Zäher Umweltschoner Kunststoff-Hit! Leicht polares Polyethylen entwickelt

Redakteur: Peter Königsreuther

Besser benetzbar, umweltfreundlicher und doch zäh, wie gewohnt, ist ein neuer Typ von Polyethylen (PE), einem der meist genutzten Kunststoffe. Chemiker in Konstanz haben ihn geschaffen.

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Polyethylen ist langlebig. Das freut die Anwender, die Umwelt später aber nicht, wie hier zu sehen. Konstanzer Forscher haben es nun aber geschafft, den Kunststoff so auszurüsten, dass er sich nicht nur schneller abbaut, sondern auch Lacke und Kleber an ihm besser haften und er dennoch seine bekannten Vorteile behält.
Polyethylen ist langlebig. Das freut die Anwender, die Umwelt später aber nicht, wie hier zu sehen. Konstanzer Forscher haben es nun aber geschafft, den Kunststoff so auszurüsten, dass er sich nicht nur schneller abbaut, sondern auch Lacke und Kleber an ihm besser haften und er dennoch seine bekannten Vorteile behält.
(Bild: P. Forster)

Das wachsartige Polyethylen gehört zu den am häufigsten hergestellten Kunststoffe der Welt. Dieser Thermoplast wird geschätzt, weil er zäh ist und chemisch in vielerlei Hinsicht sehr widerstandsfähig. Die Arbeitsgruppe um Prof. Dr. Stefan Mecking vom Fachbereich Chemie der Universität Konstanz hat es nun geschafft, polare Gruppen in die Molekülketten von herkömmlichem Polyethylen einzubinden, heißt es. Die guten Eigenschaften des so modifizierten Polymers würden dadurch erweitert, gleichzeitig aber seine unerwünschte Haltbarkeit mit Blick auf die Deponierung verringert. Die erwünschten vorteilhaften Eigenschaften von Polyethylen blieben aber dabei erhalten.

Polyethylen mit neuen Eigenschaften auf der Spur

Bei Polyethylen handelt es sich außerdem um einen unpolaren, hydrophoben (wasserabweisenden) Kunststoff. Er zählt, wie Polypropylen (PP), zu den sogenannten Polyolefinen. Zu den meist gewünschten Eigenschaftserweiterungen bei Polyolefinen gehört, dass sie auf Metallen und anderen Oberflächen besser haften sollen. Das erreicht man eben, wenn man ein paar polare Gruppen mit seiner unpolaren Molekülstruktur verknüpft. Klappt das, ist der Kunststoff weniger wasserabweisend und kann mit Klebstoffen oder Lacken besser benetzt werden. Bisher klappte das nur, wenn die Kunststoffoberflächen mit Chemikalien oder physikalischen Methoden vorbehandelt wurden, was aufwendig ist. Und der Einbau polarer Gruppen wurde bisher erschwert, weil herkömmliche Katalysatoren, die man etwa bei der Herstellung von Polyethylen verwendet, durch polare Zusätze zerstört werden, erklären die Konstanzer.

Mit etwas Kohlenmonoxid und anderem Katalysator

Den Konstanzer Forschern ist es nun aber gelungen, Ketongruppen in die Molekülketten von Polyethylen einzubauen. Sie nutzen dabei einen anderen Katalysator. Der ist, wegen seiner Position im Periodensystem der Elemente, mit dem Kohlenmonoxid, das als Reagenz dient, um Ketogruppen zu erzeugen, verträglich, so die Erklärung. Entscheidend sei dabei auch, dass nur eine begrenzte Menge an Ketogruppen beim Bau der PE-Molekülkette erzeugt wird, um die typischen und vorteilhaften mechanischen Eigenschaften von Polyethylen, wie etwa seine Zähigkeit, zu bewahren.

Eine weitere Besonderheit, wie man betont, ist, dass die kleinen Mengen an Ketogruppen die Abbaubarkeit des eigentlich sehr langlebigen Polymers verbessern können.

Die Arbeitsgruppe konnte in ihren Laborversuchen zeigen, dass das neue Material bezüglich seiner Mechanik und Verarbeitbarkeit dieselben wünschenswerten Eigenschaften besitzt, wie herkömmliches Polyethylen.

Labortests haben auch bewiesen, dass unter simuliertem Sonnenlicht eine langsame Zerstörung der Ketten einsetzt – das kennt man von normalen PE so schnell nicht! Bis der Kunststoff in dieser Form aber marktreif sei, müsse man die Sache noch intensiver und auf Lange Sicht untersuchen.

Die Ergebnisse der Laborstudie sind im Wissenschaftsjournal Science vom 29. Oktober 2021 nachzulesen.

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