Chemiker der ETH Zürich verwandeln Polyolefinabfälle in Industrieklebstoffe
Ein lichtgesteuertes chemisches Pfropfverfahren verwertet Polyethylen und Polypropylen zu höherwertigen Produkten, ohne ihre Polymergerüste abzubauen.
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Chemiker der ETH Zürich haben ein photochemisches Einstufenverfahren entwickelt, das aus weggeworfenen Plastiktüten und -flaschen hochfeste Klebstoffe macht. Das Verfahren setzt bei Polyolefinen an, die etwa die Hälfte der jährlich 450 Millionen Tonnen produzierten Kunststoffs ausmachen, und vermeidet damit die für das übliche mechanische Recycling typische Verschlechterung der Materialqualität.
Inerte Kohlenstoffketten mit Licht aktivieren
Polyolefine wie Polyethylen (PE) und Polypropylen (PP) bestehen fast ausschließlich aus Kohlenstoff- und Wasserstoffatomen. Diese einfache Struktur entbehrt der reaktiven chemischen Stellen, die für einen gezielten chemischen Abbau nötig sind, weshalb Recyclingbetriebe üblicherweise auf Pyrolyse angewiesen sind – ein energieintensives Verfahren, das Polymere bei hohen Temperaturen zu rohen Erdölausgangsstoffen aufspaltet. Wie Interesting Engineering berichtet, entwickelte das Forschungsteam unter Leitung von Tae-Lim Choi, Professor für Polymerchemie an der ETH Zürich, eine Alternative, die das ursprüngliche Polymergerüst erhält und zugleich funktionelle chemische Seitenketten anfügt.
„Unser Klebstoff ist ein Produkt der ersten Generation. Künftig werden Kunststoffe mit völlig neuen Eigenschaften möglich sein.“
— Tae-Lim Choi, Professor für Polymerchemie an der ETH Zürich
Eine Einstufenreaktion ohne teure Katalysatoren
Der chemische Prozess löst Kunststoffabfälle in einem chlorierten Lösungsmittel und setzt die Mischung anschließend kurzwelligem Licht aus. Diese Bestrahlung erzeugt reaktive Chlorradikale, die bestimmte Kohlenstoffatome entlang der Polymerkette aktivieren, ohne das Rückgrat aufzubrechen. Diese aktivierten Stellen dienen als Ankerpunkte, an denen Chemiker neue Polymerketten mit maßgeschneiderten Funktionalitäten aufpfropfen können, darunter saure, basische oder wasseranziehende Gruppen. Die Reaktion erfordert weder hohe Betriebstemperaturen noch teure Metallkatalysatoren, und die Forscher stellen die Pfropfdichte durch Abstimmung der Chlorierung des Lösungsmittels und der Lichtwellenlänge ein. Das resultierende Material verbindet Holz, Glas und Metalle mit einer Festigkeit, die für lasttragende Bauteile in der Fahrzeugfertigung ausreicht.
Patentschutz und industrielle Tests
Die Universität erkannte das kommerzielle Potenzial der chemischen Erfindung und sicherte sich Rechte am geistigen Eigentum. Die ETH Zürich reichte eine Patentanmeldung für das Pfropfverfahren ein und nominierte die Anmeldung für ihren jährlichen Spark Award, eine Initiative, die die vielversprechendsten kommerziellen Erfindungen der Hochschule würdigt. Seit der Veröffentlichung des Patents vor sechs Monaten hat die Forschungsgruppe begonnen, Formulierungen mit externen Industriepartnern zu testen. Über Klebstoffe hinaus weist das Team um den leitenden Wissenschaftler Hongsik Kim darauf hin, dass das gepfropfte Material als struktureller Bindemittel dienen kann, um minderwertige Recyclingkunststoffe zu verstärken, und so die materielle Nachhaltigkeit in nachgelagerten Fertigungsströmen voranbringt.
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