Neuartiges Epoxidharz löst ein großes Problem von Kunststoffen

Epoxidharze sind sehr vielseitige Kunststoffe und finden in verschiedensten Bereichen Anwendung. Sie werden etwa zu Herstellung von Bauteilen für Flugzeuge, Autos, Züge, Schiffe und Windkraftanlagen verwendet. Eines der größten Probleme an ihnen: Sie sind nicht recyclebar. 

Die schweizerische Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt Empa könnte nun eine Lösung für dieses Problem haben. Forschende um Sabyasachi Gaan vom Empa-Labor “Advanced Fibers” haben ein neuartiges, feuerfestes Material auf Epoxidharzbasis entwickelt, das sich reparieren und recyclen lässt. Zudem ist es schwer entflammbar und behält dabei die günstigen thermomechanischen Eigenschaften von Epoxidharzen bei. Ihre Ergebnisse haben sie in der Zeitschrift Chemical Engineering Journal veröffentlicht, wie die Empa selbst berichtet. 

Schwierige Epoxidharze

Das Recyclen von Epoxidharzen sei laut den Forschenden sehr schwierig. Grund sei, dass die Kunststoffe zu den sogenannten Duromeren zählen. Bei dieser Art von Kunststoffen seien die Polymerketten engmaschig miteinander vernetzt. Ist der Kunststoff einmal ausgehärtet, lässt er sich nicht mehr verformen.

Thermoplasten wie PET oder Polyolefine würden sich anders verhalten. Mittels Hitze lassen sie sich schmelzen und in neue Formen bringen. Der Nachteil ist, dass sie gleichzeitig natürlich auch anfällig für hohe Temperaturen sind. 

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Das Beste aus beiden Welten

Das besondere Epoxidharz, das die Empa-Forschenden entwickelt haben, sei demnach eigentlich ein Duromer, lasse sicher aber, im Gegensatz zu anderen Duromeren, wie ein Thermoplast schmelzen, berichtet die Empa. 

Möglich wird das durch ein Molekül aus der Klasse der Phosphorsäureester. Jenes geht eine Bindung mit den Polymerketten des Epoxidharzes ein, wodurch das Material feuerfest wird. Nun ist es aber auch so, dass es sich unter bestimmten Bedingungen wieder lösen lässt. Dadurch lassen sich die Polymerketten wieder schmelzen und verformen. Solche Werkstoffe, die auch als Vitrimere bekannt sind, seien erst seit rund 10 Jahren bekannt, gelten aber als besonders vielversprechend.

Umweltfreundlicher

Die Vision für Gaan sei “ein Verbundwerkstoff, bei dem die Fasern und die Kunststoffmatrix komplett voneinander getrennt und wiederverwendet werden können”. Die Herstellung von Kohlenstofffasern benötige sehr viel Energie und setze enorm viel CO2 frei. “Wenn wir sie recyceln könnten, wäre ihr ökologischer Fußabdruck um einiges besser – und der Preis um einiges tiefer”, so der Wissenschaftler. 

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Neben Bereichen, wo Brandschutz ein wichtiger Faktor ist, wie in Flugzeugen, Zügen oder Schiffen könnte das neue Material auch auf Holzböden eingesetzt werden, wie die Wissenschaftler schreiben. Das Material wäre eine “transparente, widerstandsfähige Schicht, die gute flammhemmende Eigenschaften aufweist – und bei der sich Kratzer und Beschädigungen mit etwas Druck und Hitze wieder ‘heilen’ lassen”.

Um das Material marktreif zu machen, suchen die Forschenden nun nach Industriepartnern. Die Chancen für einen kommerziellen Erfolg schätzen sie als gut ein.