Die Entwicklung nachhaltiger Materialien im 3D-Druck schreitet voran. Ein Forschungsteam des Georgia Institute of Technology stellt mit den sogenannten Polythioenonen eine neue Polymerklasse vor, die gleich zwei zentrale Anforderungen erfüllt: hohe mechanische Belastbarkeit und vollständige Rezyklierbarkeit. Diese Polymere lassen sich sowohl mechanisch als auch chemisch recyceln – ein wichtiger Schritt hin zu einer echten Kunststoff-Kreislaufwirtschaft.
Dank ihres innovativen molekularen Aufbaus zeigen die Polythioenone bessere Eigenschaften als herkömmliche Polyolefine. Besonderes Augenmerk verdient PCTE-Ph, ein thermisch stabiler Thermoplast mit hohem Anwendungspotenzial im 3D-Druck. Das Material lässt sich problemlos aufschmelzen, wiederverwenden oder sogar katalytisch mit 90 % Ausbeute depolymerisieren. Ein klarer Fortschritt in Richtung nachhaltiger Fertigung.
Molekulares Design ermöglicht Recyclingfähigkeit
Herzstück dieser Innovation ist ein ringförmiger Monomer-Baustein namens CTE (zyklisches Thioenon), der eine C=C-Doppelbindung sowie eine Carbonylgruppe enthält. Dieser kann durch eine Thia-Michael-Addition polymerisiert und ebenso wieder depolymerisiert werden. Das Material ist damit vollständig in den chemischen Kreislauf rückführbar.
„Die Synthese neuartiger thermoplastischer Polymere mit verbesserter Rezyklierbarkeit steht und fällt mit dem Design geeigneter Monomere“, erklärt das Forschungsteam um Will R. Gutekunst und H. Jerry Qi. Die Anpassbarkeit der Seitengruppen und die Kompatibilität mit FFF-3D-Druckverfahren machen die Polythioenone besonders vielseitig – von Biomedizintechnik über Automobilbau bis hin zu Konsumgütern.
Einsatz im 3D-Druck: Weniger Abfall, mehr Kreislauf
Anhand digitaler Modelle lassen sich per 3D-Druck komplexe Strukturen Schicht für Schicht präzise aufbauen. Die enorme Anpassungsfähigkeit und das schnelle Prototyping eröffnen neue Perspektiven für unterschiedlichste Industriebereiche. Beim Fused Filament Fabrication (FFF) wird ein faserförmiger thermoplastischer Kunststoff durch eine heiße Düse gepresst und schichtweise aufgetragen – bei minimalem Materialverlust.
Ein zentrales Problem bisher: Es mangelte an Polymeren, die leistungsfähig und gleichzeitig rezyklierbar sind. Die vorgestellten Polythioenone bieten hier eine vielversprechende Lösung. Sie ermöglichen sowohl mechanisches Recycling durch erneutes Aufschmelzen als auch chemisches Recycling durch katalytische Rückgewinnung der Monomere. Diese lassen sich wiederum erneut polymerisieren – ein echter Kreislauf im Sinne nachhaltiger Kunststoffnutzung.
Originalpublikation: Dr. Yong-Liang Su, Dr. Liang Yue, McKinley K. Paul, Dr. Joseph Kern, Kaitlyn S. Otte, Prof. Rampi Ramprasad, Prof. H. Jerry Qi, Prof. Will R. Gutekunst. Reprocessable and Recyclable Materials for 3D Printing via Reversible Thia-Michael Reactions. Angewandte Chemie, Volume137, Issue8, 13. Februar 2025. DOI: https://doi.org/10.1002/ange.202423522