Thermoplastische Polyester-Elastomere der nächsten Generation

Kunststoffprodukte stehen in der Kritik. Wirklich nachhaltige Kunststoffe dürfen zukünftig ausschließlich aus erneuerbarem Kohlenstoff (eC)¹ aufgebaut sein. Kunststoffrecycling als eC-Quelle wird dabei eine wesentliche Rolle spielen, aber unter der Annahme konstanter Kunststoffproduktion nicht ausreichend sein. Es braucht daher auch Neuware aus Biomasse!

Der Grund dafür ist folgender: eine Rückführung von Kunststoffprodukten in gleichwertige Wirtschaftskreisläufe mittels mechanischer und chemischer Recyclingtechnologien ist schon grundsätzlich eine enorme technische Herausforderung – ohne Verluste jedoch nicht möglich. Dies resultiert für das mechanische Recycling daraus, dass (i) Sammel- und Sortiersysteme nicht perfekt sind und (ii) sich Qualitätseinbußen durch thermische Belastung oder Kontamination ergeben. Beim chemischen Recycling sind es unter anderem die erforderlichen Aufreinigungsprozesse der resultierenden Grundchemikalien, die die Verluste verursachen. Ein Ausgleich dieser Verluste ist gemäß des eC-Leitgedankens nur durch Biomasse oder die stoffliche Nutzung von CO2 (CCU) zu realisieren, wenn ein Netto-CO2-Ausstoß nahe Null angestrebt wird.

Diesem Leitgedanken folgend, hat ein Team am Fraunhofer IAP neue thermoplastische Polyester-Elastomere (TPEE) auf der Basis biogener Rohstoffe entwickelt. Statt der üblicherweise eingesetzten Terephthalsäure nutzen wir den biogenen Baustein 2,5-Furandicarbonsäure (FDCS), da die Erzeugung von Terephthalsäure aus erneuerbaren Kohlenstoffquellen momentan nicht absehbar ist. Wie unsere Untersuchungen belegen, kann die Substitution durch FDCS hier eine klare Perspektive sein. Obwohl die Herstellung FDCS-haltiger Kunststoffe (wie auch vielfach in der Literatur² belegt) eine Reihe von prozesstechnischen Schwierigkeiten bereithält, ist es uns gelungen, ein geeignetes Prozessfenster für die Synthese zu identifizieren und hochmolekulares bioTPEE herzustellen.

Das am Fraunhofer IAP entwickelte Syntheseverfahren, das auch industriell implementierbar ist, lieferte erste Mustermengen. Diese dienen gegenwärtig dazu, grundlegende Eigenschaften zu untersuchen und zu modifizieren. Ein wichtiges Ziel ist u.a. die Anpassung des Kristallisationsverhaltens an kommerzielle petrobasierte TPEE-Typen, damit deren etablierte Anwendungen auch durch die bioTPEEs bedient werden können.

_{1) Das große Ziel besteht darin, der Erde keinen fossilen Kohlenstoff mehr zu entnehmen. Anders als im Energiesektor, der eine Dekarbonisierung anstrebt, lässt sich die chemische Industrie nicht kohlenstofffrei machen. Da Kunststoffe zu erheblichen Anteilen aus Kohlenstoff bestehen, muss dieser daher aus alternativen Kohlenstoff-Quellen stammen, zu denen Biomasse, CO2-Nutzung und Recycling gehören. Der aus diesen Quellen bezogene Kohlenstoff wird als erneuerbarer Kohlenstoff bezeichnet.}

_{2) Siehe dazu bspw. G.-J. M. Gruter et al., DOI: 10.1021/bk-2012-1105.ch001}