Apropos K

Das zweite Leben von Polyurethanen

Der Chemieprofessor Steven Zimmerman (l.), Doktorand Ephraim Morado, und Kollegen erfinden neue Wege, um Polyurethan (PU) in kleineste Bestandteile zu zerlegen und diese dann wieder zu qualitativ hochwertigen Produkten weiter zu verarbeiten. Foto: L. Brian Stauffer

Das abbaubare Polyurethanmaterial (rosa Streifen) quillt und löst sich dann in Säure, die mit einem organischen Lösungsmittel gemischt wird (linke Ampulle auf beiden Fotos), nicht aber in Säure, die mit Wasser gemischt ist (rechte Ampulle auf beiden Fotos). Bild: Steven Zimmerman und Ephraim Morado

Polyurethan wird in einer Vielzahl von Materialien verwendet, darunter Farben, Schaumstoffmatratzen, Sitzkissen und Isolierungen. Diese vielfältigen Anwendungen erzeugen große Abfallmengen. Ein Team an der Universität von Illinois hat eine Methode entwickelt, um Polyurethan-Abfälle zu zersetzen und in andere nützliche Produkte umzuwandeln.

Allein in den USA fallen jährlich rund 1,3 Millionen Tonnen Polyurethan-Abfälle an. Der Abfall landet normalerweise auf Mülldeponien oder wird verbrannt, ein Prozess, der einen großen Energieeinsatz erfordert und giftige Nebenprodukte erzeugt. "Wir wollen das Abfallproblem lösen, indem wir Polyurethan wiederverwenden", sagte Ephraim Morado, ein Doktorand im Labor des Chemieprofessors Steven Zimmerman, der die Forschung leitete.

Polyurethane bestehen aus zwei schwer zersetzbaren Komponenten: Isocyanaten mit den elementaren Grundbausteinen Stickstoff, Kohlenstoff und Sauerstoff sowie Alkoholgruppen, sogenannten Polyolen. "Polyole sind in der Regel erdölbasiert und nicht degradierbar", sagte Morado. Um dies aber möglich zu machen, fügte der Wissenschaftler leicht abbaubare chemische Einheiten, namentlich Acetal, in die Polyolstrtuktur ein. Aufgrund der Wasserbeständigkeit von Polyurethanen, haben die Forscher eine Acetaleinheit kreiert, die sich in anderen Lösungsmitteln als Wasser abbaut: "Wenn wir eine Kombination aus Trichloressigsäure und Dichlormethan zugeben, quillt das Material auf und zersetzt sich schnell bei Raumtemperatur", sagte Morado. Die gebildeten Abbauprodukte lassen sich dann zu neuen Materialien umfunktionieren. Beispielsweise ist es den Wissenschaftlern gelungen Elastomere, wie sie in Gummibändern, Verpackungen und Autoteilen verwendet werden, in einen Klebstoff umzuwandeln.

Die Forscher testen die gleiche Technik auch an anderen Polyurethan-Materialien, um das Anwendungsspektrum zu erweitern. Und sie arbeiten an Lösungswegen, die den Abbau der Kunststoffe kostengünstiger und effizienter gestalten, und zwar unter Einsatz umwelt- und arbeitsplatzfreundlicherer Lösungsmittel wie Essig. „Die Polyurethanmaterialien haben zwar unterschiedliche Eigenschaften, die auf der chemischen Struktur des Isocyanats beruhen“, sagte Zimmerman. Doch man sei in der Lage, die Struktur des Acetals entsprechend zu verändern und der Aufgabenstellung anzupassen." Die zweite Hürde, die sie zu nehmen hätten, sei es, ein Patent für ihre Entwicklung zu erhalten und ein Unternehmen zu finden, das an einer Kommerzialisierung ihrer Forschung interessiert ist. “ (GD)

Quelle

University of Illinois at Urbana-Champaign