Neue Polymerklasse verbessert Recycling im 3D-Druck

ATLANTA / MÜNCHEN (IT BOLTWISE) – Die Entwicklung neuer Materialien im Bereich des 3D-Drucks könnte einen bedeutenden Beitrag zur Reduzierung von Plastikmüll leisten. Ein Forschungsteam aus den USA hat eine innovative Polymerklasse vorgestellt, die sowohl leistungsstark als auch recycelbar ist.

Die 3D-Drucktechnologie hat sich in den letzten Jahren rasant entwickelt und bietet zahlreiche Möglichkeiten zur Herstellung komplexer Kunststoffbauteile. Ein zentrales Problem bleibt jedoch der Mangel an Polymeren, die sowohl den hohen Leistungsanforderungen genügen als auch umweltfreundlich recycelt werden können. Hier setzt die Forschung an neuartigen thermoplastischen Polymeren an, die nicht nur die Umweltbelastung durch Plastikmüll reduzieren, sondern auch fossile Rohstoffe einsparen könnten. Ein Forschungsteam des Georgia Institute of Technology hat nun eine neue Polymerklasse entwickelt, die diese Anforderungen erfüllt. Diese Polymere, bekannt als Polythioenone, bieten eine vielversprechende Lösung für die Herausforderungen im 3D-Druck. Sie lassen sich sowohl mechanisch als auch chemisch recyceln und übertreffen herkömmliche Polyolefine in ihren mechanischen Eigenschaften. Der Schlüssel zu ihrem Erfolg liegt in einem speziellen, ringförmigen Baustein, der die Grundlage für die Synthese dieser Polymere bildet. Die Synthese dieser neuartigen Polymere basiert auf der Entwicklung geeigneter Monomere. Diese kleinen, reaktionsfähigen Moleküle dienen als Bausteine für die Bildung von Polymeren. Die Forscher um Will R. Gutekunst und H. Jerry Qi haben eine neue Monomer-Familie entwickelt: die zyklischen Thioenone. Diese Monomere bestehen aus sieben Kohlenstoffatomen und einem Schwefelatom und enthalten eine C=C-Doppelbindung sowie eine Carbonylgruppe. Durch die Öffnung des Rings polymerisieren sie und bilden eine wachsende Polymerkette. Diese Reaktion verläuft reversibel, sodass die entstehenden Polythioenone sich wieder depolymerisieren lassen. Ein besonders vielversprechendes Ergebnis dieser Forschung ist das Polymer PCTE-Ph, das aus einer Monomer-Variante mit einem aromatischen Sechsring als Seitengruppe synthetisiert wurde. PCTE-Ph zeichnet sich durch seine thermische Stabilität und hervorragenden mechanischen Eigenschaften aus. Es lässt sich mit handelsüblichen 3D-Druckern verarbeiten und kann mechanisch recycelt werden, indem es einfach wieder aufgeschmolzen und erneut verarbeitet wird. Alternativ kann ein katalytischer Prozess das Material mit einer Ausbeute von 90 Prozent wieder in die Ausgangsmonomere spalten. Diese Monomere stehen dann für weitere Polymerisationsrunden zur Verfügung. Diese Entwicklungen könnten nicht nur die Effizienz und Nachhaltigkeit des 3D-Drucks verbessern, sondern auch neue Möglichkeiten für die industrielle Anwendung eröffnen. Die Fähigkeit, Materialien mehrfach zu recyceln, ohne ihre Eigenschaften zu verlieren, könnte die Akzeptanz und Verbreitung dieser Technologie in verschiedenen Branchen fördern. Die Forschungsergebnisse wurden in der Fachzeitschrift Angewandte Chemie veröffentlicht und bieten einen vielversprechenden Ausblick auf die Zukunft des 3D-Drucks und des Materialrecyclings.

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