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Wissenswertes rund um Kunststoff und Kautschuk

Kunststoff und Kautschuk begegnen uns überall im Alltag. Entdecken Sie spannende Geschichten, überraschende Fakten und interessante Hintergründe – von historischen Entwicklungen und bekannten Produkten bis hin zu wichtigen Persönlichkeiten und Innovationen der Branche.

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  • Freizeitvergnügen im Gummiboot

    Thema des Monats Von Guido Deußing Foto: Klepper Wer hat noch nicht davon geträumt, an der Küste stehend, mit geschlossenen Augen und der Nase im Wind, auf Bootsplanken, losgelöst von Ort und Zeit, die Endlosigkeit des Ozeans auszuloten und auf Entdeckungsreise zu gehen – Ankunft und Rückkehr ungewiss? Kein Problem: Jeder kann Kapitän eines eigenen Bootes werden, und zwar für vergleichsweise kleines Geld und ohne Kapitänspatent! Dank dafür gebührt im Wesentlichen dem Tüftler Alfred Heurich (1883-1967) und dem Schneider Johann Klepper (1868-1949), letzterer, weil er es wie kein Zweiter verstand, Gummi zu falten. Also dann, ab ins Gummiboot und aufs Meer hinaus. Abb. Klepper Das Meer hat den Menschen zu allen Zeiten emotional ergriffen. Ängste und Sorgen keimen, wenn düstere Wolken in der Ferne dräuen und der Horizont eins wird mit der dunklen Wassermasse. Hingegen ergreift uns unbändige Sehnsucht nach der Ferne, ist die Luft über ruhigen Wassern stechend klar und der Himmel wolkenfrei. Und der seewärts gerichtete Blick über die funkelnd leuchtende Straße zur untergehenden Sonne, die sich auf der Wasseroberfläche spiegelt, hat schon so manches Mal das Feuer der Liebe entfacht … Welche Motivation auch immer den Menschen ans, ins, aufs oder unter Wasser führt – alle eint in irgendeiner Weise die Leidenschaft für das nasse Element. Was wohl den 1883 im lothringischen Metz geborenen Alfred Heurich angetrieben haben mag? Dokumentiert ist sein Interesse an Kajaks, schnellen, wendigen Booten, mit denen die Eskimos zu allen Zeiten auf die Jagd gingen. Was Heurich störte am frühen Original der Eskimokajaks, war deren sperrige Bauweise: Das Grundgerüst bestand aus Holz und Knochen, über das die Inuit, wie die Eskimos auch genannt werden, Tierfelle gespannt hatten. Heurich, dem der Sinn nach einer handlicheren Bootsvariante stand, betätigte sich als Tüftler und konzipierte ein Kajak, das genau seinen Vorstellungen entsprach: Es ließ sich in Minutenschnelle zusammenfalten und, ohne Mühe und Kosten zu erzeugen, von Hand oder mit der Eisenbahn von A nach B transportieren. Am Ziel angekommen, bedurfte es nur etwas Geschicks und weniger Handgriffe, um ein – die weitere Geschichte belegt es – hochseetüchtiges Boot, das zwei Erwachsenen Platz bot, zu Wasser zu lassen. Von Tüftlern und Luftikussen Abb. Klepper Eben dies geschah am 30. Mai 1905, einem traumhaften Frühlingstag, deutlich zu warm für die Jahreszeit. Die Quecksilbersäule hatte in Mitteleuropa die 25-°C-Marke weit überschritten, und nur in Küstennähe herrschte eine als gering eingeschätzte Niederschlagsneigung. Die Truppen des Osmanischen Reiches lieferten sich mit denen des Königreichs Montenegro heftige Gefechte und Albert Einstein fieberte in der Schweiz der Veröffentlichung seiner speziellen Relativitätstheorie entgegen. Im Kurort Bad Tölz begab sich der Architekturstudent Alfred Heurich zur Jungfernfahrt seines „Luftikus“ an die Isar. Der Name „Luftikus“ lässt eher an einen aufgeblasen Autoreifen denken als an ein Boot, insbesondere da es zunächst nicht einmal als ein solches zu erkennen war. Dann aber entnahm Heurich seinem Rucksack ein großes wasserdichtes Segeltuch und einem mannslangen, schmalen Gepäckstück einige Bambusstäbe. Der Architekturstudent verband die Stecken zu einem skelettartigen Gerüst, auf das er das Segeltuch spannte. Auf zum Paddelvergnügen. Abb. Klepper Nach gut einer Viertelstunde hatte Heurich alles vollbracht. Mit einem gewissen Bangen und Hoffen begab sich der Tüftler ans Wasser und stieß sein dem Kajak der Eskimos nachempfundenes, viereinhalb Meter langes Faltboot ab, wobei er zeitgleich in den offenen Bootsrumpf glitt. Dieser schwamm, sank nicht. Glücklich über den ersten großen Etappensieg machte sich Heurich auf den Wasserweg ins 50 Kilometer entfernte München, das er nach fünf Stunden Paddeln erreichte „Die Fahrt war auf der hochgehenden Isar ein großes Wagnis“, erinnerte sich der Tüftler später, „und dreimal schwebte ich in ernstlicher Gefahr, die ich mit ruhiger Überlegung und blitzschneller Entschlossenheit überwand.