Neue Wege und Methoden: Nicht recycelbare Materialien recyceln

Epoxidharz ist ein vielseitiger, widerstandsfähiger Kunststoff, der als Ergänzung zu Glas- oder Kohlenstofffasern für die Produktion von Windkraftanlagen, Autos, Schiffen, Zügen oder Flugzeugen genutzt wird. Faserverstärkte Kunststoffe auf Epoxidbasis sind nicht nur deutlich leichter als Metall. Zugleich überzeugen die Kunststoffe mit thermischen und mechanischen Vorzügen.

Nicht recycelbar

Ein deutlicher Minuspunkt dieses Materials besteht jedoch darin, dass faserverstärkte Kunststoffe nicht recycelt werden können. Bislang kann der Kunststoff nur unter Extrembedingungen recycelt werden, die wiederum den Fasern schaden. Haben die faserverstärkten Kunststoffe einmal ausgedient, werden sie daraufhin verbrannt oder auf Deponien entsorgt.

Ein wichtiger Grund für die fehlende Recycelbarkeit der Epoxidharze ist die chemische Struktur.

Da Polymerketten in diesen Duromer-Kunststoffen sehr engmaschig miteinander verbunden sind, werden die Materialien stabilisiert. Die irreversible Vernetzung verleiht dem Material zwar Stabilität, wirkt jedoch auch einem Wiedereinschmelzen entgegen. Bei ausgehärtetem Epoxidharz werden Querverstrebungen in dem Polymernetzwerk dauerhaft verfestigt. Infolgedessen kann das Material nicht mehr verformt werden.

Wiederverwendbarer Kunststoff auf Epoxidbasis

Aus dem Grund entwickelten Forscher nunmehr einen neuartigen Kunststoff auf Epoxidbasis, der Vorzüge von Duromeren mit wiederverwendbaren Eigenschaften kombiniert. Dadurch entsteht ein neues Material, das gegenüber Druck und Hitze stabil genug ist. Dennoch ist das Material reparabel, recycelbar und wesentlich schwerer als normales Epoxidharz entflammbar.

Die Eigenschaften unterstreichen integrierte Querstreben. Diese Querstreben werden in die Epoxidharz-Matrix eingefügt, um Polymerketten reversibel miteinander zu verbinden. Dieses Ziel erreichten die Forscher durch die Beimengung eines Moleküls aus der Kategorie der Phosphorsäureester. In der Polymermatrix formen die Moleküle ein relativ dichtes Netzwerk, das auf Phosphor-Sauerstoff- und Phosphor-Kohlenstoff-Bindungen basiert. Im Gegensatz zum bisherigen Epoxidharz lösen sich die Bindungen jedoch wieder unter massiver Hitzeeinwirkung. Deren Umlagerung ist innerhalb des Polymer-Netzwerks möglich.

Unter hohen Temperaturen schmelzen

Das neue Epoxidharz ist dazu in der Lage, unter hohen Temperaturen wieder zu schmelzen und bei Bedarf zu verformen. Aufgrund dieser Eigenschaften ist es auch möglich, dass faserverstärkte Verbundstoffe recycelt werden können. Eine Herstellung von Kohlenstofffasern erfordert sehr viel Energie und setzt hohe Mengen an CO2 frei.

Möglichkeiten fürs Recycling würden den Preis für das Material zudem deutlich reduzieren.

Da das beigemengte Molekül ein Flammschutzmittel ist, ist das neuartige Epoxidharz wesentlich weniger brennbar als herkömmliche Epoxidharze. Deshalb stünde der neue Kunststoff unter anderem für eine Beschichtung von Fußböden aus Holz zur Verfügung. Der Epoxidharz formt eine widerstandsfähige, transparente Beschichtung mit flammhemmenden Eigenschaften – ein deutlicher Vorteil gegenüber bisherigen Epoxidharzen.

Für viele Einsatzmöglichkeiten geeignet

Ein großer Vorteil des neuartigen Materials besteht darin, dass das Epoxidharz für viele unterschiedliche Zwecke geeignet ist. Die Recycelbarkeit, Reparierbarkeit und der Flammschutz sprechen für das Material. Zudem ist es möglich, weitere Eigenschaften dem jeweiligen Verwendungszweck anzupassen. Beispielsweise sollte der Kunststoff für eine Holzbeschichtung im Outdoorbereich besonders witterungsfest sein.

Für die Herstellung faserverstärkter Kunststoffe sollten die Materialien Fließeigenschaften aufweisen. Zur Weiterverfolgung dieser und weiterer Nutzungsmöglichkeiten halten Forschende nunmehr nach Industriepartnern Ausschau. Chancen für kommerzielle Erfolge sind hoch. Schließlich ist das modifizierte Kunstharz nicht nur recycelbar, sondern zugleich einfach und günstig in dessen Produktion.