Ein Team von Chemieingenieuren an der Zhejiang-Universität in China hat eine Möglichkeit entwickelt, Polyurethanschäume in 3D-Druckharze umzuwandeln. In ihrem in der Zeitschrift veröffentlichten Artikel Naturchemiebeschreibt die Gruppe ihre Technik und mögliche Einsatzmöglichkeiten der Harze.
Um den Komfort von Produkten zu erhöhen, werden Polyurethanschäume (auch Schaumgummi genannt) verwendet, wie sie in Autositzen, Sofas und Matratzen vorkommen. Dabei handelt es sich eigentlich um eine Art Kunststoff, der sich ausdehnt, indem Gasblasen mithilfe eines Treibmittels in Mischungen gezwungen werden. Aufgrund des Aushärtungsprozesses, mit dem sie hergestellt werden, ist es bekanntermaßen schwierig, solche Schäume zu recyceln.
Aktuelle Ansätze sind, wie die Forscher anmerken, tendenziell wirtschaftlich unattraktiv und führen auch zur Produktion minderwertiger Nebenprodukte. Aus diesem Grund landen die meisten dieser Produkte auf einer Mülldeponie. Im Rahmen dieser neuen Anstrengung hat das Team in China einen neuartigen Ansatz zum Recycling solcher Materialien entwickelt – einen, der ihrer Meinung nach sowohl kostengünstig als auch skalierbar ist. Sie beschreiben es als Beispiel für chemisches Upcycling, bei dem typischerweise weggeworfene Materialien in hochwertige Produkte umgewandelt werden.
Der neue Ansatz beinhaltet das, was die Forscher als Fragmentierungs- und Rekonstruktionsansatz bezeichnen. Dabei wird der Schaum zunächst in winzige Stücke zermahlen und dann je nach Art des zu behandelnden Schaums in Dimethylformamid und einem geeigneten Katalysator eingeweicht. Die Dauer hängt auch vom jeweiligen zu behandelnden Material ab. Das resultierende Material wird dann als Ausgangsmaterial für den Wiederaufbau eines neuen Polymernetzwerks verwendet, was durch Vorhärten und anschließendes Nachhärten erreicht wird. Dadurch wird das Material in ein Doppelnetzwerkmaterial umgewandelt, das als 3D-Druckharz verwendet werden kann. Er kann auf die gleiche Weise wie der Originalschaum auch chemisch fragmentiert werden.
Das Forschungsteam behauptet, dass ihr Verfahren dazu genutzt werden könnte, die Umweltauswirkungen von Polyurethanschäumen zu verringern und auch die Kosten der Originalmaterialien zu senken, zusätzlich dazu, dass es als Basismaterial für den Druck von 3D-Objekten dienen könnte. Sie schlagen außerdem vor, dass ihre Methode für die Verwendung mit anderen Materialien wie Polyestern und Epoxidharzen angepasst werden könnte.
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Zenghe Liu et al., Chemisches Upcycling von handelsüblichen duroplastischen Polyurethanschäumen zu Hochleistungsharzen für den 3D-Fotodruck, Naturchemie (2023). DOI: 10.1038/s41557-023-01308-9
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