“ Bis zu seinem Tod soll Alfred Heurich mehr als 100.000 Kilometer in selbst gebauten Faltbooten zurückgelegt haben. Ob er zum Zeitpunkt der Jungfernfahrt des „Luftikus“ die Tragweite seiner Erfindung zu ermessen wusste? Jedenfalls versäumte er, seinen Namen untrennbar mit dem Faltboot zu verschmelzen und hatte nicht einmal ansatzweise an dem Erfolg Anteil, der dem Faltboot in den darauffolgenden Jahren und Jahrzehnten beschieden war. Ruhm und Ehre erntete vielmehr der Schneider und Sportartikelhändler Johann Klepper, der 1907 von Heurich die Lizenz zur Serienfertigung eines Faltboots der zweiten Generation namens „Delphin“ erwarb. Das auf Klepper zurückgehende Unternehmen, die Klepper Faltbootwerft AG, zählt heute zu den weltweit führenden Herstellern. Der Clou liegt immer im Detail Abb. Klepper Nebenbei: Faltboote sind übrigens keine Erfindung der Neuzeit. Bereits 500 Jahre v. Chr. sollen die Armenier in zerlegbaren Booten aus Holz, Knochen und Tierfellen Waren nach Babylon transportiert haben. Die Unangan, die Ureinwohner der Aleuten, einer heute zu Alaska zählenden Inselgruppe, verwendeten Kajaks, Baidarkas genannt, die zwar nicht zerlegbar waren wie die Faltboote der Armenier, wohl aber aus einem vergleichbaren Gerüst aus Treibholz und Knochen sowie einer Bespannung aus Tierhäuten bestanden. Mit den Baidarkas, die in Größe und Form den modernen Faltbooten am nächsten kommen sollen, gingen die Unangan im Beringmeer auf die Seelöwenjagd. Am Funktionsprinzip des Faltboots, wie es Alfred Heurich nach dem Vorbild des Eskimokajaks konzipierte und Johann Klepper später erfolgreich in alle Welt verkaufte, hat sich bis heute nur wenig geändert. Es lässt sich vereinfacht wie folgt beschreiben: Kaum hat der Fahrer im zu Wasser gelassenen Faltboot Platz genommen, wird der seitliche Wasserdruck von der Segeltuchhaut aufgenommen und durch den Gegenzug der dünnen Längsstäbe (Senten) und Querspanten zu den Steven, der nach oben gezogenen Verlängerung des Kiels, abgeleitet. Die resultierende Bogenspannung, dem architektonischen Prinzip des gotischen Spitzbogens vergleichbar, gibt dem Boot seine Widerstandskraft. Neben einer stabilen Konstruktion des Bootgerüsts lag das Augenmerk Heurichs auf einer flexiblen Bootswand, die nicht mehr aus Tierfellen bestehen sollte. Das neue Material musste einigermaßen wasser-abweisend, idealerweise wasserdicht sein, und zugleich über eine genügend Flexibilität verfügen, um einerseits über das Bootsskelett gezogen werden zu können und um stabil genug zu sein, auch im Kontakt mit festem Untergrund nicht zu reißen oder anderweitig Schaden zu nehmen. Zudem sollten Größe und Gewicht mühelos trag- und manövrierbar sein. Heurich setzte auf Segeltuch, einen aus starkem Garn dicht und fest gewebten Stoff, der Wasser einigermaßen abhielt. Um das Segeltuch wasserdicht zu machen, wurde er gummiert. Hierzu wird eine elastische Schicht, die aus Kautschuk besteht, auf das Trägermaterial gebracht und mittels Schwefelzusatz vulkanisiert. Zuerst wird das Bindemittel auf die gereinigte Segeltuchoberfläche aufgetragen. Nach Trocknen dieser Gummischicht wird in heißer Luft oder mit Sattdampf bei ca. 130 °C vulkanisiert. Je nach Mischung und Schichtdicke kann die Vulkanisation zwischen 30 Minuten und 24 Stunden in Anspruch nehmen. Gummiert wird heute noch überall dort, wo Korrosionsschutz von Apparaten, Behältern und Rohren, Schutz vor Ölen, Fetten, Wachsen, Säuren und Laugen oder eine elastische Rückfederung, Abriebfestigkeit und Dehnbarkeit von Oberflächen