Nachwachsende Kunststoffe

Forscher entwickeln Plastik, das sich regeneriert

Kunststoffe sind Werkstoffe aus sehr großen, langen Molekülen. Sie entstehen durch chemische Umwandlung von Naturprodukten wie Erdöl oder auch vollsynthetisch. Ihre Eigenschaften beruhen in erster Linie auf dem strukturellen Aufbau und in zweiter Linie auf der chemischen Zusammensetzung. Polymerisation ist eine chemische Reaktion, die zum Aufbau von sehr großen Molekülen führt, zum Beispiel in der Kunststoffherstellung.

Kompositwerkstoffe bestehen aus Fiberglas, Kohle oder anderen Materialien, die durch eine polymere Matrix miteinander verbunden wurden. Klingt kompliziert und ist es sicher auch im Herstellungsverfahren, die Produkte umgeben uns aber alltäglich: ob wir nun in einem Flugzeug sitzen, einen Squash-Schläger benutzen oder von Melamin-Essgeschirr speisen. Aber all das bricht, je nach Belastung früher oder später. Und wenn es bricht, dann ist meistens ein neues Teil fällig, denn zu reparieren sind diese Kunststoffe nicht. Sehr ärgerlich und auch eine finanzielle Belastung.

Aber da versprechen Forscher in der neusten Ausgabe von nature Abhilfe. Scott R. White und seine Kollegen von der University of Illinois, Urbana-Champaign haben einen neuen Kompositwerkstoff entwickelt, der sich selbst regeneriert. Ein Polymerisat, dessen Struktur viele Monomere (kleine, in der Regel sehr reaktionsfähige Molekühle, die sich verbinden können) und Katalysatoren enthält. Letztere sorgen dafür, dass sich diese Monomere, wenn es darauf ankommt, verbinden und Polymerisationsketten und Netzwerke bilden.

Das ist das Geheimnis, denn sobald auch nur der kleinste Sprung sich entwickelt, brechen die kleinen Kapseln, die selbige Monomere enthalten und geben sie frei. Daraufhin verbinden sie sich, kitten den Sprung und das Stück schließt seine Brüche aus sich selbst heraus. Sie tun also genau das, was organische und lebendige Systeme tun: sie heilen sich selbst. Die Festigkeit dieser Eigen-Klebekraft beträgt bis zu 75% der ursprünglichen.

"Sich selbst regenerierende Kompositwerkstoffe sind in den Bereichen besonders sinnvoll, wo Reparaturen kaum möglich sind, sobald das Material einmal im Einsatz ist. Das ist zum Beispiel bei Raumfahrzeugen im Weltall der Fall, bei Raketen, Satelliten oder auch bei künstlichen Organen, die in den menschlichen Körper integriert sind", meint Whites Kollege Richard P. Wool vom Kompositwerkstofflabor der University of Delaware, Newark.

Bei unbemannten Raketen ist das ja nachvollziehbar, aber wer würde sich in ein Flugzeug setzen, das sich gerade mal zu maximal 75% wieder selbst regeneriert? Bei Squash-Schlägern ist das Verfahren sicher Vertrauen erweckender.

Die Forscher haben vor, die nachwachsenden Kunststoffe strukturell auch auf andere Materialien wie Keramik und Glas zu übertragen.