Universität Texas validiert Ruthenium-katalysiertes Recyclingverfahren für duroplastische Verbundwerkstoffe

de.wedoany.com-Bericht: Die University of Texas at Austin hat Forschungsergebnisse zum chemischen Recycling neuartiger duroplastischer Verbundwerkstoffe veröffentlicht. In Zusammenarbeit mit den Sandia National Laboratories wurde ein rutheniumkatalysiertes Depolymerisationsverfahren entwickelt, das Polydicyclopentadien (pDCPD)-Duroplaste erfolgreich abbaut und intakte Fasern aus kohlenstoff- und glasfaserverstärkten Verbundwerkstoffen zurückgewinnt. Die Ergebnisse wurden in „Science Advances" veröffentlicht und validieren die chemische Kreislaufnutzung von vernetzten duroplastischen Materialien, die mit herkömmlichen Methoden nur schwer wieder aufgeschmolzen und verarbeitet werden können.

Das Forschungsteam setzte einen Rutheniumkatalysator zusammen mit Cyclopentylmethylether (CPME) als Lösungsmittel ein, um das pDCPD-Polymernetzwerk durch Olefinmetathese zu zerstören. Unter optimierten Versuchsbedingungen – Katalysatormenge 0,67 Molprozent, Reaktionstemperatur 60 Grad Celsius und Behandlungsdauer 72 Stunden – konnte eine nahezu vollständige Depolymerisation erreicht und über 80 Massenprozent lösliche Polymerfragmente zurückgewonnen werden.

Wiederverwendungsexperimente mit dem zurückgewonnenen Material zeigten, dass sich durch Zugabe von bis zu 20 Massenprozent der recycelten Polymerfragmente zu frischem Dicyclopentadien-Harz Regeneratmaterialien mit thermomechanischen Eigenschaften herstellen lassen, die denen von nativem pDCPD ähneln. Das Forschungsteam validierte das Verfahren zudem an im Labor hergestellten sowie kommerziellen kohlenstoff- und glasfaserverstärkten Verbundwerkstoffen, wobei die zurückgewonnenen Fasern ihre mechanische Integrität behielten.

Die experimentelle Validierung dieses Verfahrens erfordert keine Inertgasatmosphäre und kann Cyclopentylmethylether verwenden, der im Vergleich zu herkömmlichen aromatischen Lösungsmitteln eine geringere Umweltbelastung aufweist. Die Ökobilanz und die technisch-ökonomische Analyse der Studie zeigen, dass die Technologie das Potenzial hat, die Umweltbelastung durch die Abfallentsorgung zu verringern; die tatsächlichen Kosten werden jedoch weiterhin durch den Preis des Rutheniumkatalysators, die Rückgewinnungseffizienz und die Anzahl der Wiederverwendungszyklen beeinflusst.

Das Forschungsteam hat für die betreffende Technologie ein US-Patent angemeldet und setzt die Forschung zur Katalysatorrückgewinnung, zu Reaktions-Diffusions-Limitierungen in dickwandigen Verbundwerkstoffen sowie zur Prozessskalierung fort. Die derzeitigen Ergebnisse stellen eine experimentelle Validierung des chemischen Recyclingverfahrens dar; eine kommerzielle Recyclingproduktionslinie wurde noch nicht errichtet.