Chemiker aus Konstanz um Professor Stefan Mecking haben die Haftung des Polyethylens (PE) auf Metalloberflächen verbessert und gleichzeitig die problematische Umweltbeständigkeit des Kunststoffs verringert. Das berichtet das Fachportal "Science". Das bedeutet, dass PE sich schneller abbaut als bisher.
Hintergrund: Bei PE handelt es sich um ein Material, das – ähnlich wie Wachs – sehr wasserabweisend ist. Um die Materialeigenschaften zu erweitern und beispielsweise die Haftung auf Metalloberflächen zu verbessern, besteht seit langem das Anliegen, bei der Herstellung von Polyethylen einen kleinen Anteil gegensätzlicher Gruppen einzubauen. Chemisch werden diese „polare Gruppen“ genannt. Das erwies sich in der Vergangenheit als schwierig.
Den Doktoranden Maximilian Baur, Tobias O. Morgen und Lukas Odenwald sowie dem Postdoktoranden und Humboldt-Stipendiaten Fei Lin ist es am Lehrstuhl für Chemische Materialwissenschaft gelungen, in die Molekülketten, aus denen die Kunststoffe bestehen, sogenannte Ketogruppen einzubauen. Das sind Gruppen, die aus drei Kohlenstoffatome bestehen. Dies gelingt durch Verwendung eines Katalysators, welcher aufgrund seiner Position im Periodensystem der Elemente mit dem Kohlenmonoxid, das als Reagenz zur Erzeugung der Ketogruppen dient, verträglich ist.
Entscheidend ist dabei auch, dass nur eine begrenzte Menge an Ketogruppen erzeugt wird, um die typischen und vorteilhaften mechanischen Eigenschaften von Polyethylen wie seine Zähigkeit zu bewahren. „Es ist ein lange verfolgtes Ziel der Wissenschaft und Technik, solche Gruppen in die Polyethylenkette einzubauen. Das dieses nun gelungen ist, eröffnet neue Perspektiven“, fasst Stefan Mecking zusammen.
Eine weitere Besonderheit des neuen Kunststoffes ist, dass die kleinen Mengen an Ketogruppen die Abbaubarkeit verbessern können. Im Labormaßstab konnte gezeigt werden, dass unter simuliertem Sonnenlicht ein langsamer Abbau der Ketten einsetzt, was für Polyethylene nicht der Fall ist. „Das Material bietet Ansätze, nicht-persistentes Polyethylen zu entwickeln. Dazu sind aber sicherlich weitergehende Studien nötig, auch um das Langzeitverhalten zu verstehen“, äußert sich Mecking vorsichtig.
Die Arbeitsgruppe konnte indes in ihren Laborversuchen zeigen, dass das neue Material bezüglich seiner Mechanik und Verarbeitbarkeit dieselben wünschenswerten Eigenschaften besitzt wie herkömmliches PE.
