Pflanzenöl, Aminosäuren und Zuckerbausteine lassen sich zu Kunststoffen verbinden, die fest, stark dehnbar und chemisch recycelbar sind. Das zeigt eine Studie der Tokyo Metropolitan University mit Partnern aus Osaka und Shiga. Die Forschenden entwickelten biobasierte Polyesteramide aus nicht essbarem Pflanzenöl, Aminosäuren und zuckerbasierten Bausteinen. Für den Pflanzenöl-Anteil nutzte das Team einen langkettigen Alkohol, der aus Rizinusöl gewonnen werden kann.

Aminosäuren steuern die Materialeigenschaften

Welche Aminosäure in den Kunststoff eingebaut wird, beeinflusst Festigkeit und Dehnbarkeit deutlich. Eine Variante mit L-Alanin erreichte eine Zugfestigkeit von 40,2 Megapascal und ließ sich bis zum Bruch um mehr als 400 Prozent dehnen. Ein Material mit L-Phenylalanin kam auf 32,8 Megapascal bei 684 Prozent Bruchdehnung. Mehrere der untersuchten Polymerfilme kombinierten damit hohe Festigkeit mit einer stärkeren Dehnbarkeit als gängige Kunststoffe wie Polyethylen und Polypropylen.

Besonders auffällig war die Fähigkeit der Phenylalanin-Variante, sich nach einer Beschädigung durch Dehnung oder Bruch selbst zu reparieren. Auch nachdem die Forschenden den Polymerfilm durchschnitten hatten, verbanden sich die Schnittflächen bei Raumtemperatur innerhalb von 30 bis 60 Sekunden wieder. Als mögliche Ursache vermutet das Team Wechselwirkungen zwischen den Polymerketten, darunter Wasserstoffbrücken. Der genaue Mechanismus ist jedoch noch nicht geklärt.

Alkohol zerlegt den Kunststoff wieder in Bausteine

Für das Recycling nutzte das Team eine sogenannte Umesterung. Dabei werden Esterbindungen des Polymers mithilfe von Ethanol und eines Katalysators gezielt gespalten. So ließen sich definierte Ausgangsverbindungen zurückgewinnen, die wieder zu Monomeren für die Polymerherstellung umgesetzt werden können. Die Studie zeigt damit einen möglichen Weg für chemisches Recycling im geschlossenen Stoffkreislauf.

Die Arbeitsgruppe hatte bereits 2023 chemisch recycelbare, biobasierte Polyester aus Pflanzenöl und Glukose vorgestellt. Neu ist nun vor allem die Einbindung verschiedener Aminosäuren, über die sich zusätzliche Materialeigenschaften bis hin zur Selbstheilung einstellen lassen. Bislang wurden die Kunststoffe im Labormaßstab als Filme untersucht. Wie sich Herstellung, Recycling und Materialeigenschaften im größeren Maßstab und in konkreten Produkten bewähren, müssen weitere Versuche zeigen.

ag