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„Der erste zu hundert Prozent wiederverwertbare Kunststoff“

Chemiker an der Colorado States University entwickelten ein Verfahren zur Synthetisierung von Polymeren. Es könnte der Durchbruch zu einer Erdöl-freien Kunststoffherstellung sein.

Aus Polylactiden oder Polymilchsäuren (Polylactic Acid, PLA) lassen sich Tassen, Bestecke oder Schnellimbiss-Verpackungen herstellen. Sie sind biologisch abbaubar, aber nicht recycelbar, da sie ihre frühere originale monomerische Struktur nicht mehr erlangen, sagten die Lehrbücher. „Es geht aber doch“, sagten Eugene Chen und Mia Hong, Chemiker an der Colorado States University, und entwickelten ein Verfahren zur Synthetisierung von Polymeren, das sich auf ein weit verbreitetes industrielles Lösungsmittel namens Gamma-Hydroxybuttersäure (Gamma-butyrolactose, GBL) konzentriert. Dessen Moleküle werden in der Fachliteratur als im monomerischen Zustand thermisch zu stabil beschrieben, um Polymere zu bilden.

„Beschäftige dich nicht mit diesem Monomer. Du kannst kein Polymer daraus machen“, galt hier bislang als Lehrmeinung. Professor Chen und seine Kollegin fanden dagegen nicht nur heraus, wie sich die einzelnen monomeren Moleküle zu polymeren Ketten verbinden ließen. Sie entwickelten sogar Polymere in verschiedenen Grundstrukturen, je nach Katalysator und Testbedingungen. Für ihre Versuche benutzten die Chemiker sowohl metallhaltige wie auch metallfreie Katalysatoren, um Poly(GBL) herzustellen. Dieses Material ist chemisch zum kommerziellen Biomaterial namens Poly(4-hydroxybutyrate) oder P4HB äquivalent. Allerdings wird P4HB mithilfe von Bakterien gewonnen und benötigt einen teureren, komplexeren Herstellungsprozess als die meisten Kunststoffe; demgegenüber kann PγBL mit deutlich weniger Aufwand erzeugt werden.

Grafik: Jing Tang/Chen lab [1]

Grafik: Jing Tang/Chen lab

Vorläufiges Patent beantragt

Die Forscher setzten das Material spezifisch geplanten Reaktionsbedingungen aus: Wurde GBL tiefen Temperaturen unterzogen – die Schmelztemperatur von γ-Butyrolacton liegt bei 43,5 Grad Celsius – bildeten sich Polymere. Wurde Poly-γ-Butyrolacton (PγBL) hingegen für eine Stunde auf 220 Grad Celsius (bei linearen Polymeren) oder 300 Grad Celsius (bei verzweigten Polymeren) erhitzt, konvertierte es in seinen monomeren  Ursprungszustand zurück: Der Siedepunkt des Materials liegt bei 206 Grad Celsius. Das Material kann also ohne Verluste recycelt und zu 100 Prozent für die Herstellung neuer Kunststoffprodukte verwendet werden. Damit galt der Zeitschrift „Nature Chemistry“, die über die Polymerisation wissenschaftlich berichtete, die Recycelbarkeit des Stoffes durch einfaches Erhitzen als vollständig belegt.

Indem er mit dem fertig verfügbaren GBL begann und es als Ersatzmaterial für P4HB identifizierte, scheint Eugene Chen ein vielversprechendes Marktpotenzial entdeckt zu haben. Ein vorläufiges Patent wurde mithilfe der Colorado States University Ventures beantragt. Inwieweit das Verfahren großtechnisch umsetzbar ist, muss sich noch erweisen. Professor Chen ist jedoch überzeugt: „In meinen 15 Jahren an der Universität würde ich das wahrscheinlich als die aufregendste Arbeit meine Gruppe bezeichnen. Diese Arbeit schafft eine Klasse wirklich nachhaltiger Biopolymere, die beides sind: biologisch erneuerbar und recycelbar und aus einem biologischen Monomer bestehen, der bislang als nicht polymerisierbar erklärt wurde.“

www.online.colostate.edu [2]

Grafik: Jing Tang/Chen lab

(EUR0216S13)