Dieses Verfahren basiert auf der Verwendung eines stickstoffhaltigen Moleküls, das die Polymerisation einleitet und am Ende der Polymerketten ein später reaktivierbares Ende hinterlässt. Durch einfaches Erhitzen kann dieses Ende die Depolymerisation der Ketten auslösen, um zu den Monomeren zurückzukehren. Dieser neue Schritt hin zu einem sauberen und kontrollierten chemischen Recycling von Polymeren wurde in Angewandte Chemie International Edition veröffentlicht.
Die Verwendung eines Tetrazens (TMTZ) als Polymerisationsstarter für PMMA oder PS hinterlässt am Kettenende eine Funktion, die es ermöglicht, die Kette zu depolymerisieren und durch einfaches Erhitzen zu den Monomeren zurückzukehren
© Jean Raynaud
Das Recycling von Kunststoffen, insbesondere von PMMA (besser bekannt als "Acrylglas") und Polystyrol, bleibt einer der blinden Flecken der ökologischen Wende. Die derzeitigen Recyclingverfahren, ob mechanisch oder thermisch, führen oft zu Materialien minderer Qualität (Downcycling) oder erfordern teure Katalysatoren und zu energieintensive Prozesse, um wirtschaftlich tragbar zu sein. Das Ergebnis: Weniger als 5 % des jährlich produzierten PMMA werden tatsächlich recycelt.
In ihren Träumen stellen sich Chemiker Polymere vor, die sich am Ende ihrer Lebensdauer wie von Zauberhand sanft zerlegen (depolymerisieren) lassen. Und wenn dieser Traum Wirklichkeit würde? Genau das versuchen Lyoner Chemiker zu zeigen, indem sie die erstaunlichen Eigenschaften von Tetrazenen erforschen, besonderen stickstoffhaltigen Molekülen mit vier aufeinanderfolgenden Stickstoffatomen.
Diese Chemiker des Laboratoire hydrazines et composés énergétiques polyazotés (CNRS/CNES/ARIANEGROUP/Université Claude Bernard) und des Laboratoire Catalyse, polymérisation, procédés et matériaux (CNRS/CPE Lyon/Université Claude Bernard) entdeckten, dass ein spezifisches Tetrazen, Tetramethyltetrazen oder TMTZ, die Bildung von Polymeren durch radikalische Polymerisation einleiten kann, während es am Kettenende intakt bleibt.
Im Gegensatz zu herkömmlichen Polymerisationsstartern, die in der Reaktion verschwinden, hinterlässt TMTZ ein stabiles und funktionelles "chemisches Signatur" am Kettenende. Noch besser: Durch Erhitzen des Polymers über eine bestimmte Temperatur wandelt sich dieses Ende um und wirkt wie eine Zündschnur: Es löst die Depolymerisation aus, wodurch die Polymerkette sauber zerlegt werden kann, wie ein chemischer Reißverschluss.
Diese Fähigkeit wurde erfolgreich an mehreren Kunststoffen getestet, darunter PMMA und Polystyrol. Die Ausbeuten an zurückgewonnenen Monomeren erreichen bis zu 62 % für Polystyrol, eine Meisterleistung für dieses Polymer, und 88 % für PMMA. Das Verfahren kommt ohne Zusatzstoffe oder metallische Katalysatoren aus, was ein erheblicher Vorteil für ein saubereres, wirtschaftlicheres und potenziell industriell anpassbares Recycling ist. Die so regenerierten Moleküle könnten sogar zur Herstellung neuer Kunststoffe wiederverwendet werden, im Sinne einer Kreislaufwirtschaft.
Dieser Durchbruch eröffnet spannende Perspektiven, von Kunststoffobjekten, die für das chemische Recycling auf Abruf konzipiert sind, bis hin zu intelligenten Materialien, die sich unter genau definierten Bedingungen selbst zerstören können. Die Wissenschaftler planen natürlich, diese Chemie auch auf andere Kunststofffamilien anzuwenden. Dieser neue Fortschritt hin zu ökologisch gestalteten Polymermaterialien wurde in der Zeitschrift Angewandte Chemie International Edition veröffentlicht.
Redakteur: AVR