Am Lehrstuhl Makromolekulare Chemie der Universität Bayreuth wurde im Rahmen des Sonderforschungsbereichs (SFB) 1357 Mikroplastik eine neue Klasse baroplastischer Polymere identifiziert. Die neu entdeckten Triblock-Copolymere auf Polyesterbasis lassen sich durch Druck und niedrige Temperaturen verformen, ohne dass der für konventionelle Thermoplaste typische hohe Energieeinsatz notwendig wäre.
Konventionelle Thermoplaste erfordern zur Verarbeitung hohe Temperaturen, was den Energiebedarf erhöht und den Einsatz hitzeempfindlicher Zusätze ausschließt. Viele gängige Kunststoffe sind zudem nur unzureichend abbaubar und tragen zur Anreicherung von Mikroplastik in der Umwelt bei. Die neu entdeckten baroplastischen Polymere adressieren diese Problemfelder durch ein verändertes Eigenschaftsprofil: geringerer Energiebedarf bei der Verarbeitung, vollständige Kompostierbarkeit unter Industriebedingungen sowie die Möglichkeit zum chemischen und physikalischen Recycling.
Baroplastische Polymere ermöglichen Verarbeitung bei niedrigen Temperaturen
Triblock-Copolymere von Polyestern bilden die Grundlage der neu entdeckten Materialklasse. Bestimmte Vertreter dieser Gruppe zeigen baroplastische Eigenschaften: Sie lassen sich als Pulver allein durch Druckeinwirkung und vergleichsweise geringe Wärme in Formkörper pressen. Gegenüber Thermoplasten, die zur Verformung hohe Temperaturen erfordern, bedeutet dies eine deutliche Reduktion des Energiebedarfs im Verarbeitungsprozess.
Die niedrigen Verarbeitungstemperaturen eröffnen zudem Anwendungsmöglichkeiten, die bei konventionellen Thermoplasten nicht oder nur eingeschränkt realisierbar sind. Hitzeempfindliche Substanzen wie Enzyme oder Proteine lassen sich in die baroplastischen Polymere verkapseln, ohne ihre Funktionsfähigkeit zu verlieren. Dr. Chengzhang Xu vom Lehrstuhl Makromolekulare Chemie und dem Bayerischen Polymerinstitut der Universität Bayreuth äußerte sich überrascht: „Es war für mich sehr überraschend, dass bestimmte Vertreter der Blockcopolymere baroplastische Eigenschaften zeigen und zudem auch noch kompostierbar sind. Ich sehe damit noch sehr viele weitere Möglichkeiten, die weit über meine bisherigen Arbeiten hinausgehen.“
Kompostierbarkeit und Recycling reduzieren Mikroplastikeintrag
Ein zentrales Merkmal der neuen Materialklasse ist ihre Abbaubarkeit unter definierten Bedingungen. Unter Industriebedingungen werden die Polyester innerhalb von zwei Monaten vollständig kompostiert, sodass keine langfristigen Kunststoffrückstände in der Umwelt verbleiben. Damit leistet die Materialklasse einen direkten Beitrag zur Vermeidung von Mikroplastik, dem zentralen Forschungsgegenstand des SFB 1357 an der Universität Bayreuth.
Ergänzend zur biologischen Abbaubarkeit sind die baroplastischen Polymere sowohl chemisch als auch physikalisch recyclingfähig, was ihre Wiederverwendung in technischen Anwendungen ermöglicht. Verkapselungen von Enzymen könnten etwa zur Abwasserreinigung oder zum Abbau von Mikroplastik in der Umwelt genutzt werden. Prof. Dr. Seema Agarwal, Leiterin der Forschungsgruppe Advanced Sustainable Polymers an der Universität Bayreuth, hebt die interdisziplinäre Grundlage der Arbeit hervor: „Die Studie zeigt das besondere Zusammenspiel der interdisziplinär zusammenarbeitenden Teilprojekte des SFB 1357 Mikroplastik, die eine derartige Entwicklung erst ermöglichen: von der Synthetisierung, Charakterisierung, Prozessierung und Abbaubarkeitstests der Makromolekularen Chemie, über die enzymatische Aktivitätstests der Biochemie bis hin zu ökotoxikologischen Tests der Tierökologie.“
Die Herstellung der Polymere ist laut Prof. Dr. Agarwal vergleichsweise leicht kontrollierbar, was ein realistisches Anwendungspotenzial begründet. Der SFB 1357 Mikroplastik wurde 2019 an der Universität Bayreuth eingerichtet und wird durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) gefördert. Ziel des Sonderforschungsbereichs ist die Erforschung der Umweltbelastung durch Kunststoffe sowie die Entwicklung von Lösungen für die damit verbundenen ökologischen, gesundheitlichen und ökonomischen Risiken.
Originalpublikation: Chengzhang Xu, Chengwei Yi, Emilia Fulajtar, Anja FRM Ramsperger, Julian Brehm, Christian Laforsch, Holger Schmalz, Sabine Rosenfeldt, Ulrich Mansfeld, Holger Kress, Andreas Möglich, Andreas Greiner, Seema Agarwal. Compostable and Recyclable Baroplastic Triblock Copolymers Enable Low-Energy Polymer Processing. Small (2026), https://doi.org/10.1002/smll.202514939
