Duroplaste werden in Karosserie-Bauteilen von Autos verwendet. MIT Forscher haben jetzt herausgefunden, wie sie sich recyceln lassen.

So lassen sich Duroplaste recyceln

Publiziert

Duroplaste sind langlebig und hitzebeständig, können jedoch nicht einfach wiederverwertet werden. US-Chemikern ist es gelungen, diese Kunststoffe so zu modifizieren, dass sie sich leichter abbauen lassen, ohne ihre mechanischen Eigenschaften zu verlieren.

Duroplaste, zu denen Epoxidharze, Polyurethane und Gummi für Reifen gehören, finden sich in vielen Produkten, die langlebig und hitzebeständig sein müssen, wie beispielsweise in Autos oder Elektrogeräten. Ein Nachteil dieser Materialien ist, dass sie in der Regel nicht einfach recycelt oder nach Gebrauch abgebaut werden können, da chemische Bindungen, die sie zusammenhalten, stärker sind als bei anderen Materialien wie Thermoplasten.

Chemiker am Massachusetts Institute of Technology (MIT) in Boston haben eine Möglichkeit entwickelt, wie sich duroplastische Kunststoffe wiederverwerten lassen. Sie arbeiten mit einem chemischen Linker, der Materialien viel leichter abbaubar macht, ihnen aber dennoch die mechanische Festigkeit verleiht, die sie so nützlich macht.

Weniger Kunststoffmüll durch höhere Recyclingquoten 

Thermoplastische Kunststoffe, die etwa 75 Prozent der weltweiten Kunststoffproduktion ausmachen, können bekanntlich recycelt werden, indem man sie erwärmt, bis sie flüssig werden, sodass sie wieder in eine neue Form gebracht werden können.

Duroplastische Kunststoffe werden zwar durch thermische Verfahren hergestellt, aber sobald sie abgekühlt und ausgehärtet sind, ist es sehr schwierig, sie wieder in einen flüssigen Zustand zu bringen. Das liegt daran, dass chemische Bindungen, die sich zwischen einzelnen Polymermolekülen bilden, vergleichsweise stark sind. Erhitzt man Duroplaste, verbrennen sie normalerweise, bevor sie neu geformt werden können. Damit bleibt nur, solche Materialien zu verbrennen oder – außerhalb Deutschlands – auf Deponien zu lagern. Ziel der Forscher ist, die Menge an Kunststoffmüll zu verringern, indem sie auch bei Duroplasten Wege zum Recycling eröffnen.

Vorarbeit aus der Pharmazie

Bereits im letzten Jahr zeigte Johnsons Arbeitsgruppe, wie sich abbaubare Polymere für die langsame Freisetzung von Medikamenten synthetisieren lassen. Die Forscher arbeiteten mit Monomeren, also Bausteinen, mit Silylethern. Darunter versteht man Teile im Molekül mit chemischen Bindungen zwischen Silicium, Sauerstoff und Kohlenstoff. Dieses Monomer wird dann zufällig im Material verteilt. Wenn man Säuren, Basen oder Fluorid zur Probe gibt, brechen die Silylether-Bindungen auf, und der Kunststoff zerfällt. Diese Strategie lässt sich auf Duroplaste übertragen. Im Experiment arbeiteten die Forscher mit speziellen Duroplasten, sogenannten Polydicyclopentadienen (PDCPD). Sie werden für Karosserieteile in Lastwagen und Bussen verwendet. Bei der Herstellung von PDCPD setzte Johnsons Team dem Reaktionsgemisch Silylether-Monomere zu. Ein Anteil zwischen 7,5 und 10 % erwies sich als ideal, damit PDCPD seine mechanische Festigkeit behält, aber bei Einwirkung von Fluorid-Ionen in ein lösliches Pulver zerfällt.

Recycling-Tests im Labor

In der zweiten Phase ihrer Studie versuchten Forscher, ihren Duroplast wiederzuverwenden, um neues PDCPD herzustellen. Eine Probe zerfiel unter dem Einfluss von Fluorid-Ionen, wurde getrocknet und dann der Reaktionsmischung bei PDCPD-Synthesen zugesetzt. Tatsächlich entstand ein hochwertiger Kunststoff.

«Dieses neue Material hat nahezu gleiche, in gewisser Weise sogar bessere mechanische Eigenschaften im Vergleich zum ursprünglichen Material“, sagt Johnson. „Es ist aufregend, zu zeigen, dass man die Abbauprodukte nehmen und den gleichen Duroplast mit dem gleichen Verfahren wieder herstellen kann.»