gefragt ist. Mit dem Faltboot über den Ozean Dr. Hannes Lindemann überquerte in einem Klepper-Faltboot in 72 Tagen den Atlantik. Abb. Klepper Wenngleich das Faltboot schon dem Namen nach den Eindruck erweckt, nicht sonderlich stabil und wirklich allen Wetterlagen gewachsen zu sein, so wurden doch etliche spektakuläre Fahrten mit ihm unternommen – nicht allein auf Binnengewässern, sondern auch und vor allem auf hoher See. In seinem Buch „Faltbootfahrt von Fjord zu Fjord“ beschreibt Erich Wustmann etwa seine im Jahre 1926 bis in den Winter hinein durchgeführte Reise von Schleswig-Holstein durch die Nordsee die Westküste Norwegens hinauf. Im Jahr 1928 überquerte der gebürtige Konstanzer Kapitän zur See Franz Romer in einem „Klepper-Faltboot“ als erster Mensch den Atlantik; er verwendete dazu ein segeltaugliches Boot, mit dem er in Lissabon startete, unter anderem in Puerto Rico Zwischenstopp machte, auf dem Weg nach New York aber verschwand – seitdem gilt Romer als verschollen. Einen noch viel weiteren Weg wählte Oskar Speck. 1932 brach der Deutsche allein mit einem Faltboot von Ulm nach Zypern auf, um dort zu arbeiten, fuhr dann aber durch den Suezkanal weiter nach Australien, wo er nach rund siebenjähriger Reise 1939 anlandete und als deutscher Kriegsgefangener bis 1945 interniert wurde; das Boot, mit dem sich Speck damals auf den Weg gemacht hatte, ist im National Maritime Museum in Sydney ausgestellt. Apropos: Im Deutschen Museum in München ist das 5,20 Meter lange Klepper-Faltboot, Typ Aerius II, des deutschen Arztes Dr. Hannes Lindemann ausgestellt, mit dem er 1956 in 72 Tagen unbeschadet den Atlantik überquerte. Lindemann hat über die Jahre hinweg immer wieder von sich reden gemacht durch seine Atlantiküberquerungen in immer kleineren Booten. Abb. Klepper Es steht außer Frage, dass sich die Faltboote der ersten Tage optisch und technologisch markant etwa von jenen unterscheiden, mit denen britische Soldaten 1982 – vom argentinischen Radar unerkannt – auf den Falklandinseln landeten und den ersten Brückenkopf für die spätere Invasion errichteten. Insbesondere die für Aufbau und Bespannung verwendeten Materialien besitzen Hightechcharakter: Das Gerüst im Innern besteht aus Holz, Carbonfaser oder Aluminium, die wasserdichte Haut aus Hypalon (Chlor-Sulfat-Polyethylen, CSM), einem hochwertigen, extrem UV-, temperatur- und alterungsbeständigen sowie reißfesten Elastomer, beziehungsweise Polyurethan (PU), einem überaus vielseitig einsetzbaren Kunststoff, über den es sich lohnt, zu einem späteren Zeitpunkt an gleicher Stelle zu berichten. Guido Deußing Weitere Impressionen Quelle: Keller

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  • Künstliche Herzklappen: Neues Beschichtungsverfahren könnte Thromboserisiko senken

    Unter dem Rasterelektronenmikroskop werden die Hohlräume auf der Kunststoffoberfläche sichtbar, in denen sich ein zweiter Kunststoff verhaken kann. Bild: Leonard Siebert Ein Forschungsteam aus der Materialwissenschaft hat eine Methode entwickelt, Kunststoffe so zu verbinden, dass sie ganz neue Anwendungen ermöglichen. Zum Beispiel als Herzklappen, auf denen sich kaum Blut festsetzt. Herzklappen regulieren den Blutfluss, um den Körper mit ausreichend Blut zu versorgen. Schließen sie nicht mehr richtig, zum Beispiel aufgrund eines Herzinfarkts, sorgen künstliche Herzklappen für die nötige Leistungsfähigkeit. Doch auf der Metalloberfläche von herkömmlichen Ersatz-Herzklappen setzen sich leicht Blutplättchen fest. Um die Bildung von Blutgerinnseln zu verhindern, müssen Patientinnen und Patienten daher lebenslang Medikamente nehmen. Bestimmte blutabweisende Kunststoffe könnten ein Alternativmaterial sein. Sie waren für den Einsatz als Herzklappe aber bislang zu weich. Einem Forschungsteam des Instituts für Materialwissenschaften der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) ist es jetzt in Zusammenarbeit mit dem Universitätsklinikum Schleswig-Holstein (UKSH), Campus Lübeck, gelungen, einen weichen, blutabweisenden