Plastikmüll ist längst als globales Problem anerkannt, das jedoch weit davon entfernt ist, gelöst zu sein. Recyclingfähige und kompostierbare Kunststoffe sollen ein Teil dieser Lösung sein. Jetzt hat eine Forschungsgruppe eine neue Klasse von recyclingfähigen Kunststoffen entwickelt, die zudem biobasiert ist: Ihre Grundlage bilden aus Pflanzen gewonnene Zucker, konkret Xylose-Moleküle. Ihre Methode stellen die Fachleute im Journal „Angewandte Chemie“ vor.

Xylose als Baustein des Kunststoffs

Wie bei den meisten Kunststoffen handelt es sich auch bei der Neuentwicklung um sogenannte Polymere, die aus der Verkettung einer Vielzahl einzelner Baustein – hier der Xylose – entstehen. Lässt sich diese Verkettung mit einfachen chemischen oder enzymatischen Mitteln wieder lösen, gilt der Kunststoff meist als gut recyclingfähig. Um das zu gewährleisten, hat das Forschungsteam in die Xylose-Bausteine unterschiedliche molekulare Gruppen für die Verknüpfung integriert. Wird das so entstandene Polymer mit Salzsäure behandelt, wie es im Kunststoffrecycling üblich ist, zeigt sich, ob die jeweilige Gruppe ein gutes Recycling ermöglicht. Während das mit einem Kohlenstoffatom als Verbindung nicht der Fall war, führten Stickstoff- und auch Sauerstoffatome zum sofortigen Abbau des Polymers.

Auch Blockcopolymere recyclingfähig

Vorsicht ist jedoch im Fall des Sauerstoffs geboten, denn hier entstehen als Abbauprodukte sogenannte Furane: Es sei bekannt, dass Furanderivate ein breites Spektrum an biologischer Aktivität haben, warnt das Forschungsteam. Das müsse daher bei möglichen Anwendungen für diese Kunststoffe berücksichtigt werden. Außerdem prüften die Fachleute, wie sich sogenannte Blockcopolymere enthalten, die aus der Verbindung mehrere Polymerstränge erzeugt werden. Viele Funktionsmaterialien basieren darauf. Auch hier erwies sich die Säurebehandlung als erfolgreiche Grundlage für ein weitgehendes Recycling: „Nach 24 Stunden war auch der kohlenstoffverknüpfte Block fast vollständig zu kleinen Molekülen abgebaut; nur wenig oligomeres Material blieb übrig“, heißt es in der Studie.

Frachtmoleküle für Medizin- und Sensortechnik

Für bestimmte Zwecke, unter anderem in der Medizin- und Sensortechnik, ist es weiterhin erforderlich, dass die Kunststoffe mit „Fracht“ beladen werden können, zusätzlichen Molekülen, die sich später gezielt abspalten lassen, um eine Funktion zu erfüllen. Für ihren Test integrierten die Fachleute kleine Reportermoleküle, die freigesetzt werden, wenn sich beim Abbau der Polymere Furane bilden. „Diese Art molekularer Fracht ermöglicht eine einfache Quantifizierung der freigesetzten Menge“, erläutert Studienleiter Tae-Lim Choi von der Seoul National University. Das Frachtmolekül könne jedoch durch andere Verbindungen ersetzt werden, die nach ihrer Freisetzung verschiedene Funktionen ausübten.

bl