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Dübendorf, St. Gallen und Thun - Forscher der Empa haben ein Epoxidharz entwickelt, das sich reparieren und recyceln lässt. Zudem ist es schwer entflammbar und mechanisch widerstandsfähig. Dieses innovative Material könnte in verschiedensten Anwendungen Verwendung finden, von Beschichtungen für Parkettböden bis hin zu Verbundwerkstoffen für Züge und Flugzeuge.
Epoxidharze sind vielseitige Kunststoffe, die in Kombination mit Glas- oder Kohlenstofffasern zur Herstellung von Bauteilen für diverse Industrien eingesetzt werden. Diese faserverstärkten Kunststoffe weisen exzellente mechanische und thermische Eigenschaften auf und sind zudem leichter als Metall. Doch sie haben einen Nachteil: Sie sind schwer recycelbar – zumindest bisher.
Empa-Forscher unter der Leitung von Sabyasachi Gaan haben nun ein Epoxidharz entwickelt, das vollständig recycelbar, reparierbar und schwer entflammbar ist. Diese Innovation wurde in der Zeitschrift "Chemical Engineering Journal" veröffentlicht.
Das Recycling von Epoxidharzen gestaltet sich aufgrund ihrer chemischen Struktur als äußerst komplex. Sie gehören zur Kategorie der Duromere, bei denen die Polymerketten stark miteinander vernetzt sind. Dadurch können diese Kunststoffe nicht geschmolzen werden. Anders verhält es sich bei Thermoplasten, die sich unter Hitzeeinwirkung verformen lassen. Hier liegt der Unterschied in der Vernetzung der Polymerketten.
Das von den Empa-Forschern entwickelte Epoxidharz ist ein Duromer, das sich jedoch wie ein Thermoplast schmelzen lässt. Dies wurde durch die Zugabe eines speziellen funktionellen Moleküls aus der Klasse der Phosphonsäureester erreicht. Diese Bindung zwischen dem Molekül und den Polymerketten des Harzes ist reversibel, sodass das Harz unter bestimmten Bedingungen schmelzen und verformt werden kann.
Dieser neuartige Kunststoff, auch als Vitrimere bezeichnet, zeigt großes Potenzial. Er könnte dazu beitragen, bisher schwer recycelbare faserverstärkte Kunststoffe in den Kreislauf zurückzuführen. Dies könnte eine nachhaltige Lösung für den Umgang mit solchen Materialien darstellen und deren ökologischen Fußabdruck reduzieren.
Das entwickelte Epoxidharz bietet vielseitige Anwendungsmöglichkeiten, von Verbundwerkstoffen bis hin zu Beschichtungen für Holzböden. Die Forscher sehen großes Potenzial in der Entwicklung maßgeschneiderter Materialien für unterschiedliche Zwecke.
Um die Anwendungen des Materials weiter zu erforschen, suchen die Forscher nach Industriepartnern. Neben den technischen Vorteilen ist das modifizierte Kunstharz auch kostengünstig und einfach in der Herstellung.
Das Empa-Labor "Advanced Fibers", in dem diese Forschungen stattfanden, hat eine langjährige Expertise in der Entwicklung von Flammschutzmitteln für verschiedene Materialien. Ihre Bemühungen könnten dazu beitragen, einen nachhaltigeren Umgang mit Kunststoffen zu fördern und neue Möglichkeiten für recycelbare Materialien zu schaffen.
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Eidg. Materialprüfungs- und Forschungsanstalt
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