{"id":157317,"date":"2025-01-31T07:05:00","date_gmt":"2025-01-31T06:05:00","guid":{"rendered":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/?p=157317"},"modified":"2025-01-28T16:10:29","modified_gmt":"2025-01-28T15:10:29","slug":"durch-polymerbearbeitung-kann-plastikmull-zu-hoherwertigen-kunststoffen-verarbeitet-werden","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/durch-polymerbearbeitung-kann-plastikmull-zu-hoherwertigen-kunststoffen-verarbeitet-werden\/","title":{"rendered":"Durch Polymerbearbeitung kann Plastikm\u00fcll zu h\u00f6herwertigen Kunststoffen verarbeitet werden"},"content":{"rendered":"\n\n\n

Chemiker des Oak Ridge National Laboratory des Energieministeriums haben einen Weg gefunden, durch die Bearbeitung der Polymere von ausrangierten Kunststoffen neue Makromolek\u00fcle mit wertvolleren Eigenschaften als denen des Ausgangsmaterials zu erzeugen. Upcycling k\u00f6nnte dazu beitragen, die rund 450 Millionen Tonnen Kunststoff, die j\u00e4hrlich weltweit weggeworfen werden, zu reduzieren. Nur 9 % davon werden recycelt, der Rest wird verbrannt oder landet auf M\u00fclldeponien, in den Meeren oder anderswo.<\/strong><\/p>\n\n\n

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Um die Polymere aus weggeworfenen Kunststoffen wiederzuverwerten, haben Chemiker des Oak Ridge National Laboratory einen Weg gefunden, neue Makromolek\u00fcle mit wertvolleren Eigenschaften als die des Ausgangsmaterials zu erzeugen. \u00a9 Adam Malin\/ORNL, U.S. Dept. of Energy<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n

Die Erfindung des ORNL k\u00f6nnte das Umweltschicksal von Kunststoffen ver\u00e4ndern, indem polymere Bausteine neu angeordnet werden, um die Eigenschaften von Kunststoffen anzupassen. Molekulare Untereinheiten verbinden sich zu Polymerketten, die sich \u00fcber ihre R\u00fcckgrate und vernetzte Molek\u00fcle zu Mehrzweckkunststoffen verbinden k\u00f6nnen. Der Aufbau der Polymerketten bestimmt, wie stark, steif oder hitzebest\u00e4ndig diese Kunststoffe sein werden.<\/p>\n\n\n\n

Das molekulare Editing ist so vielversprechend, dass es die Grundlage f\u00fcr zwei Nobelpreise f\u00fcr Chemie war. Im Jahr 2005 ging der Preis an die Entwickler der Metathesereaktion, die Doppelbindungen zwischen Kohlenstoffatomen in Ringen und Ketten aufbricht und herstellt, so dass ihre Untereinheiten ausgetauscht werden k\u00f6nnen, um neue Molek\u00fcle zu schaffen, die nur durch die Fantasie begrenzt sind. In \u00e4hnlicher Weise ging der Preis im Jahr 2020 an die Entwickler von CRISPR, einer “genetischen Schere” zur Bearbeitung von DNA-Str\u00e4ngen, Biopolymeren aus Nukleotid-Untereinheiten, die den Code des Lebens tragen.<\/p>\n\n\n\n

“Dies ist CRISPR f\u00fcr die Bearbeitung von Polymeren”, sagte Jeffrey Foster vom ORNL, der eine Studie leitete, die im Journal of the American Chemical Society ver\u00f6ffentlicht wurde. “Anstatt jedoch Genstr\u00e4nge zu bearbeiten, bearbeiten wir Polymerketten. Das ist nicht das typische Plastikrecycling-Szenario ‘schmelzen und auf das Beste hoffen’.”<\/p>\n\n\n\n

