University of Surrey: Neuartiges Polymer depolymerisiert bei 90°C zu Gas und bildet sich beim Abkühlen zurück

Forscher der University of Surrey haben ein Polymer entwickelt, das sich bereits bei 90 °C in gasförmige Monomere zerlegt und beim Abkühlen selbstständig wieder zum ursprünglichen festen Polymer verbindet. Das Material könnte neue Ansätze für chemisch recyclingfähige Kunststoffe sowie aufbringbare und thermisch entfernbare Beschichtungen ermöglichen. Die Ergebnisse wurden im Fachjournal "Macromolecules" veröffentlicht.

Bei dem Material handelt es sich um Poly(1,2-dithiolan), auch Poly(trimethylendisulfid) genannt. Die Forscher stellten das Polymer durch radikalische und kationische Ringöffnungspolymerisation von 1,2-Dithiolan her. Das resultierende Material ist weich, unlöslich und hydrophob und weist damit nach Angaben der Universität Eigenschaften auf, die teilweise mit Polyethylen vergleichbar sind.

Der wesentliche Unterschied liegt im thermischen Verhalten. Bei einer Erwärmung auf 90 °C depolymerisiert Poly(1,2-dithiolan) effizient zu seinen Monomeren. Diese liegen bei der entsprechenden Temperatur gasförmig vor. Beim Abkühlen polymerisieren sie ohne zusätzlichen chemischen Verarbeitungsschritt wieder zu einem festen, wasserabweisenden Polymer mit den ursprünglichen Eigenschaften. Der Vorgang lässt sich wiederholen.

Damit unterscheidet sich der Ansatz von vielen bisher untersuchten chemisch recyclingfähigen Polymeren. Diese benötigen laut University of Surrey für die Depolymerisation häufig Temperaturen von etwa 150 bis 200 °C. Zudem müssen zurückgewonnene Monomere vielfach separat aufbereitet und erneut polymerisiert werden. Beim neuen Material erfolgen Depolymerisation, Verdampfung und anschließende Polymerbildung dagegen über Temperaturänderungen.

Die Forscher demonstrierten drei mögliche Anwendungen. Polymerdampf wurde auf Oberflächen kondensiert, wodurch sich wasserabweisende Beschichtungen erzeugen ließen. Durch erneutes Erwärmen konnten diese Schichten wieder entfernt werden. Darüber hinaus wurde verunreinigtes Polymer mittels Sublimation von einem Modelladditiv getrennt und anschließend als gereinigter Feststoff zurückgewonnen.

Die Wissenschaftler sehen insbesondere bei Beschichtungen für geometrisch komplexe Oberflächen Anwendungspotenzial, bei denen flüssige Beschichtungssysteme an Grenzen stoßen können. Darüber hinaus zeigt das Verfahren einen möglichen Weg zur Reinigung und Wiederverwendung entsprechend ausgelegter Polymerwerkstoffe.

Die Arbeiten sind nach Einschätzung der Forscher zunächst als Machbarkeitsnachweis für eine neue Klasse zirkulärer Materialien zu verstehen. Das Polymer ist nicht als unmittelbarer Ersatz für konventionelle Massenkunststoffe vorgesehen. Weitere Forschungsarbeiten sollen unter anderem zeigen, wie sich die Chemie gezielt an unterschiedliche Materialeigenschaften und Anwendungen anpassen lässt.

Die Studie "Lipoic Acid Without the Side Chain: Sublimable Homopolymers and Degradable Copolymers Based on 1,2-Dithiolane" stammt von Touseef Kazmi und weiteren Forschern um Peter J. Roth von der University of Surrey. Sie ist unter der DOI 10.1021/acs.macromol.6c01500 in "Macromolecules" erschienen.

Weitere Informationen: www.surrey.ac.uk

University of Surrey, Guildford, Großbritannien

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