Kunststoff mit einem stabilen Kunststoff zu kombinieren. Zukünftig könnte die Kombination für biomedizinische Implantate wie künstliche Herzklappen genutzt werden, ist das Team überzeugt. Wie sich mit dem rein mechanischen Verfahren schwer haftende Kunststoffe erstmals dauerhaft miteinander verbinden lassen, stellt das Forschungsteam im Fachmagazin Nanoscale Horizons vor. Komplexe medizinische Anwendungen verlangen häufig Materialien, die gleichzeitig sehr unterschiedliche oder sogar gegensätzliche Eigenschaften erfüllen. Häufig lassen sich diese Werkstoffe deshalb aber auch nur schwer miteinander verbinden, wie zum Beispiel sogenannte niederenergetische Kunststoffe. Aufgrund ihrer geringen Oberflächenenergie haftet kaum etwas auf ihnen. Bisherige, chemische Verbindungsmethoden verändern Materialoberflächen chemisch oder zerstören sie sogar ganz – für biomedizinische Anwendungen sind sie daher häufig nicht geeignet. Blutabweisende Eigenschaften von niedrigenergetischen Kunststoffen nutzbar machen Materialwissenschaftler Leonard Siebert hat eine Methode entwickelt, um nicht haftende Kunststoffe auf mechanische Art dauerhaft miteinander zu verbinden. Foto: Julia Siekmann, CAU Mit einem rein mechanischen Verfahren ist es jetzt dem Forschungsteam der CAU gelungen, den weichen Kunststoff PDMS (Polydimethylsiloxan) mit dem hochstabilen Kunststoff PEEK (Polyetheretherketon) zu verbinden. „Durch eine verhältnismäßig einfache Beschichtungsmethode konnten wir ein Polymerkomposit herstellen, das die Eigenschaften der beiden Stoffe in idealer Weise kombiniert“, erläutert Leonard Siebert, der in der Arbeitsgruppe „Funktionale Nanomaterialien“ an der CAU promoviert. Dabei werden die Oberflächen der beiden Materialien mechanisch ineinander verhakt. Durch diese Verbindung wurde der blutabweisende Kunststoff PDMS robust genug, um auch starken Druckbelastungen standzuhalten, wie denen einer sich ständig öffnenden und schließenden Herzklappe. Erste Labortests an der Klinik für Herz- und thorakale Gefäßchirurgie des UKSH, Campus Lübeck, bestätigten, dass auf dem neuen Kompositmaterial deutlich weniger Blutplättchen anhaften als auf herkömmlichen Materialien wie Titan oder diamantähnlichen Kohlenstoffschichten, die bereits für künstliche Herzklappen genutzt werden. „Kunststoffe, die gleichzeitig flexibel und robust sind, könnten besonders interessant sein für sogenannte Transkathederklappen. Sie werden durch eine schonende, minimalinvasive Methode ohne Operation in den Körper eingeführt und müssen daher besonderen Materialanforderungen genügen“, unterstreicht Professor Hans-Hinrich Sievers, UKSH, die Bedeutung, die das neue Verfahren für medizinische Anwendungen haben könnte. Mechanisches Verbindungsverfahren ohne Chemie Durch Erhitzen verschmelzen die Nano- und Mikropartikel. In den entstandenen Zwischenräumen verhakt sich der flüssige, weiche Kunststoff (PDMS), ganz ohne Klebstoff.Abbildung: Nanoscale Horizons Um die beiden Kunststoffe PDMS und PEEK zu verbinden, machten sich die Materialwissenschaftlerinnen und -wissenschaftler den Kapillareffekt zunutze. Hierbei steigen Flüssigkeiten in engen Röhren oder Hohlräumen nach oben auf. Das Forschungsteam bestreute die glatte Oberfläche des PEEK-Polymers mit einem Puder aus herkömmlichen Keramikpartikeln verschiedener Größen. Durch Erwärmen saugten die Partikel den Kunststoff geradezu auf und verschmolzen zu einer extrem rauen Struktur voller Hohlräume. Anschließend gaben die Forschenden flüssiges PDMS auf die „zerklüftete“ Oberfläche, das tief in die entstandenen Hohlräume eindrang. „Das Entscheidende an unserer mechanischen Methode ist die unterschiedliche Größe der Partikel auf der Nano- und Mikroskala. So kann sich auch aus normalen runden Teilchen eine Hakenstruktur aufbauen, in die sich der weiche Kunststoff passgenau einfügen kann. In getrocknetem Zustand ist er damit fest verankert“, fasst Materialwissenschaftler Siebert die als „mechanisches Interlocking“ bezeichnete Methode zusammen. Damit erzielte das Forschungsteam eine