Das chemische Prinzip auf andere Duroplaste übertragen 

Die MIT-Wissenschaftler vermuten, dass ihr Ansatz, mit speziellen Linkern zu arbeiten, generell funktioniert. Wenn geeignete abbaubare Monomere für Polymerisationsreaktionen gefunden werden, könnte man die Strategie nutzen, um abbaubare Versionen von Kunststoffen wie Epoxiden, Silikonen oder vulkanisiertem Gummi zu nutzen.

Im nächsten Schritt wollen die MIT-Chemiker ein Unternehmen gründen, um die Technologie zu lizenzieren und zu kommerzialisieren. Das Interesse ist laut Patrick Casey vom MIT Deshpande Center for Technological Innovation jedenfalls vorhanden: «Teilehersteller erhalten kostengünstige Recyclingmaterialien, Automobilunternehmen können ihre Nachhaltigkeitsziele erreichen, und Recycler erhalten eine neue Einnahmequelle aus Duroplasten.»

EVENTS

Prodex

Internationale Fachmesse für Werkzeugmaschinen, Werkzeuge und Fertigungsmesstechnik

Datum: 18. - 21. Mai 2021

Ort: Basel (CH)

T4M

Die neue Messe für Medizintechnik in Stuttgart.

Datum: 08. - 10. Juni 2021

Ort: Stuttgart (D)

EPHJ-EPMT-SMT

Interantionale Ausstellung für Uhrenindustrie, Mikrotechnologie und Medizinaltechnik

Datum: 08. - 11. Juni 2021

Ort: Palexpo Genf (CH)

Securite Lausanne

Die Schweizer Fachmesse

Datum: 16. - 18. Juni 2021

Ort: Lausanne (CH)

AQUA Suisse

Die Schweizer Fachmesse für Wasser, Abwasser und Gas

Datum: 25. - 26. August 2021

Ort: Zürich (CH)

maintenance Schweiz

Schweizer Fachmesse für industrielle Instandhaltung und Facility Management

Datum: 25. - 26. August 2021

Ort: Zürich (CH)

Pumps & Valves

Fachmesse für Pumpen- und Ventiltechnik

Datum: 25. - 26. August 2021

Ort: Zürich (CH)

SINDEX

Schweizer Messe für industrielle Automatisierung

Datum: 31. August - 02. September 2021

Ort: Bern (CH)

LABVOLUTION

Europäische Fachmesse für innovative Laborausstattung und für die Optimierung von Labor-Workflows

Datum: 07. - 09. September 2021

Ort: Hannover (D)

Midest Chassieu

Midest ist eine der weltweit größten Fachmessen für die Industriezulieferwirtschaft.

Datum: 07. - 10. September 2021

Ort: Lyon (D)

AM Expo

Inspiration, Weiterbildung und Netzwerk

Datum: 14. - 15. September 2021

Ort: Luzern (CH)

Swiss Medtech Expo

Advanced Manufacturing

Datum: 14. - 15. September 2021

Ort: Luzern (CH)

FachPack

Europäische Fachmesse für Verpackung, Technik, Veredelung und Logistik

Datum: 28. - 30. September 2021

Ort: Nürnberg (D)

parts2clean

Internationale Leitmesse für industrielle Teile- und Oberflächenreinigung

Datum: 05. - 07. Oktober 2021

Ort: Stuttgart (D)

VISION

Weltleitmesse für Bildverarbeitung

Datum: 05. - 07. Oktober 2021

Ort: Stuttgart (D)

Rehacare

Die REHACARE ist die internationale Fachmesse für Rehabilitation, Prävention, Inklusion und Pflege.

Datum: 06. - 09. Oktober 2021

Ort: Düsseldorf (D)

Fakuma

Internationale Fachmesse für Kunststoffverarbeitung

Datum: 12. - 16. Oktober 2021

Ort: Friedrichshafen (D)

Ilmac

Fachmesse für Prozess- und Labortechnologie

Datum: 19. - 21. Oktober 2021

Ort: Basel (CH)

Ifas

Fachmesse für Gesundheitsmarkt

Datum: 19. - 21. Oktober 2021

Ort: Zürich (CH)

A + A

Internationale Fachmesse für Persönlichen Schutz, Betriebliche Sicherheit und Gesundheit bei der Arbeit.

