Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBFVerbesserte biologische Abbaubarkeit von petro-basierten Kunststoffen durch Additive
SUBI2MA - Charakterisierung und Modifikation von PET-Fasern für beschleunigten Abbau
Im Rahmen des Fraunhofer-Leitprojekt SUBI2MA beschäftigt sich das Fraunhofer LBF mit der Funktionalisierung von Polyethylenterephthalt (PET) durch Additivierung. Die eingesetzten Additive sollen dabei den hydrolytischen Abbau der Polymerkette beschleunigen und so einen Bioabbau von PET ermöglichen. Ungewollt freigesetzte PET-Fasern sollen so biologisch abgebaut werden und verbleiben nicht in der Umwelt. Begleitet wird diese Entwicklung durch verschiedene chemische und chromatografische Analysemethoden welche Auskunft über die konkreten Degradationsmechanismen der Polymerketten geben.
Durch unsachgemäße Entsorgung aber auch durch den täglichen Gebrauch von Kunststoffartikeln kommt es zur Freisetzung von Mikroplastik in der Natur. Besonders anfällig für eine ungewollte Freisetzung im täglichen Gebrauch sind Kunstfasern aus Polyester. Auf Grund ihrer chemischen Struktur sind sie unter Umgebungsbedingungen wenig anfällig für Abbau und verbleiben über lange Zeiträume in der Umwelt.
Bereits nach kurzen Alterungszeiten ist bei den additivierten ein beschleunigter Abbau (MVR-Ansteig) zu sehen.
Additivsysteme für beschleunigte Hydrolyse
In vorausgegangenen Projekten konnten wir für Biokunststoffe nachweisen, dass durch die Zugabe einer maßgeschneiderten Additivformulierung der hydrolytische Abbau beschleunigt wird (Circular Plastics Economy: Beschleunigter Abbau von Biokunststoffen).
Dieses System soll nun auf petro-basierte Kunststoffe wie PET übertragen werden. Dadurch ließe sich der hydrolytische Abbau in der Umwelt beschleunigen und ein Bioabbau ermöglichen. Erste Untersuchungen zeigen, dass die Zugabe verschiedener Additive den hydrolytischen Abbau von PET beschleunigt. Hierfür wurde das additivierte PET einer Wasserlagerung unterzogen und im Verlauf die Schmelzefließfähigkeit als Indikator für die Viskosität und damit die Polymerkettenlänge bestimmt. Dabei zeigt sich, dass sich der Abbau durch Additivzugabe beschleunigen lässt.
Stackplot der LAC-Chromatogramme einer unbekannten PBT/PET-Probe und eines PBT als Referenz
Chromatografie zur PET-Charakterisierung
Die Chromatografie kann zur Separation nach Molekulargewicht (Gelpermeationschromatografie, GPC) oder chemischer Struktur (Adsorptionschromatografie, LAC) eingesetzt werden. Mittels der GPC konnte der durch Additive beschleunigte Kettenabbau bestätigt werden, während durch Optimierung der LAC eine Trennung von PBT und PET erreicht wurde. Darauf aufbauend soll die Chromatografie weiterentwickelt werden, um unterschiedliche Endgruppen in PET chromatografisch zu differenzieren und so Aussagen über Degradationsmechanismen treffen zu können