Die ORNL-Forscher bearbeiteten gezielt handels\u00fcbliche Polymere, die erheblich zum Plastikm\u00fcll beitragen. In einigen Experimenten arbeiteten die Forscher mit dem weichen Polybutadien, das h\u00e4ufig in Gummireifen verwendet wird. In anderen Experimenten arbeiteten sie mit dem z\u00e4hen Acrylnitril-Butadien-Styrol, aus dem Plastikspielzeug, Computertastaturen, L\u00fcftungsrohre, Kopfbedeckungen, Fahrzeugverkleidungen und -formteile sowie K\u00fcchenger\u00e4te bestehen.<\/p>\n\n\n\n

“Dies ist ein Abfallstrom, der eigentlich \u00fcberhaupt nicht recycelt wird”, sagte Foster. “Wir gehen mit dieser Technologie einen bedeutenden Teil des Abfallstroms an. Allein durch die Einsparung von Masse und Energie aus Materialien, die jetzt auf Deponien landen, h\u00e4tte das eine ziemlich gro\u00dfe Wirkung.”<\/p>\n\n\n\n

Das Aufl\u00f6sen der Abfallpolymere ist der erste Schritt zur Herstellung von Drop-in-Additiven f\u00fcr die Polymersynthese. Die Forscher zerkleinerten synthetisches oder kommerzielles Polybutadien und Acrylnitril-Butadien-Styrol und tauchten das Material in ein L\u00f6sungsmittel, Dichlormethan, um eine chemische Reaktion bei niedriger Temperatur (40 Grad Celsius) f\u00fcr weniger als zwei Stunden durchzuf\u00fchren.<\/p>\n\n\n\n

Ein Ruthenium-Katalysator erleichterte die Polymerisation bzw. die Polymeraddition. Industrieunternehmen haben diesen Katalysator bereits zur Herstellung robuster Kunststoffe und zur problemlosen Umwandlung von Biomasse wie Pflanzen\u00f6len in Kraftstoffe und andere hochwertige organische Verbindungen verwendet, was das Potenzial f\u00fcr seinen Einsatz im chemischen Upcycling unterstreicht.<\/p>\n\n\n\n

Die molekularen Bausteine des Polymerr\u00fcckgrats enthalten funktionelle Gruppen oder Cluster von Atomen, die als reaktive Stellen f\u00fcr Modifikationen dienen. Vor allem die Doppelbindungen zwischen den Kohlenstoffen erh\u00f6hen die Chancen f\u00fcr chemische Reaktionen, die eine Polymerisation erm\u00f6glichen. Ein Kohlenstoffring \u00f6ffnet sich an einer Doppelbindung, um eine Polymerkette zu bilden, die mit jeder weiteren funktionellen Polymereinheit w\u00e4chst und das Material konserviert. Der Kunststoffzusatz tr\u00e4gt auch dazu bei, das Molekulargewicht des synthetisierten Materials und damit dessen Eigenschaften und Leistung zu steuern.<\/p>\n\n\n\n

K\u00f6nnte diese Materialsynthesestrategie auf ein breiteres Spektrum industriell wichtiger Polymere ausgeweitet werden, so k\u00f6nnte sie sich als wirtschaftlich tragf\u00e4higer Weg zur Wiederverwendung von Fertigungsmaterialien erweisen, die heute nur f\u00fcr ein einziges Produkt verwendet werden k\u00f6nnen. Die upgecycelten Materialien k\u00f6nnten beispielsweise weicher und dehnbarer sein als die urspr\u00fcnglichen Polymere oder sich vielleicht leichter formen und zu dauerhaften duroplastischen Produkten aush\u00e4rten lassen.<\/p>\n\n\n\n

Die Wissenschaftler haben Kunststoffabf\u00e4lle durch den gleichzeitigen Einsatz von zwei Verfahren wiederverwertet. Bei beiden handelt es sich um eine Art Metathese, d. h. um einen Ortswechsel. Doppelbindungen brechen auf und bilden sich zwischen den Kohlenstoffatomen, so dass die Untereinheiten des Polymers ausgetauscht werden k\u00f6nnen.<\/p>\n\n\n\n

