Ein Forschungsteam der Universität Bayreuth hat eine neue Klasse von Polymeren entwickelt, die sich bei niedrigen Temperaturen allein durch Druck verformen lassen. Die sogenannten baroplastischen Triblock-Copolymere aus Polyestern könnten damit eine Alternative zu herkömmlichen Thermoplasten darstellen, deren Verarbeitung meist hohe Temperaturen und entsprechend viel Energie erfordert.
Die Materialien liegen zunächst als Pulver vor und lassen sich durch Pressen zu Formkörpern verarbeiten. Nach Angaben der Forschenden eröffnet dies vor allem dort neue Möglichkeiten, wo hitzeempfindliche Zusätze eingesetzt werden sollen. Dazu zählen etwa Enzyme oder Proteine, die in klassischen thermoplastischen Verfahren nur schwer oder gar nicht verarbeitet werden können.
Vielfältige Anwendungsmöglichkeiten
Ein mögliches Anwendungsfeld sieht das Team in technischen Systemen zur Abwasserreinigung. Verkapselte Enzyme könnten dort künftig zum Abbau von Mikroplastik beitragen. Zugleich adressiert der Ansatz ein weiteres Problem vieler Kunststoffe, ihre unzureichende Abbaubarkeit. Die neuen Polyester sollen unter industriellen Kompostierbedingungen innerhalb von zwei Monaten abgebaut werden können. Dadurch könnten langlebige Rückstände und die Bildung von Mikroplastik reduziert werden.
Neben der Kompostierbarkeit verweisen die Forschenden auf weitere Kreislaufoptionen. Die Polymere lassen sich demnach sowohl chemisch als auch physikalisch recyceln. Das könnte ihre Wiederverwendung in technischen Anwendungen ermöglichen. Zudem seien sie vergleichsweise kontrolliert herstellbar, was für eine spätere Skalierung relevant wäre.
Überraschende Kombination von Eigenschaften
„Es war für mich sehr überraschend, dass bestimmte Vertreter der Blockcopolymere baroplastische Eigenschaften zeigen und zudem auch noch kompostierbar sind. Ich sehe damit noch sehr viele weitere Möglichkeiten, die weit über meine bisherigen Arbeiten hinausgehen. Ich freue mich, dass ich zu dieser Entwicklung einen Beitrag leisten konnte und damit die Welt verbessern kann,“ sagt Dr. Chengzhang Xu des Lehrstuhls Makromolekularen Chemie und des Bayerischen Polymerinstituts der Universität Bayreuth.
Prof. Dr. Seema Agarwal, Leiterin der Forschungsgruppe Advanced Sustainable Polymers an der Universität Bayreuth, betont: „Die Studie zeigt das besondere Zusammenspiel der interdisziplinär zusammenarbeitenden Teilprojekte des SFB 1357 Mikroplastik, die eine derartige Entwicklung erst ermöglichen: von der Synthetisierung, Charakterisierung, Prozessierung und Abbaubarkeitstests der Makromolekularen Chemie, über die enzymatische Aktivitätstests der Biochemie bis hin zu ökotoxikologischen Tests der Tierökologie.“
Die Studie entstand im Rahmen des Sonderforschungsbereichs 1357 „Mikroplastik“, der seit 2019 von der Deutschen Forschungsgemeinschaft gefördert wird. Nach Angaben von Prof. Dr. Seema Agarwal, Leiterin der Forschungsgruppe Advanced Sustainable Polymers, beruht die Entwicklung auf der Zusammenarbeit mehrerer Disziplinen. Beteiligt waren unter anderem die Makromolekulare Chemie, die Biochemie und die Tierökologie. Untersucht wurden Synthese, Materialeigenschaften, Verarbeitung, Abbaubarkeit, enzymatische Aktivität und ökotoxikologische Aspekte.
Die neuen Polyester könnten energieärmer verarbeitet werden, funktionale Zusätze ermöglichen, recycelt werden und unter geeigneten Bedingungen abbaubar sein. Bis zu einer industriellen Anwendung dürften jedoch weitere Tests zur Skalierbarkeit, Langzeitstabilität und Prozessintegration erforderlich sein.
Bild oben: Forschende der Universität Bayreuth haben eine neue Polymerklasse entdeckt, die sich bei niedriger Temperatur und geringem Druck bereits formen lässt. Foto: Rika Schneider UBT
