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Materialforschung: Schweizer Forscher entwickeln Recycling-fähiges Kunstharz

Verbundwerkstoffe auf Epoxydbasis sind robust und werden vielfach verwendet, etwa in Windrädern. Ein Schweizer Team will sie auch recyclingfähig machen.



Epoxidharz ist ein vielseitiger und viel genutzter Werkstoff. Er hat allerdings einen entscheidenden Nachteil: Er kann nicht recycelt werden. Bisher jedenfalls nicht. Schweizer Forscher wollen das ändern.

Das Team von der Eidgenössischen Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (Empa) um Sabyasachi Gaan hat einen Kunststoff auf Epoxidharzbasis entwickelt, der vollständig recycelbar ist. Daneben hat er noch andere praktische Eigenschaften: Er könne repariert werden, und er sei zudem schwer entflammbar, schreiben die Forscher in der Fachzeitschrift Chemical Engineering Journal.

Epoxidharze gehören zu den Duromeren. Bei dieser Art von Kunststoffen sind die Polymerketten engmaschig miteinander vernetzt. Das verleiht ihnen gute mechanische und thermische Eigenschaften – kombiniert mit Glas- oder Kohlenstofffasern werden daraus Bauteile beispielsweise für Schiffe, Flugzeuge und Windkraftanlagen hergestellt.

Duromere können nicht eingeschmolzen werden

Wegen der engen Vernetzung der Polymere lassen sich die Duromere nicht mehr einschmelzen – anders als Thermoplaste wie etwa PET. Diese wiederum haben nicht die mechanischen und thermischen Eigenschaften der Duromere.

Das Empa-Team hat dem Epoxidharz ein Molekül aus der Klasse der Phosphonsäureester zugesetzt. Diese Moleküle bilden ein dichtes Netzwerk auf der Basis von Phosphor-Kohlenstoff- und Phosphor-Sauerstoff-Bindungen. Diese Bindungen sind reversibel. Sie lösen sich bei starker Hitzezufuhr und lagern sich innerhalb des Polymer-Netzwerks um. Das bedeutet, dass sich das Kunstharz wieder einschmelzen lässt.

Das zugesetzte Molekül sei ursprünglich als Flammschutzmittel synthetisiert worden, sagte Wenyu Wu Klingler von der Empa. Dadurch sei das Kunstharz schlechter entflammbar als herkömmliche Kunstharze.

Das neue Kunstharz könnte laut dem Empa-Team deshalb zur Beschichtung von Holzböden eingesetzt werden: Es würde eine transparente und widerstandsfähige Schicht bilden, die zudem gute flammhemmende Eigenschaften aufweist. Kratzer und andere Beschädigungen könnten mit Hilfe von Druck und Hitze wieder repariert werden.

Für die Zukunft wünscht sich das Team einen Verbundwerkstoff, bei dem die Fasern und die Kunststoffmatrix voneinander getrennt und wiederverwendet werden können. "Heute sind faserverstärkte Kunststoffe praktisch nicht recycelbar, außer unter *******n Bedingungen, die die Fasern beschädigen", sagte 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."

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