Forscher verwandeln Kunststoffflaschenabfälle in ultraleichtes Supermaterial mit vielfältigen Einsatzmöglichkeiten.

Forscher der National University of Singapore (NUS) haben einen wichtigen Beitrag zur Lösung des globalen Problems der Kunststoffabfälle geleistet, indem sie eine Möglichkeit geschaffen haben, Kunststoffflaschenabfälle in Aerogele für viele nützliche Anwendungen umzuwandeln.

Kunststoffflaschen werden üblicherweise aus Polyethylenterephthalat (PET) hergestellt, dem am häufigsten recycelten Kunststoff der Welt. Die PET-Aerogele, die vom NUS-geführten Forschungsteam unter Verwendung von Kunststoffflaschenabfällen entwickelt wurden – eine Weltneuheit – sind weich, flexibel, langlebig, extrem leicht und einfach zu handhaben. Sie zeichnen sich zudem durch eine hervorragende Wärmedämmung und eine hohe Absorptionsfähigkeit aus. Diese Eigenschaften machen sie für ein breites Anwendungsspektrum attraktiv, wie z.B. für die Wärme- und Schalldämmung in Gebäuden, die Reinigung von Ölverschmutzungen sowie als leichte Auskleidung für Feuerwehrmäntel und Kohlendioxid-Absorptionsmasken, die bei Feuerwehreinsätzen und Fluchtwegen eingesetzt werden können.

Diese Pionierarbeit wurde von einem Forschungsteam unter der Leitung von Associate Professor Hai Minh Duong und Professor Nhan Phan-Thien vom Department of Mechanical Engineering der NUS Faculty of Engineering geleistet. Die Technologie zur Herstellung von PET-Aerogelen wurde in Zusammenarbeit mit Dr. Xiwen Zhang vom Singapore Institute of Manufacturing Technology (SIMTech) unter der Agency for Science, Technology and Research (A*STAR) entwickelt.

Recycling von Kunststoffflaschenabfällen

Kunststoffabfälle sind giftig und nicht biologisch abbaubar. Solche Abfälle landen oft in Ozeanen und Deponien, beeinträchtigen die Meeresfauna und verursachen Probleme wie Grundwasserverunreinigung und Bodenknappheit. Weltweit steigt der Jahresverbrauch von Kunststoffflaschen stetig an und wird bis 2021 voraussichtlich über eine halbe Billion Tonnen pro Jahr betragen.

„Kunststoffflaschenabfälle sind eine der häufigsten Arten von Kunststoffabfällen und haben schädliche Auswirkungen auf die Umwelt. Unser Team hat eine einfache, kostengünstige und umweltfreundliche Methode entwickelt, um Kunststoffflaschenabfälle in PET-Aerogelen für viele interessante Anwendungen umzuwandeln. Eine Kunststoffflasche kann recycelt werden, um eine A4 große PET-Aerogelplatte herzustellen. Die Fertigungstechnologie ist auch für die Massenproduktion leicht skalierbar. Auf diese Weise können wir dazu beitragen, die schädlichen Umweltschäden durch Kunststoffabfälle zu reduzieren“, sagte Assoc Prof. Duong.

Vielseitige PET-Aerogele

Das Forschungsteam brauchte zwei Jahre (von August 2016 bis August 2018), um die Technologie zur Herstellung von PET-Aerogelen zu entwickeln. Diese Arbeit wurde im August 2018 in der Fachzeitschrift Colloids and Surfaces A veröffentlicht.

„Unsere PET-Aerogele sind sehr vielseitig einsetzbar. Wir können ihnen verschiedene Oberflächenbehandlungen anbieten, um sie für verschiedene Anwendungen anzupassen. So können die PET-Aerogele, wenn sie beispielsweise in verschiedene Methylgruppen eingebaut werden, sehr schnell große Mengen an Öl aufnehmen. Basierend auf unseren Experimenten leisten sie bis zu siebenmal mehr als herkömmliche Sorptionsmittel und eignen sich hervorragend für die Reinigung von Ölverschmutzungen“, ergänzt Prof. Nhan.