wesentlich höhere Haftung als bei anderen Methoden, bei denen sich die Kunststoffe bereits nach geringer Belastung wieder voneinander lösten. Neue Fügemethoden für Metalle und Kunststoffe In der Arbeitsgruppe „Funktionale Nanomaterialien“ der CAU wird schon lange an Möglichkeiten geforscht, Kunststoffe und Metalle auf Nanoebene dauerhaft miteinander zu verbinden, ohne herkömmliche Schweiß-, Klebe- oder chemische Verfahren der Fügetechnik zu nutzen. „Zuerst hatten wir entdeckt, wie sich über ein ähnliches Prinzip Metalle und Kunststoffe mit mikroskopischen Widerhaken miteinander verbinden lassen“, erläutert Leiter Professor Rainer Adelung. „Durch die Weiterentwicklung des Verfahrens unter Verwendung von Pulverpartikeln können wir jetzt auch aus Kunststoffen ganz neue Kompositmaterialien mit innovativen Eigenschaften effektiv herstellen.“ Noch ist das allerdings Grundlagenforschung. In einem nächsten Schritt soll – ebenfalls wieder in einem interdisziplinären Zusammenschluss aus der Materialwissenschaft und der Medizin – die Implantation von beschichteten Transkathederklappen näher erforscht werden. Die Arbeit entstand unter anderem in Zusammenarbeit mit dem Graduiertenkolleg 2154 „Materials for Brain“ der CAU. Hier forschen rund 20 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus Materialwissenschaft und Medizin an der Entwicklung neuer Materialien für medizinische Neuroimplantate, zum Beispiel für Gehirnerkrankungen. (Redakteur: Guido Deußing) Referenz Perfect polymer interlocking by spherical particles: capillary force shapes hierarchical composite undercuts, Leonard Siebert, Tim Schaller, Fabian Schütt, Sören Kaps, Jürgen Carstensen, Sindu Shree, Jörg Bahr, Yogendra Kumar Mishra, Hans-Hinrich Sievers and Rainer Adelung DOI: 10.1039/C9NH00083F Nanoscale Horizons, 2019, 4, 947-952

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  • Kabelloser Mikromotor aus verdrillter Kunststofffaser

    Einen hocheffizienten Mikromotor und zugleich Energiespeicher haben Forscher des Helmholtz-Zentrums Geesthacht und der Université de Bordeaux im Fachmagazin Science vorgestellt. Der Mikromotor besteht aus einer Kunststoff-Mikrofaser, die bei Raumtemperatur steif ist. Erwärmt man die Faser, wird sie elastisch und kann verdrillt werden – wie bei einem Modellflugzeug mit Gummiband. Wieder abgekühlt behält die Faser aber anders als das Gummiband ihren verdrillten Zustand bei; so lange, bis man sie am Einsatzort erneut erwärmt. Die Drehspannung kehrt zurück, das bewegliche Ende beginnt sich zu drehen und der „Mikrofaser-Motor“ kann als Antrieb dienen. Eine Mikrofaser (Durchmesser: 40 Mikrometer) aus Polyvinylalkohol setzt beim schrittweisen „Entdrillen“ gespeicherte Rotationsenergie frei. Bild: Université de Bordeaux Der „Trick“ der Forscher, um eine hohe Energiedichte bei der Speicherung zu erreichen, besteht hauptsächlich darin, den Kunststoff mit winzigen Blättchen aus Graphenoxid zu versteifen. Hauptautor Jinkai Yuan, der an der Université de Bordeaux forscht, erklärt: „In den Experimenten zeigte sich, dass Graphenoxid den Kohlenstoff-Nanoröhrchen überlegen ist.“ Durch die günstige Orientierung der Nanoblättchen zur Deformationsrichtung der Faser und deren eigener Verformung wird mit Graphenoxid ein höheres Drehmoment erreicht. Ein wichtiger Schritt hin zur Anwendung In der Polyvinylalkohol-Mikrofaser sind Graphenoxidblättchen eingelagert. Die Nanoblättchen versteifen die Faser in der Bewegungsrichtung und sorgen so für einen Energiespeicher mit hoher gewichtsbezogener Energiedichte (schematische Darstellung). Bild: HZG/Oliver Gould Professor Andreas Lendlein, Mitautor des Science-Artikels und Leiter des HZG-Instituts für Biomaterialforschung in Teltow, erläutert: „Die Anzahl der Drehungen, die der Mikro-Fasermotor ausführen kann, und der Temperaturbereich, in dem diese Bewegung ausgelöst wird, können vorbestimmt werden“. Die sogenannte Schalttemperatur, bis zu der die Drehspannung bewahrt wird, kann in weiten Grenzen durch die Temperatur festlegt werden, bei