Dynamische Bindungen für besseres Recycling

Polyester gehören zu den vielseitigsten Kunststoffen und kommen in vielen Alltagsprodukten zum Einsatz – von PET-Flaschen über Verpackungen bis hin zu Kleidung. Zwar gelten sie als potenziell nachhaltiger als andere Kunststoffe, da sie leichter abbaubar sein können, doch beim Recycling zeigen sich Schwächen: Mechanische und thermische Belastungen beeinträchtigen die Materialqualität, sodass recycelte Polyester häufig schlechtere Eigenschaften aufweisen als neu hergestellte.

Eine vielversprechende Lösung sieht das Bayreuther Team im Einsatz dynamischer chemischer Bindungen. Solche Bindungen lassen sich gezielt öffnen und wieder schließen, was eine Wiederverwertung ohne vollständige Zersetzung des Materials erlaubt. Für nachhaltige Materialien ist das ein entscheidender Vorteil, da sie auf diese Weise reparier- und umgestaltbar werden.

Schwefel als Baustein für dynamische Polymere

Elementarer Schwefel enthält diese gewünschten dynamischen Bindungen. Das Problem: Bisher war es schwierig, sie in Polyester einzubringen. Das Team um Prof. Dr. Alex Plajer, Juniorprofessor für Makromolekulare Chemie an der Universität Bayreuth, hat nun einen Weg gefunden, dieses Hindernis zu überwinden.

Neben dem Schwefel nutzen die Forschenden Epoxide – eine gängige chemische Ausgangsklasse, die auch aus Naturstoffen gewonnen werden kann. Die Kombination erlaubt es, die Eigenschaften der resultierenden Polymere gezielt zu variieren, etwa ihre Härte oder ihr thermisches Verhalten.

Ein weiterer Vorteil: Mit Lithiumalkoholat ein einfacher Katalysator für die Herstellung der Polyester ausreichend: Lithiumalkoholat ist leicht herstellbar, in der Laborpraxis gut handhabbar und die Katalyse läuft unter vergleichsweise milden Bedingungen ab, was Energie spart und Kosten senkt.

Ungewöhnlicher Reaktionsmechanismus

Eine besondere Entdeckung machte das Team beim Einsatz von Schwefel: „Spannenderweise haben wir entdeckt, dass die Beteiligung von Schwefel – insbesondere des sogenannten S₈-Rings – die Reaktion des Einbaus der dynamischen Bindung beschleunigt. Bestimmte Teile des entstehenden Polymers unterstützen den Katalyseprozess. Das ist ein eher ungewöhnlicher Mechanismus“, erklärt Plajer.

Vielfältige Einsatzmöglichkeiten

Die neuartigen Polyester sind stabil und lassen sich im Nachhinein chemisch modifizieren. So können sie beispielsweise vernetzt und als wiederverwendbare Klebstoffe eingesetzt werden, die durch Hitze verarbeitet oder durch Säure abgebaut werden können.

Die Studie wurde unterstützt vom Verband der Chemischen Industrie, der Daimler und Benz Stiftung sowie der Deutschen Forschungsgemeinschaft.

Originalpublikation:
Gallizioli, C., Deglmann, P., & Plajer, A. J. (2025). Kinetically enhanced access to a dynamic polyester platform via sequence selective terpolymerisation of elemental sulfur. Angewandte Chemie, First published: 10 April 2025. DOI/10.1002/anie.202501337

Quelle: Universität Bayreuth