Wissenschaftler entdecken Rezept für nahezu unzerstörbaren Kunststoff

Polystyrol ist ein harter, glasartiger Kunststoff, der uns täglich in Form von Verpackungen, Bechern, Plastikbesteck und Gehäusen für elektronische Geräte begegnet. Trotz seiner weitverbreiteten Verwendung hat dieses Material einen entscheidenden Nachteil: Es neigt dazu, bei plötzlichen Stößen zu brechen. Wissenschaftler am MIT haben gezeigt, dass die Festigkeit solcher Polymere und von Gummi durch den Einsatz eines speziellen Vernetzungsmoleküls verdoppelt werden kann.

Die Forscher bauten gezielt geschwächte Bindungen, sogenannte Mechanophore, in das Polymernetzwerk ein. Wird das Material einer äußeren Kraft ausgesetzt, brechen diese Bindungen kontrolliert am Aufprallpunkt. Dadurch werden Wege für eine erhöhte Energieabsorption geschaffen und die Rissausbreitung umgelenkt, während die stärkeren Bindungen, die die Hauptlast tragen, intakt bleiben.

Um diese Eigenschaft zu testen, verwendeten die Wissenschaftler ein spezielles System. Sie beschossen dünne Polystyrolfilme mit mikroskopisch kleinen Silikatkugeln von etwa 0,001 cm Durchmesser mit einer Geschwindigkeit von 750 Metern pro Sekunde. Durch Messung der Partikelgeschwindigkeit vor und nach dem Durchdringen berechneten sie die gespeicherte Energie. Es zeigte sich, dass das Material mit Mechanophoren deutlich mehr Energie speicherte als herkömmliches Polystyrol. Mikroskopische Analysen ergaben zudem, dass die hohe Geschwindigkeit des Projektils am Aufprallpunkt die Temperatur erhöht und eine mobile Zone erzeugt, in der schwache Bindungen der Krafteinwirkung nachgeben, während die Umgebung stabil bleibt.

Dieser Ansatz ist äußerst attraktiv, da er sich mit minimalem chemischem Eingriff auf bestehende, handelsübliche Kunststoff- und Gummimaterialien anwenden lässt. Das Team konnte ähnliche Erfolge mit SBS-Kautschuk erzielen, der in Schuhsohlen und Dachmaterialien verwendet wird. Derzeit wird die Möglichkeit des Einsatzes in Autoreifen untersucht.

Im Erfolgsfall könnte das Verfahren plötzlichen Reifenplatzern auf Autobahnen ein Ende setzen und gleichzeitig die Menge an Mikroplastik, die beim Reiben von Reifen an Asphalt entsteht und bis zu zehn Prozent aller Mikroplastikpartikel in der Umwelt ausmacht, drastisch reduzieren.