Leichtere und sicherere Feuerwehrmäntel

Eine weitere neuartige Anwendung ist die Nutzung der Wärmedämmeigenschaften der PET-Aerogele für Brandschutzanwendungen.

Bestehende Feuerwehrmäntel sind sperrig und werden oft mit anderen Atem- und Sicherheitsgeräten verwendet. Dies könnte die Feuerwehr besonders bei längerem Betrieb belasten.

Mit feuerhemmenden Chemikalien beschichtet, zeigt das neuartige leichte PET-Aerogel eine hervorragende thermische Beständigkeit und Stabilität. Sie hält Temperaturen von bis zu 620 Grad Celsius stand – das ist siebenmal so hoch wie die thermische Auskleidung in herkömmlichen Feuerwehrbeschichtungen, wiegt aber nur etwa 10 Prozent des Gewichts der herkömmlichen thermischen Auskleidung. Die weiche und flexible Beschaffenheit des PET-Aerogels sorgt zudem für mehr Komfort.

Prof. Nhan erklärte: „Durch die Verwendung von PET-Aerogelen, die mit Flammschutzmitteln beschichtet sind, als Auskleidungsmaterial können Feuerwehrbeschichtungen viel leichter, sicherer und billiger gemacht werden. Es ist auch möglich, preiswerte hitzebeständige Jacken für den persönlichen Gebrauch herzustellen.“

2-in-1-Maske, die schädliches Kohlendioxid und Staubpartikel absorbiert.

Mit einer Amingruppe beschichtet, kann das PET-Aerogel schnell Kohlendioxid aus der Umwelt aufnehmen. Sein Absorptionsvermögen ist vergleichbar mit den Materialien, die in Gasmasken verwendet werden, die kostspielig und sperrig sind. Um diese Anwendung zu veranschaulichen, hat das Team eine dünne Schicht PET-Aerogel in eine handelsübliche Feinstaubmaske eingebettet, um eine Prototyp-Maske zu erstellen, die sowohl Staubpartikel als auch Kohlendioxid effektiv aufnehmen kann.

Prof. Nhan sagte: „In hoch verstädterten Ländern wie Singapur können die Kohlendioxid-Absorptionsmasken und hitzebeständigen Jacken aus PET-Aerogelen neben Feuerlöschern in Hochhäusern platziert werden, um Zivilisten zusätzlichen Schutz zu bieten, wenn sie vor einem Brand fliehen“.

„Masken, die mit aminverstärkten PET-Aerogelen ausgekleidet sind, können auch Menschen in Ländern wie China zugute kommen, in denen Luftverschmutzung und CO2-Emissionen ein großes Problem darstellen. Solche Masken lassen sich leicht herstellen und potenziell auch wiederverwenden“, ergänzt Assoc Prof. Duong.

NUS-Forscher untersuchen auch die einfache Oberflächenmodifikation der PET-Aerogele zur Absorption toxischer Gase wie Kohlenmonoxid, dem tödlichsten Bestandteil von Rauch.

In ihrer früheren Arbeit hatte das Forschungsteam erfolgreich Papier- und Modeabfälle in Zellstoff- bzw. Baumwoll-Aerogele umgewandelt. In Verbindung mit dieser jüngsten Innovation, die das Recycling von Kunststoffflaschenabfällen zu Aerogelen umfasst, wurde das NUS-Team kürzlich mit dem ersten Platz in der Kategorie Nachhaltige Technologien des Create the Future Design Contest 2018 von Tech Briefs ausgezeichnet.

Mehr Informationen:
Steven Salomo et al. Fortschrittliche Herstellung und Eigenschaften von hybriden Polyethylen-Tetraphalat-Faser-Silica-Aerogelen aus Kunststoffflaschenabfällen, Kolloiden und Oberflächen A: Physikalisch-chemische und technische Aspekte (2018). DOI: 10.1016/j.colsurfa.2018.08.015

Teilen Ist Liebe! ❤

Schreibe einen Kommentar

Deine E-Mail-Adresse wird nicht veröffentlicht. Erforderliche Felder sind mit * markiert.

shares