Konstanzer Forscher haben aus Kalk ein neuartiges Hydrogel entwickelt, das erdölbasierte Kunststoffe zum Großteil ersetzen könnte. Der „Mineral-Kunststoff“  ist ohne Energiezufuhr leicht verformbar, selbstheilend und zudem problemlos zu recyceln. Im Fachjournal Angewandte Chemie (2016, Online-Veröffentlichung) stellen die Wissenschaftler die neue Kunststoffart vor.

Kunststoffe werden in der Regel aus Erdöl hergestellt und belasten die Umwelt, da sie schwer zu recyceln sind. Forscher haben das Problem erkannt und suchen emsig nach natürlichen Grundstoffen für die Plastikherstellung. Biokunststoffe wie das auf oder Plimc, ein Polycarbonat, dass aus , sind hier vielversprechende Kandidaten. Eine weitere Alternative könnten „Mineral-Kunststoffe“ sein, wie Forscher der Universität Koblenz im Fachjournal Angewandte Chemie berichten.

Leicht formbar und recycelbar

Das Team um Chemiker Helmut Cölfen ließ sich hierbei von der Natur inspirieren und kreierte eine völlig neue Kunststoff-Klasse, die in ihrer Struktur Biomaterialien ähnelt. Dabei handelt es sich um ein sogenanntes Hydrogel, das aus Nanopartikeln von Calciumcarbonat (Kalk) besteht, die durch Polyacrylsäure in Wasser vernetzt werden. Der Vorteil: Der neuartige Kunststoff entsteht unter Raumtemperatur und verbraucht somit bereits bei der Herstellung kaum Energie. Damit ist das Hydrogel nicht nur leicht formbar, sondern auch problemlos zu recyceln. Durch Zugabe von Essig- oder Zitronensäure löst es sich auf. Die zurückbleibende Polyacrylsäure ist ungiftig. „Das Verfahren der Herstellung des Hydrogels ist unmittelbar für die Industrie adaptierbar, zumal die Ausgangsmaterialien kostengünstig großtechnisch hergestellt werden“, erläutert Helmut Cölfen.

Selbstheilend und verbindend

Eine weitere positive Eigenschaft: Das Hydrogel wirkt „selbstheilend“. Ein Tropfen Wasser reicht aus, um beispielsweise Risse im Material zu schließen oder aber Bauteile miteinander zu verbinden. Hinzukommt, dass das Gel beim Erhitzen die Farbe ändert, so dass es auch als Temperatursensor genutzt werden könnte. Im trockenen Zustand ist das Material wie Plastik, das nicht leicht zerbricht und biegsam ist. Nach Einschätzung der Konstanzer Forscher wäre das Hydrogel auf Grund seiner stabilen und zugleich biegsamen Eigenschaften für Elektronikbauteile geeignet. Quellfähigkeit und Härte würde die neue Kunststoff-Klasse für Bauanwendungen interessant machen, um Risse zu füllen.

Medizinische Anwendungen prüfen

Die Forscher sind überzeugt: Das nicht-toxische, plastische Material könnte in Zukunft klassische Kunststoffe teilweise ersetzen und dadurch zur Lösung von Umweltproblemen beitragen. Als nächstes will das Team um Cölfen die neue Kunststoff-Klasse auf ihren Einsatz in der Medizin genauer untersuchen. Dabei sollen weitere Mineralien wie Polyasparaginsäure, die als Verbindungsstoff geeignet und vollständig biologisch abbaubar ist, als Ausgangsstoff getestet werden.

bb