der die Faser zuvor verdrillt wurde. Bei dem untersuchten Fasermaterial, dem Polyvinylalkohol, hat sich eine Programmiertemperatur von 80 Grad Celsius als besonders günstig erwiesen. Hier können 80 Prozent der durch die Verdrillung der Faser programmierten Drehungen wieder abgerufen werden. Für künftige medizinische Anwendungen kann man aber auch mit einem Kunststoff arbeiten, der bei Körpertemperatur schaltet. „Dieses Ergebnis ist ein wichtiger Schritt hin zu vielen Anwendungen – wie Mikroroboter oder gar autonome Systeme, bei denen die Programmierung beispielsweise mit Windkraft erfolgen könnte“, so Andreas Lendlein. Mit ihrem einfach aufgebauten Motor füllen die beiden beteiligten Forschergruppen in Bordeaux und in Teltow bei Berlin in der Tat eine Marktlücke. Denn für viele Zwecke ist ein Elektromotor zu schwach, zu groß, zu wenig robust – und er benötigt Strom- und Steuerungskabel. Bei den bisherigen Versuchen mit Fasern waren wiederum Rotationsgeschwindigkeit, Drehmoment und Rotationswinkel zu klein. Vor allem aber ließ die gewichtsbezogene Energiedichte zu wünschen übrig. Beim Mikrofaser-Motor ist sie 60-mal höher als bei natürlichen Skelettmuskeln. Referenz Shape memory nanocomposite fibers for untethered high-energy microengines, Jinkai Yuan, Wilfrid Neri, Cécile Zakri, Pascal Merzeau, Karl Kratz, Andreas Lendlein, Philippe Poulin, Science Vol. 365, Issue 6449, pp. 155-158, DOI: 10.1126/science.aaw3722

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  • Leichter als Aluminium und stabiler als Stahl: Innovative Materialien mit Carbonfasern aus Algen

    Pariya Shaigani, Doktorandin am Werner Siemens-Lehrstuhl für Synthetische Biotechnologie, auf einem e-Scooter mit Trittbrett aus einem Verbund von Granit und Carbonfasern aus Algen. Bild: Andreas Battenberg / TUM Im Verbund mit heimischem Granit oder anderen Hartgesteinen ermöglichen Carbonfasern völlig neue Konstruktionsmaterialien und Baustoffe. Theoretische Berechnungen zeigen: Werden die Carbonfasern aus Algenöl hergestellt, entzieht die Herstellung der innovativen Materialien der Atmosphäre mehr Kohlendioxid als dabei freigesetzt wird. Ein von der Technischen Universität München (TUM) angeführtes Forschungsprojekt soll diese Technologien nun weiter voranbringen. Herstellungsverfahren, die mehr Kohlendioxid (CO2) verbrauchen als sie selbst freisetzen, stuft der aktuellste Weltklimareport (IPCC Special Report on Global Warming of 1.5 °C) als wichtige Option ein, den Klimawandel doch noch in den Griff zu bekommen. Ziel des heute gestarteten Projekts mit dem Titel „Green Carbon“ ist es, auf Algenbasis Herstellungsverfahren für Polymere und carbonfaserbasierte Leichtbaumaterialien zu entwickeln, die beispielsweise in der Flug- und Automobilindustrie eingesetzt werden können. Begleitet wird die Entwicklung der unterschiedlichen Prozesse von technologischen, ökonomischen und Nachhaltigkeitsanalysen. Die Forschungsarbeiten der TU München fördert das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) mit rund 6,5 Mio. Euro. Mikroalgen binden Kohlendioxid e-Scooter-Trittbrett aus einem Verbundmaterial aus Granit und Algen-Carbonfasern. Bild: Andreas Battenberg / TUM Durch ihr schnelles Wachstum können Mikroalgen, wie sie im weltweit einzigartigen Algentechnikum auf dem Ludwig Bölkow Campus der TU München kultiviert werden, das Treibhaus-gas CO2 aktiv in Form von Biomasse speichern. Das CO2 wird unter anderem in Form von Zuckern und Algenöl gebunden. Aus diesen können mit chemischen und biotechnologischen Prozessen Ausgangsstoffe für verschiedenste industrielle Prozesse gewonnen werden. Ölbildende Hefen erzeugen beispielsweise aus den Algenzuckern Hefeöl, ein Ausgangsstoff für nachhaltige Kunststoffe. Außerdem lässt sich das Hefeöl enzymatisch in Glycerin und freie Fettsäuren spalten. Die freien Fettsäuren sind Ausgangsmaterial für weitere Produkte, unter anderem hochwertige Additive für Schmierstoffe; das Glycerin lässt sich in Carbonfasern umwandeln. Nachhaltige Produktion von Carbonfasern Im weiteren Verlauf des Projekts werden die Kunststoffe mit den Carbonfasern zu entsprechenden Verbundmaterialien zusammengeführt. „Die aus Algen hergestellten Carbonfasern sind absolut identisch mit den derzeit in der Industrie eingesetzten Fasern“, sagt Projektleiter Thomas Brück, Professor für Synthetische Biotechnologie an der TU München. „Sie können daher für alle Standardprozesse im Flugzeug- und Automobilbau genutzt werden.