Polythioenone sind recycelbare Polymere für den 3D-Druck. Können sie Kunststoffabfälle reduzieren und eine nachhaltige Alternative zu herkömmlichen Materialien bieten? (Bild: osmantalha - Unsplash)
Die 3D-Drucktechnologie hat sich als flexible und effiziente Fertigungsmethode etabliert. Allerdings sind viele der verwendeten Polymere nur begrenzt wiederverwertbar. Ein Forschungsteam um Will R. Gutekunst und H. Jerry Qi vom Georgia Institute of Technology hat nun eine neue Polymerklasse entwickelt: die Polythioenone. Diese Materialien sind sowohl mechanisch als auch chemisch rezyklierbar und zeigen bessere mechanische Eigenschaften als herkömmliche Polyolefine.
Warum ist Recycling im 3D-Druck ein Problem?
Beim Schmelzschichtverfahren (Fused Filament Fabrication, FFF) wird ein thermoplastischer Kunststoff durch eine erhitzte Düse gepresst, wo er schmilzt und schichtweise aufgetragen wird. Dieses Verfahren ermöglicht präzise Fertigungen mit minimalem Materialverlust, doch die meisten verwendeten Kunststoffe lassen sich nur schwer recyceln. Nach der Nutzung können sie nicht einfach in ihre Monomer-Bausteine zerlegt und erneut verwendet werden. Das führt zu einer hohen Menge an Kunststoffabfällen und einem hohen Verbrauch fossiler Rohstoffe.
Wie funktionieren Polythioenone?
Die neu entwickelten Polythioenone basieren auf zyklischen Thioenonen (CTE), einer Monomer-Familie mit sieben Kohlenstoffatomen, einem Schwefelatom sowie einer C=C-Doppelbindung und einer Carbonylgruppe. Diese Monomere lassen sich über die sogenannte Thia-Michael-Addition polymerisieren. Der entscheidende Vorteil: Die Reaktion ist reversibel, sodass die Polymere bei Bedarf depolymerisiert und mit einer 90%igen Ausbeute wieder in ihre Ausgangsmonomere zerlegt werden können.
Besonders vielversprechend ist PCTE-Ph, eine Variante mit einer Phenylring-Seitengruppe. Dieses Polymer zeichnet sich durch hohe thermische Stabilität und mechanische Festigkeit aus. Zudem kann es mit gängigen 3D-Druckverfahren verarbeitet und mit Füllstoffen sowie Farbstoffen kombiniert werden.
Welche Vorteile bieten Polythioenone?
Gedruckte Bauteile aus PCTE-Ph lassen sich mechanisch recyceln, indem sie einfach aufgeschmolzen und erneut verarbeitet werden. Dabei bleiben die Materialeigenschaften wie Zugfestigkeit und thermische Stabilität erhalten.
Ein weiterer Vorteil ist die chemische Rezyklierbarkeit. Mithilfe eines Katalysators kann das Polymer wieder in seine Monomere zerlegt werden, die dann erneut polymerisiert werden können. Dies reduziert nicht nur den Kunststoffabfall, sondern könnte langfristig auch den Bedarf an fossilen Rohstoffen senken.
Ein Schritt in Richtung Kreislaufwirtschaft?
Die Forscher sehen in Polythioenonen eine vielversprechende Möglichkeit, die Kreislaufwirtschaft in der Kunststoffverarbeitung voranzutreiben. Die Kombination aus hoher Leistungsfähigkeit, einfacher Verarbeitung und Rezyklierbarkeit könnte dazu beitragen, nachhaltigere Materialien für industrielle Anwendungen zu etablieren.
Die Ergebnisse sind in der Zeitschrift Angewandte Chemie erschienen. Link zum Originalartikel.
Quelle: Angewandte Chemie
Kunststoffrecycling: Der große Überblick
Sie wollen alles zum Thema Kunststoffrecycling wissen? Klar ist, Nachhaltigkeit hört nicht beim eigentlichen Produkt auf: Es gilt Produkte entsprechend ihrer Materialausprägung wiederzuverwerten und Kreisläufe zu schließen. Doch welche Verfahren beim Recycling von Kunststoffen sind überhaupt im Einsatz? Gibt es Grenzen bei der Wiederverwertung? Und was ist eigentlich Down- und Upcycling? Alles was man dazu wissen sollte, erfahren Sie hier.
SAVE THE DATE: Praxisforum Kunststoffrezyklate 2025
Merken Sie sich schon mal den 26. und 27. März 2025 vor, denn dann steht wieder das Fachforum zum Werkstofflichen Recycling in Darmstadt an.
Das Praxisforum Kunststoffrezyklate bietet geballtes Expertenwissen auf internationaler Ebene: Neben aktuellen Marktentwicklungen, Forschungsansätzen und technischen Lösungen liegt der Fokus verstärkt auf praktischen Anwendungen in den unterschiedlichsten Branchen.
Überzeugen sie sich selbst und werfen Sie einen Blick auf das vorläufige Programm.
Reservieren Sie sich den Termin in Ihrem Kalender für zwei intensive Tage, die mit neuen Erkenntnissen und Erfahrungen zum Austausch und zur Vernetzung gefüllt sind. Zur Anmeldung gelangen Sie hier.