Forschung

US-Forschende entwickeln durch Hitze umwandelbaren Kunststoff

Der neuartige Kunststoff bei der Verformung © University of Chicago
Der neuartige Kunststoff bei der Verformung © University of Chicago

Ein Kunststoff, der seine Form durch Erhitzung und Abkühlung beliebig verändern kann und das mit hoher Geschwindigkeit – das will ein Team der University of Chicago Pritzker School of Molecular Engineering laut der New York Times erreicht haben. Dieses Material soll in verschiedenen Bereichen zum Einsatz kommen können, speziell in solchen, in denen es an Ressourcen mangelt. So könne es im Weltall, auf Schiffen oder in Konfliktzonen zum Einsatz kommen. Auch könnten sich dadurch Plastikabfälle reduzieren lassen. Selbst als Klebstoff lasse sich die Substanz verwenden. Die Ergebnisse der Forschung wurden im Magazin Science veröffentlicht.

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Kunststoff lässt sich aufweichen und wieder fixieren

Der Kunststoff, den die Forschenden entwickelt haben, ist besonders, weil sich seine Form durch Hitze auflösen kann. Durch schnelles Abkühlen lässt sich das Material dann wieder fixieren – ein Prozess, den die Wissenschaftler:innen als „Tempering“ bezeichnen. Im Gegensatz zu klassischen Kunststoffen behält das Material seine Steifigkeit bei, wenn es wieder auf Raumtemperatur kommt. „Anstatt all die verschiedenen Kunststoffe mitzunehmen, nimmt man diesen einen Kunststoff mit und gibt ihm dann einfach die Eigenschaften, die man braucht“, so Stuart Rowan, Chemiker an der Universität von Chicago und Autor der neuen Studie.

Die Temperierung durch kontrollierte Heiz- und Kühlzyklen kommt den Forschenden zufolge bei der Einstellung der Mikrostruktur einer Reihe von Materialien zum Einsatz. Dazu gehören viele Metalle und sogar Schokolade. Das Team wandte diese Idee bei reversiblen Umwandlungen der mechanischen Eigenschaften in einem einzelnen Polymersystem an. Diese Methode hat das Team durch die Einbeziehung von sogenannten Thia-Michael-Bindungen erreicht, die im Vergleich zu den kovalenten Bindungen im Polymer relativ schwach sind und sich bei niedrigeren Temperaturen umlagern können.

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Reihe von Materialien durch Verformung möglich

Bei höheren Temperaturen nimmt die Vernetzungsdichte des Thia-Michael-Netzwerks ab, was zu einer geringeren Steifigkeit des Materials führt. Das Tempering bei niedrigeren Temperaturen ergibt dagegen ein steiferes Material. Die Forschenden bezeichnen ihr Material als „pluripotent“. Das bedeutet, dass seine Entwicklungsmöglichkeiten nicht festgelegt sind. Der Kunststoff ist ein Ausgangsmaterial, das sich in eine Reihe von Materialien differenzieren lässt. Diese haben unterschiedliche mechanische Eigenschaften, von hart und spröde bis weich und dehnbar. Somit soll es möglich sein, unterschiedliche Formen herstellen zu können, ohne dabei Abfälle zu erzeugen.

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