zeigten, dass sich durch die beigemischten Monomere die physikalischen Eigenschaften des ausgehärteten Duroplasts nicht veränderten. Als die Forscher den Kunststoff allerdings in ein fluoridhaltiges Lösungsmittel tauchten, brachen die Bindungen auf, und das modifizierte Metton löste sich auf. Zurück blieb ein weißes Pulver. Die besten Ergebnisse lieferte ein Anteil von Silylether-Monomeren zwischen sieben und zehn Prozent, berichten die Forscher in „Nature“.

Ein geschlossener Recyclingkreislauf

Der abgebaute Duroplast ließ sich wiederverwenden. Die Forscher mischten dazu das gewonnene Pulver den Ausgangsstoffen hinzu, die bei der pDCPD-Synthese verwendet werden. Sie erhielten ein hochwertiges Material, das sich zu einem harten Kunststoff verarbeiten ließ und ähnlich gute Eigenschaften aufwies wie das Original. Nun will man mit dieser Strategie auch andere duroplastische Kunststoffe in recycelfähige Materialien umwandeln. Dazu müssen allerdings die entsprechenden abbaubaren Monomere gefunden werden, die ähnlich gut zu den Polymeren passen wie Silylether zu pDCPD.

Auch andere Forschergruppen versuchen, dem wachsenden Plastikmüll bereits im Laborstadium zu begegnen. Forscher um Brett Helms vom Lawrence Berkeley National Laboratory beispielsweise haben eine Klasse neuartiger Duroplasten – sogenanntes Polydiketoenamin – entwickelt, die wie Lego durch Zugabe von Säure in ihre molekularen Bestandteile – Amine und Ketone – zerlegt und daraus wieder zusammengebaut werden können. Bei der Behandlung im Säurebad lassen sich bei der Synthese zugefügte Farbstoffe und andere Chemikalien abtrennen und die ursprünglichen Monomere wiedergewinnen, so dass die Polymerisation neu beginnen kann. Somit ergebe sich ein geschlossener Recyclingkreislauf, so die Forscher um Helms im vergangenen Jahr in der Zeitschrift „Nature Chemistry“.

Allerdings muss sich erst noch zeigen, ob sich die Ansätze aus Berkeley und Cambridge – beide funktionieren bislang nur im Labormaßstab – auch großtechnisch nutzen lassen und ob sie dann auch ökonomisch sind. Denn noch immer ist es günstiger, Kunststoffe zu verbrennen oder auf Müllhalden zu entsorgen, als sie zu recyceln.

Quelle: F.A.Z.
Manfred Lindinger - Portraitaufnahme für das Blaue Buch "Die Redaktion stellt sich vor" der Frankfurter Allgemeinen Zeitung
Manfred Lindinger
Redakteur im Ressort „Natur und Wissenschaft“.
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