Datum: 26. - 29. Oktober 2021

Ort: Düsseldorf (D)

transport-CH

Schweizer Nutzfahrzeugsalon

Datum: 10. - 13. November 2021

Ort: Bern (CH)

Compamed

Fachmesse für Produkte aus der medizinischen Vorproduktion

Datum: 15. - 18. November 2021

Ort: Düsseldorf (D)

Medica

Die Weltleitmesse der Medizinbranche

Datum: 15. - 18. November 2021

Ort: Düsseldorf (D)

SEMICON Europa

Europäische Leitmesse für Mikroelektronik

Datum: 16. - 19. November 2021

Ort: München (D)

Cleanzone

Internationale Fachmesse und Kongress für Reinraumtechnologie

Datum: 24. - 25. November 2021

Ort: Frankfurt am Main (D)

Swissbau

Die führende Fachmesse der Bau- und Immobilienwirtschaft in der Schweiz Sicherheits-Kongress 2020 parallel zur Swissbau - Praxisnahe Sicherheitsinformationen als Weiterbildung.

Datum: 18. - 21. Januar 2022

Ort: Basel (CH)

NORTEC

Fachmesse für Produktionstechnik und Maschinenbau

Datum: 25. - 28. Januar 2022

Ort: Hamburg (D)

Empack Schweiz

The Future of Packaging Technology

Datum: 26. - 27. Januar 2022

Ort: Bern Expo (CH)

aqua pro gaz

DIE SCHWEIZER MESSE DER TRINKWASSER-, ABWASSER- UND GASFACHLEUTES

Datum: 09. - 11. Februar 2022

Ort: Bulle (CH)

Vivaness

Internationale Fachmesse für Naturkosmetik

Datum: 15. - 18. Februar 2022

Ort: Nürnberg (D)

LogiMat

Internationale Fachmesse für Intralogistik

Datum: 08. - 10. März 2022

Ort: Stuttgart (D)

Filtech

Internationale Fachmesse für Filter- und Trenntechnologie

Datum: 08. - 10. März 2022

Ort: Köln (D)

Swiss Plastics Expo

Schweizer Fachmesse Kunststoffindustrie

Datum: 15. - 17. März 2022

Ort: Luzern (CH)

IKV-Kunststoffverarbeitung

International Colloquium Plastics Technology Recruiting - Networking - Innovating

Datum: 16. - 17. März 2022

Ort: Aachen (D)

Achema

Internationale Leitmesse der Prozessindustrie

Datum: 04. - 08. April 2022

Ort: Frankfurt am Main (D)

Siams

Die Messe der Produktionsmittel der Mikrotechnik

Datum: 05. - 08. April 2022

Ort: Halle d'Exposition, Moutier (CH)

LASER World of PHOTONICS

Weltleitmesse für Komponenten, Systeme und Anwendungen der Photonik

Datum: 26. - 29. April 2022

Ort: München (D)

IFAT

Weltleitmesse für Wasser-, Abwasser-, Abfall- und Rohstoffwirtschaft

Datum: 30. Mai - 03. Juni 2022

Ort: München (D)

ArbeitsSicherheitSchweiz

Fachmesse für Arbeitssicherheit, Gesundheitsschutz & Gesundheitsförderung am Arbeitsplatz

Datum: 01. - 02. Juni 2022

Ort: Bern (CH)

Automatica

Leitmesse für intelligente Automation und Robotik

Datum: 21. -24. Juni 2022

Ort: München (D)

analytica

Leitmesse für Labortechnik, Analytik, Biotechnologie und analytica conference

Datum: 21. - 24. Juni 2022

Ort: München (D)

POWTECH

Pharma.Manufacturing.Excellence

Datum: 30. August - 01. September 2022

Ort: Nürnberg (D)

K Messe

Weltleitmesse für Kunststoff- und Kautschukindustrie

Datum: 19. - 26. Oktober 2022

Ort: Düsseldorf (D)

electronica

Komponenten, Systeme, Anwendungen, Lösungen

Datum: 08. - 11. November 2022

Ort: München (D)

BrauBeviale

Europäische Fachmesse für die Getränkewirtschaft

Datum: 08. - 10. November 2022

Ort: Nürnberg (D)

VALVE WORLD EXPO

Weltweite Leitmesse für Industrie-Armaturen

Datum: 29. November - 01. Dezember 2022

Ort: Düsseldorf (D)

interpack

Führende Messe für Prozesse und Verpackung

Datum: 04. - 10. Mai 2023

Ort: Düsseldorf (D)

NEWCAST

Internationale Fachmesse für Gussprodukte mit Newcast Forum

Datum: 12. - 16. Juni 2023

Ort: Düsseldorf (D)

Partec

Internationales Forum für Forschung und Entwicklung in der Partikeltechnik

Datum: 26. - 28. September 2023

Ort: Nürnberg (D)

Bezugsquellenverzeichnis