Bei dem einen Verfahren, der so genannten ring\u00f6ffnenden Metathesepolymerisation, werden Kohlenstoffringe ge\u00f6ffnet und zu Ketten verl\u00e4ngert. Bei dem anderen Verfahren, der so genannten Kreuzmetathese, werden Ketten von Polymeruntereinheiten aus einer Polymerkette in eine andere eingef\u00fcgt.<\/p>\n\n\n\n

Beim herk\u00f6mmlichen Recycling wird der Wert der weggeworfenen Kunststoffe nicht erfasst, da Polymere wiederverwendet werden, die mit jedem Schmelzen und jeder Wiederverwendung durch Abbau an Wert verlieren. Im Gegensatz dazu nutzt das innovative Upcycling des ORNL die vorhandenen Bausteine, um die Masse und Eigenschaften des Abfallmaterials zu \u00fcbernehmen und zus\u00e4tzliche Funktionalit\u00e4t und Wert zu schaffen.<\/p>\n\n\n\n

“Das neue Verfahren hat eine hohe Atom\u00f6konomie”, so Foster. “Das bedeutet, dass wir so ziemlich das gesamte Material, das wir einsetzen, zur\u00fcckgewinnen k\u00f6nnen.”<\/p>\n\n\n\n

Die ORNL-Wissenschaftler wiesen nach, dass das Verfahren, das weniger Energie verbraucht und weniger Emissionen erzeugt als das herk\u00f6mmliche Recycling, Abfallstoffe effizient integriert, ohne die Polymerqualit\u00e4t zu beeintr\u00e4chtigen. Foster, Ilja Popovs und Tomonori Saito entwarfen die Ideen f\u00fcr die Studie. Nicholas Galan, Isaiah Dishner und Foster synthetisierten Monomer-Untereinheiten und optimierten deren Polymerisation. Joshua Damron f\u00fchrte Experimente zur kernmagnetischen Resonanzspektroskopie durch, um die Reaktionskinetik zu analysieren. Jackie Zheng, Chao Guan und Anisur Rahman charakterisierten die mechanischen und thermischen Eigenschaften der fertigen Materialien.<\/p>\n\n\n\n

“Die Vision ist, dass dieses Konzept auf alle Polymere ausgedehnt werden kann, die eine funktionelle Gruppe im R\u00fcckgrat haben, mit der sie reagieren k\u00f6nnen”, so Foster. Bei einer Vergr\u00f6\u00dferung und Ausweitung auf andere Zusatzstoffe k\u00f6nnten weitere Klassen von Abf\u00e4llen f\u00fcr molekulare Bausteine gewonnen werden, wodurch die Umweltauswirkungen anderer schwer zu verarbeitender Kunststoffe drastisch reduziert w\u00fcrden. Die Kreislaufwirtschaft – bei der Abfallstoffe wiederverwendet statt weggeworfen werden – wird dann zu einem realistischeren Ziel.<\/p>\n\n\n\n

Als N\u00e4chstes wollen die Forscher die Arten der Untereinheiten in der Polymerkette ver\u00e4ndern und neu anordnen, um zu sehen, ob sich daraus hochleistungsf\u00e4hige duroplastische Materialien herstellen lassen. Beispiele hierf\u00fcr sind Epoxidharze, vulkanisierter Gummi, Polyurethan und Silikon. Nach dem Aush\u00e4rten k\u00f6nnen duroplastische Werkstoffe nicht wieder eingeschmolzen oder umgeformt werden, da ihre Molekularstruktur vernetzt ist. Das macht ihr Recycling zu einer Herausforderung.<\/p>\n\n\n\n

Die Forscher sind auch daran interessiert, die L\u00f6sungsmittel w\u00e4hrend der industriellen Verarbeitung im Hinblick auf die Umweltvertr\u00e4glichkeit zu optimieren.<\/p>\n\n\n\n

“F\u00fcr diese Kunststoffabf\u00e4lle ist eine gewisse Vorverarbeitung erforderlich, die wir noch herausfinden m\u00fcssen”, so Foster.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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