“ Darüber hinaus lassen sich aus Carbonfasern und Hartstein mit einem Verfahren des Industriepartners TechnoCarbon Technologies neuartige Konstruktionsmaterialien herstellen. Sie haben nicht nur eine negative CO2-Bilanz, sondern sind leichter als Aluminium und stabiler als Stahl. Referenzen Carbon Capture and Sustainable Utilization by Algal Polyacrylonitrile Fiber Production: Process Design, Techno-Economic Analysis, and Climate Related Aspects. Uwe Arnold, Thomas Brück, Andreas De Palmenaer und Kolja Kuse, Industrial & Engineering Chemistry Research 2018 57 (23), 7922-7933, DOI: 10.1021/acs.iecr.7b04828 Energy-Efficient Carbon Fiber Production with Concentrated Solar Power: Process Design and Techno-economic Analysis. Uwe Arnold, Andreas De Palmenaer, Thomas Brück und Kolja Kuse. Industrial & Engineering Chemistry Research 2018 57 (23), 7934-7945, DOI: 10.1021/acs.iecr.7b04841

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  • Porsche geht mit biobasierten Werkstoffen in Kleinserie

    Fahrer- und Beifahrertür sowie der Heckflügel des "Bioconcept-Cars" sind aus einem Naturfasermix hergestellt. Abb. Fraunhofer WKI / Hans-Josef Endres Der Automobilhersteller Porsche nutzt zum ersten Mal in einem Serienfahrzeug die Vorteile biobasierter Werkstoffe in Herstellung und Anwendung. Der neue 718 Cayman GT4 Clubsport verfügt über Karosseriebauteile aus Biofaser-Verbundwerkstoffen, die im Anwendungszentrum für Holzfaserforschung HOFZET des Fraunhofer-Instituts für Holzforschung, Wilhelm-Klauditz-Institut WKI, gemeinsam mit dem IfBB – Institut für Biokunststoffe und Bioverbundwerkstoffe der Hochschule Hannover entwickelt wurden. Schaut man auf die Zulassungsstatistiken, werden neue Autos etwa durch bessere Sicherheitsfunktionen und mehr Elektronik immer schwerer. In Kauf nimmt man dabei ein höheres Gewicht und dadurch mehr Verbrauch. Beides läuft dem generellen Ziel einer Reduzierung des Ausstoßes von Kohlendioxid (CO2) ntgegen. Auch bei E-Autos spielt das Gewicht eine große Rolle – denn, um die für den Kauf kritische Reichweite von E-Autos zu erhöhen, braucht es größere und damit schwerere Batterien. Wirkliche Effizienz geht auch bei E-Autos dann nur mit neuen Entwicklungen im Leichtbau. Laut einer Studie der Unternehmensberatung McKinsey muss der Anteil von Leichtbauteilen in Autos bis zum Jahr 2030 von 30 auf 70 Prozent steigen, um das höhere Fahrzeuggewicht durch E-Antrieb und Motortechnik zu kompensieren. Die Lösung dafür sind bisher Leichtbaustähle sowie mit Kohlenstofffasern verstärkte Kunststoffe. Doch diese Lösung bringt auch Nachteile mit sich. Zum einen sind die technischen Herausforderungen bei Verarbeitung, Reparatur und Recycling sehr hoch. Zum anderen ist die Herstellung dieser Materialien sehr energieintensiv, was den positiven Umweltaspekt der Gewichtsersparnis wieder eintrübt. Gute Ergänzung zu Carbonfasern Das Fraunhofer WKI stellte sich daher die Frage, ob es nicht andere Faserstoffe gibt, mit denen sich Gewichtseinsparungen bei Bauteilen realisieren lassen, damit die Stärken von etwa Carbonfasern nur dort genutzt werden, wo sie strukturell von Vorteil sind. So untersuchten die Forscherinnen und Forscher ausreichend verfügbare ökologische Materialien nach ihren technischen Eigenschaften, ihrer Verfügbarkeit und Wirtschaftlichkeit. Denn eine für die Industrie umsetzbare Lösung muss positive Effekte in technischer, ökologischer und ökonomischer Hinsicht bieten. Als Lösung präsentierte sich naturfaserverstärkter Kunststoff. Pflanzenfasern als Bestandteile von Bioverbundwerkstoffen sind eine nachhaltige