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Materialkreisläufe 3D-Druck schafft Kunststoffteile mit molekularer Sollbruchstelle

Quelle: Universität Heidelberg 2 min Lesedauer

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Polymere, die für den lichtbasierten 3D-Druck verwendet werden, sind aufgrund ihres chemischen Aufbaus sehr stabil und damit schlecht recycelbar. Das wollen Heidelberger Forscher ändern ...

Kettenkacker! Von links nach rechts sieht man hier, wie ein 3D-gedrucktes, filigranes Kunststoffteil sich langsam aufzulösen scheint. Doch dahinter steckt viel mehr! Denn Forscher aus Heidelberg haben es geschafft, hoch stabile Teile so dennoch recycelbar zu machen ...(Bild: Forschungsgruppe Blasco)
Kettenkacker! Von links nach rechts sieht man hier, wie ein 3D-gedrucktes, filigranes Kunststoffteil sich langsam aufzulösen scheint. Doch dahinter steckt viel mehr! Denn Forscher aus Heidelberg haben es geschafft, hoch stabile Teile so dennoch recycelbar zu machen ...
(Bild: Forschungsgruppe Blasco)

Das Verfahren der auf Licht basierenden additiven Fertigung liefert hochpräzise Möglichkeiten für die Herstellung kleiner und komplexer Strukturen aus Kunststoffen für die Medizintechnik oder Softrobotik. Doch die sind eben dann auch hoch stabil. Ein Forschungsteam unter Leitung von Prof. Dr. Eva Blasco, Wissenschaftlerin am Institute for Molecular Systems Engineering and Advanced Materials (IMSEAM) der Universität Heidelberg, hat ein polymerbasiertes Material entworfen, das sich bei Bedarf in seine Einzelteile zerlegen lässt, wie es heißt. Ein sozusagen chemischer „Schlüssel“ sorge nämlich dafür, dass das bereits gedruckte Material innerhalb von Sekunden wieder in seine molekularen Bausteine zerfalle, die wieder verarbeitet werden könnten. Die sonst stabilen Materialien könne man so dann doch in einem geschlossenen Werkstoff-Kreislauf halten.

3D-Druckbarkeit und Recycling funktionieren auch

Das Heidelberger Forschungsteam hat, wie man weiter erklärt, also ein sogenanntes metastabiles Material entworfen, das ohne Einbußen bei Präzision, Qualität und mechanischer Stabilität wieder in seine Einzelteile zerlegt werden kann. Als Grundlage nutzten die Wissenschaftler ein besonderes Polymer, das auf ein chemisches Signal reagiert. Die langen Molekülketten – Makromoleküle genannt – werden dabei nur durch eine einzige Sollbruchstelle zusammengehalten. Sobald ein spezifischer chemischer Trigger diese Stelle öffnet, zerfällt die gesamte Kette innerhalb von Sekunden bei Raumtemperatur an diesen Stellen auseinander. Die Sollbruchstelle funktioniere dabei wie ein Schloss, das sich aber nur mit dem passenden Schlüssel öffnen ließe. Im Rahmen von Untersuchungen konnte man mit dem neuartigen metastabilen Material auch schon verschiedene komplexe, dreidimensionale Strukturen mit Details im Mikrometerbereich fertigen, womit die Eignung als hochauflösende „Tinte“ demonstriert werden konnte.Aber auch die Zurückgewinnung der Bestandteile hat funktioniert, wie man betont. Das daraus wieder hergestellte Polymer habe die gleichen Eigenschaften gezeigt, wie das Ausgangsmaterial.

So sieht das Prinzip des Zerfalls der Makromoleküle aus, die zuvor lichtbasiert additiv zu Bauteilen gemacht wurden. Es ist wie ein chemischer Schlüssel zu verstehen, der die langen Kunststoffmolekül-Ketten an Sollbruchstellen knackt. Daraus kann man dann wieder Kunststoffe herstellen, um sie wieder zu verarbeiten.(Bild: Forschungsgruppe Blasco)
So sieht das Prinzip des Zerfalls der Makromoleküle aus, die zuvor lichtbasiert additiv zu Bauteilen gemacht wurden. Es ist wie ein chemischer Schlüssel zu verstehen, der die langen Kunststoffmolekül-Ketten an Sollbruchstellen knackt. Daraus kann man dann wieder Kunststoffe herstellen, um sie wieder zu verarbeiten.
(Bild: Forschungsgruppe Blasco)

(Die Forschungsarbeiten waren eingebunden in das Exzellenzcluster „3D Matter Made to Order“, das gemeinsam von der Universität Heidelberg und dem Karlsruher Institut für Technologie getragen wird. Die Deutsche Forschungsgemeinschaft, die Carl-Zeiss-Stiftung und der Fonds der Chemischen Industrie haben die Arbeiten gefördert. Die Forschungsergebnisse sind in der Fachzeitschrift „Advanced Materials“ erschienen).

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