PBS-Vitrimere für eine umweltfreundlichere Zukunft

Poly(butylensuccinat) (PBS) hat sich aufgrund seiner biologischen Abbaubarkeit und ähnlichen Eigenschaften wie Polypropylen als praktikable Alternative zu herkömmlichen Kunststoffen erwiesen. Unter Kompostierungsbedingungen kann PBS in Wasser, Kohlendioxid und Biomasse zerfallen.

Seine lineare Struktur hat jedoch seinen Einsatz in wichtigen Herstellungsprozessen wie Schäumen und Folienblasen aufgrund von Herausforderungen hinsichtlich der Schmelzviskosität und der mechanischen Festigkeit eingeschränkt. Die Überwindung dieser Einschränkungen war ein zentraler Schwerpunkt für Forscher, die das Potenzial von PBS für nachhaltige Anwendungen erweitern möchten.

In einer bedeutenden Entwicklung haben Wissenschaftler der Southwest University in Zusammenarbeit mit der South China University of Technology die Eigenschaften von PBS durch die Einführung dynamischer Iminbindungen verbessert. Ihre Forschung, veröffentlicht im Chinesisches Journal für Polymerwissenschaft am 17. Mai 2024 beschreibt die Entwicklung von PBS-Vitrimeren (PBSVs), die verbesserte thermische, mechanische und Schmelzeigenschaften bieten und sie als vielseitigeres Material für umweltfreundliche Anwendungen positionieren.

Durch den Einbau dynamischer Iminbindungen in PBS entwickelte das Forschungsteam vitrimere Netzwerke, die sich mit den Schmelzviskositäts- und Festigkeitsbeschränkungen des Materials befassen. Durch Anpassung der Vernetzungsgrade synthetisierte das Team PBSVs, die deutliche Leistungsverbesserungen aufwiesen.

Diese Vitrimere zeigten eine ausgezeichnete thermische Wiederaufbereitbarkeit mit einer Wiederherstellung der mechanischen Eigenschaften von mehr als 90 % nach drei Verarbeitungszyklen. Darüber hinaus führten höhere Vernetzungsgrade zu schnelleren Kristallisationsraten, was die Materialleistung weiter verbesserte.

Im Gegensatz zu herkömmlichen vernetzten Polymeren behalten diese PBSVs während der Verarbeitung eine hohe Viskosität und Festigkeit bei und bieten eine haltbarere und nachhaltigere Alternative zu herkömmlichen Kunststoffen.

Jian-Bing Zeng, der Hauptforscher der Studie, erklärte: „Diese Forschung ist ein wichtiger Schritt zur Weiterentwicklung der Polymerwissenschaft. Wir haben erfolgreich PBSVs entwickelt, die die nachhaltigen, biologisch abbaubaren Eigenschaften von PBS beibehalten und gleichzeitig die Leistung verbessern.“

„Diese Fortschritte sind von entscheidender Bedeutung für die Ausweitung der Verwendung biologisch abbaubarer Materialien und könnten erhebliche Vorteile für die Umwelt bringen, indem sie effektivere Materialoptionen für Anwendungen bieten, die traditionell von nicht abbaubaren Kunststoffen dominiert werden.“

Die Entwicklung dieser verbesserten PBSVs ist für Branchen, die auf Nachhaltigkeit ausgerichtet sind, vielversprechend. Mit ihren verbesserten Schmelzeigenschaften und ihrer Wiederverarbeitbarkeit könnten PBSVs die Produktion umweltfreundlicher Verpackungen, Schaumstoffe und Einwegprodukte revolutionieren. Diese Materialien stellen eine nachhaltige Alternative zu herkömmlichen Kunststoffen dar und tragen dazu bei, die Umweltbelastung zu reduzieren.

Die weit verbreitete Einführung von PBSVs könnte den ökologischen Fußabdruck der Kunststoffindustrie erheblich verringern und den Übergang zu einer Kreislaufwirtschaft unterstützen, in der Materialien effizient recycelt und wiederverwendet werden.