Neuer Kunststoff schützt vor Flammen – und vor Verschwendung
Empa-Forschende haben ein Epoxidharz entwickelt, das sich reparieren und recyceln lässt – und zudem schwer entflammbar und mechanisch widerstandsfähig ist. Mögliche Anwendungen reichen von Beschichtungen für Parkettböden bis hin zu Verbundwerkstoffen für Züge und Flugzeuge.
Nun haben Empa-Forschende um Sabyasachi Gaan vom Empa-Labor «Advanced Fibers» einen Kunststoff auf Epoxidharzbasis entwickelt, der vollständig recycelbar, reparierbar und zudem schwer entflammbar ist – und dabei die günstigen thermomechanischen Eigenschaften von Epoxidharzen beibehält. Ihre Ergebnisse haben sie in der Zeitschrift Chemical Engineering Journal veröffentlicht.
Das Recyceln von Epoxidharzen ist alles andere als trivial, denn diese Kunststoffe zählen zu den sogenannten Duromeren. Bei dieser Art von Kunststoffen sind die Polymerketten engmaschig miteinander vernetzt. Diese chemischen Verbindungen verunmöglichen das Schmelzen. Ist der Kunststoff einmal ausgehärtet, lässt er sich nicht mehr verformen.
Anders verhält es sich bei Thermoplasten, wie beispielsweise PET oder Polyolefine. Ihre Polymerketten liegen eng aneinander, sind aber nicht miteinander verbunden. Unter Hitzeeinwirkung lassen sich diese Kunststoffe schmelzen und in neue Formen bringen. Nur: Wegen der fehlenden Vernetzung sind ihre mechanischen Eigenschaften bei erhöhten Temperaturen in der Regel nicht so vorteilhaft wie diejenigen von Duromeren.
Reversible Bindung
Das besondere Epoxidharz, das die Empa-Forschenden in Zusammenarbeit mit nationalen und internationalen Partnern entwickelt haben, ist eigentlich ein Duromer – lässt sicher aber, im Gegensatz zu anderen Duromeren, wie ein Thermoplast schmelzen. Der Schlüssel dazu ist der Zusatz eines besonderen funktionalen Moleküls aus der Klasse der Phosphonsäureester in die Harzmatrix. „Wir haben dieses Molekül ursprünglich als Flammschutzmittel synthetisiert“, sagt Empa-Wissenschaftlerin Wenyu Wu Klingler, die diese Technologie miterfunden hat. Die Bindung, die das Molekül mit den Polymerketten des Epoxidharzes eingeht, ist aber reversibel, lässt sich also unter bestimmten Bedingungen wieder lösen. Dies lockert die Vernetzung der Polymerketten, sodass sie sich schmelzen und verformen lassen.
Solche Werkstoffe, auch Vitrimere genannt, sind erst seit rund zehn Jahren bekannt und gelten als besonders vielversprechend. „Heute sind faserverstärkte Kunststoffe praktisch nicht recycelbar, ausser unter extremen Bedingungen, die die Fasern beschädigen“, erklärt Wu Klingler. „Haben sie einmal ausgedient, werden sie verbrannt oder in Deponien entsorgt. Mit unserem Kunststoff wäre es erstmals möglich, sie erneut in den Stoffkreislauf zu bringen.“
Weitere Informationen finden Sie auf der Empa-Website.
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