Forscher entwickeln neuen biologisch abbaubaren Kunststoff mit ähnlichen thermoplastischen Eigenschaften wie Polyethylen

Polyethylen hat eine Reihe vorteilhafter Eigenschaften, aber die biologische Abbaubarkeit gehört nicht dazu. Ein Forscherteam hat nun einen Kunststoff entwickelt, der ähnliche thermoplastische Eigenschaften wie Polyethylen hat, aber auch biologisch abbaubar ist. Bei dem Material handelt es sich um einen teilkristallinen Polyester, der durch milde chemische oder biologische Prozesse vollständig in seine Ausgangsstoffe zerfällt, wie das Team in seiner im Fachblatt veröffentlichten Studie erläutert Internationale Ausgabe der Angewandten Chemie.

Polyethylen hoher Dichte (HDPE) ist ein besonders starkes und langlebiges Material. Seine thermoplastischen Eigenschaften verdankt es der inneren Struktur seiner Molekülketten, die kristallin angeordnet sind und durch Van-der-Waals-Kräfte zusätzlich angezogen werden. Auch die Molekülketten sind reine Kohlenwasserstoffe. Die Kombination aus Kristallinität und Kohlenwasserstoffgehalt bedeutet, dass Mikroorganismen, die möglicherweise den Kunststoff abbauen könnten, nicht auf die Ketten zugreifen können, um sie aufzubrechen.

Die Forschungsgruppe von Stefan Mecking und Kollegen an der Universität Konstanz, Deutschland, hat nun einen Polyester entwickelt, der eine ähnliche Kristallinität wie HDPE aufweist und auch seine vorteilhaften mechanischen Eigenschaften behält. Anders als Polyethylen enthalten Polyester auch funktionelle Gruppen, die theoretisch chemisch oder enzymatisch abgebaut werden könnten. Je kristalliner ein Polyester jedoch ist (dh je ähnlicher es HDPE ist), desto weniger leicht kann es unter normalen Umständen biologisch abgebaut werden.

Das Team war daher verständlicherweise überrascht, wie schnell sich ihr kristallines Polyester zersetzte, wenn es Enzymen ausgesetzt wurde. „Wir haben den Abbau mit natürlich vorkommenden Enzymen getestet und er war um eine Größenordnung schneller als bei unserem Referenzmaterial“, erklärt Mecking. Nicht nur enzymatische Lösungen bauten das Material ab, auch Bodenmikroorganismen konnten das Polyester vollständig kompostieren.

Aber was macht diesen Polyester so außergewöhnlich biologisch abbaubar? Das Team konnte den signifikanten Beitrag von Ethylenglykol, einem der Bausteine ​​des Polyesters, identifizieren. Mecking fügt hinzu: „Dieser Baustein ist tatsächlich in Polyestern weit verbreitet. Er verleiht Ihnen einen hohen Schmelzpunkt, erhöht aber auch die Abbaubarkeit in diesen polyethylenähnlichen Materialien.“

Aufgrund seiner guten chemischen und biologischen Abbaubarkeit zusammen mit seinen mechanischen Eigenschaften könnte der neue Polyester Anwendungen als recycelbares thermoplastisches Material mit minimaler Umweltbelastung finden. Das Endziel ist ein geschlossenes chemisches Recycling, um den Kunststoff in seine Rohstoffe zu zerlegen und neue Kunststoffe herzustellen, fügt Mecking hinzu. Der zusätzliche Vorteil des Kunststoffs des Teams besteht darin, dass Materialien, die trotz dieses geschlossenen Kreislaufs in die Umwelt gelangen, biologisch abgebaut werden können und keine bleibenden Auswirkungen hinterlassen.