Forscher der Washington State University erklären in einem Artikel, wie es ihnen gelungen ist, häufig weggeworfenen Kunststoff in ein 3D-Druck-Harz umzuwandeln. Sie wollten damit einen Weg vorstellen, Kunststoffabfall zu verringern und ihn besser weiterzuverwenden. Ihre Methode ermöglicht es, den biobasierten Kunststoff Polymilchsäure (PLA), der in Produkten wie Filamenten, Kunststoffsilberwaren und Lebensmittelverpackungen genutzt wird, in ein hochwertiges Harz umzuwandeln. Im Fachjournal Green Chemistry haben sie außerdem eine Studie mit dem Titel „A chemical approach for the future of PLA upcycling: from plastic wastes to new 3D printing materials“ veröffentlicht.
Yu-Chung Chang, Mitautor der in Green Chemistry veröffentlichten Studie, sagte:
„Wir haben einen Weg gefunden, dies sofort in etwas Stärkeres und Besseres umzuwandeln, und wir hoffen, dass dies den Menschen einen Anreiz gibt, dieses Zeug zu recyceln, anstatt es einfach wegzuwerfen. Wir haben stärkere Materialien direkt aus Müll hergestellt. Wir glauben, dass dies eine großartige Gelegenheit sein könnte.“
Das Problem mit den Kunststoffen
Laut Statista verbraucht jeder Einwohner in Deutschland rund 39,1 kg Kunststoff pro Jahr. Wenn wir davon ausgehen, dass eine Plastiktüte rund 10 bis 20 Jahre braucht, bis sie zersetzt ist, dann ist das ein alarmierendes Signal für unsere Umwelt. Die Zahl des jährlich produzierten PLA-Filamente nimmt ebenfalls zu. Das ist zwar ein biobasiertes Material, wird aber dennoch nicht leicht abgebaut. Es kann ein Jahr lang in Süß- oder Salzwasser schwimmen, ohne sich zu zersetzen. Da Kunststoffe, wenn sie eingeschmolzen werden, neu geformt nicht so gut funktionieren wie die ursprüngliche Version, wird das Material selten recycelt. Im Juni 2022 haben Forscher ihre Arbeit vorgestellt, in der sie das Recycling von PLA mit Kohlefaser für den 3D-Druck untersuchten. Weitere Recycling-Ideen und -Studien für und mit dem 3D-Druck finden Sie auf unserer Themenseite „Recycling und 3D-Druck„.
Chang sagt:
„Es ist biologisch abbaubar und kompostierbar, aber wenn man es genauer betrachtet, stellt sich heraus, dass es bis zu 100 Jahre dauern kann, bis es sich auf einer Mülldeponie zersetzt. In Wirklichkeit verursacht es immer noch viel Umweltverschmutzung. Wir wollen sicherstellen, dass wir wissen, wie wir damit umgehen müssen, wenn wir mit der Produktion von PLA im Millionen-Tonnen-Maßstab beginnen.“
In seine Einzelteile zerlegt
Der Hauptautor der Studie, Jinwen Zhang, Professor an der School of Mechanical and Materials Engineering, entwickelte mit seinen Kollegen eine schnelle und katalysatorfreie Methode, das PLA zu recyceln. Dabei werden lange Molekülketten in einfache Monomere zerlegt, die als Bausteine vieler Kunststoffe dienen. Der chemische Prozess benötigt nur milde Temperaturen und ist in zwei Tagen durchgeführt. Mit der kostengünstigen Chemikalie Aminoethanol bauen die Forscher das PLA ab.
Chang sagt:
„Das Aminoethanol hat das PLA präzise zu einem Monomer zurückgeschnitten, und sobald es wieder zu einem Monomer geworden ist, sind der Luft keine Grenzen gesetzt, weil Sie es zu etwas Stärkerem repolymerisieren können.“
Die Forscher bauten das in seine Grundbausteine zerlegte PLA wieder auf und schufen photohärtbares Flüssigharz, das als 3D-Druck-Tinte genutzt werden kann. Das damit 3D-gedruckte Teil zeigt gleiche oder bessere mechanische und thermische Eigenschaften als vergleichbare Harze. Die Forscher hoffen, dass sie ihre Arbeit auf Polyethylenterephthalat (PET) anwenden können. PET kommt häufiger als PLA vor und hat eine ähnliche chemische Struktur, stellt aber ein viel größeres Abfallproblem dar. Laut Statista dauert es bis zu 450 Jahre, bis eine PET-Flasche zersetzt ist. Für ihr bisheriges Verfahren haben die Forscher ein vorläufiges Patent angemeldet.
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