Alternative für leichte Fahrzeugkarosserien. Durch den biogenen Anteil verbessern sie die ökologische Bilanz der industriellen Hochleistungsverbundwerkstoffe während der Herstellungs-, Gebrauchs- und Entsorgungsphase. Auch aus wirtschaftlicher Sicht ist der Einsatz von nachwachsenden Rohstoffen vorteilhaft, denn Naturfasern aus Flachs, Hanf, Holz oder Jute sind günstiger als Carbonfasern und benötigen weniger Energie bei der Herstellung. Die Vorzüge der Gewichtsersparnis werden also nicht teuer erkauft. Hinzu kommen noch Vorteile in der industriellen Verarbeitung – und der Anwendung im Fahrzeug, denn durch ihre natürlich gewachsene Struktur bieten die Bioverbundwerkstoffe gute akustische Dämpfungseigenschaften und eine geringe Splitterneigung, was bei Unfällen von Vorteil ist. Porsche geht in Serie Diese Argumente überzeugten auch Porsche. Gemeinsam mit Porsche Motorsport erprobten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Fraunhofer WKI zunächst am rollenden Entwicklungslabor des deutschen Rennteams "Four Motors" bei einem Porsche Cayman GT4 Clubsport biobasierte Werkstoffe unter Extrembedingungen auf deren Serientauglichkeit. Das "Bioconcept-Car" ist seit 2015 bereits in dritter Generation auf der Rennstrecke unterwegs. Die Untersuchungen verbinden dadurch den Vorteil extremer Belastungen mit einem Fahrzeug, das modifiziert auch für die Straße zugelassen ist. Durch die Zusammenarbeit mit der Porsche AG kann die Entwicklung außerdem unter den realen Bedingungen eines Automobilherstellers erfolgen", sagt Ole Hansen, Projektleiter am Anwendungszentrum für Holzfaserforschung HOFZET des Fraunhofer WKI. "Über die letzten vier Jahre hinweg konnten wir so die Materialeigenschaften kontinuierlich verbessern." Von Beginn an sah auch das Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft BMEL die Vorteile von Naturfasern und begleitet das Projekt bis heute als strategischer Partner. Über die Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V. FNR. fördert das BMEL die Entwicklung biogener Leichtbauteile im Rahmen des Förderprogramms "Nachwachsende Rohstoffe". Diese jahrelangen Erfahrungen beim "Bioconcept-Car" flossen in die Materialentwicklung für die Bauteile des neuen 718 Cayman GT4 Clubsport ein, des ersten in Serie produzierten Autos, das über Karosserieteile aus einem Biofaser-Verbundwerkstoff verfügt. Fahrer- und Beifahrertür sowie der Heckflügel sind aus einem Naturfasermix hergestellt. Mit 1320 Kilogramm ist der Cayman ein echtes Leichtgewicht. Hier kommt die im Vergleich mit Stahl hohe Gewichtseinsparung von bis zu 60 Prozent bei den Türen durch Bioverbundwerkstoffen zum Tragen. Der Verbundstoff besteht aus einem duroplastischen, polymeren Matrixsystem, das mit Naturfasern verstärkt wird. Verwendet wird Naturfasergewebe, da es gut verfügbar, zugfest, besonders fein, homogen, und drapierfähig ist – und sich damit gut an die Bauteilformen anpassen lässt. Mit den so exakt herstellbaren Abmessungen ist eine problemlose und qualitätssichernde Verarbeitung auch in der Kombination mit den anderen, herkömmlich hergestellten Bauteilen möglich. Grundlage für die Großserienproduktion Dies ist eine wichtige Grundlage für die mögliche Großserienproduktion. Darüber hinaus hat das Fraunhofer WKI aber auch weitere Faktoren dafür in die Betrachtung einbezogen – unter anderem Verwertungsstrategien und Recyclingkonzepte sowie Upscaling-Ansätze für die in höherer Stückzahl zu produzierenden Bauteile. "Nach den ausgiebigen Tests unter Extrembedingungen auf der Rennstrecke haben wir unsere Komponenten immer weiter evaluiert – mit dem Ergebnis, dass die ökologisch vorteilhaften Biowerkstoffe das Potenzial einer Serienherstellung erfüllen", ergänzt Ole Hansen. Die Praxistauglichkeit getestet haben zumindest auch schon einmal Smudo, der Frontmann der "Fantastischen Vier" und dauerhafter Pilot des "Bioconcept-Cars" von Four Motors.

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  • Neue Perspektive für echtes Recycling

    Thema des Monats Kunststoff in der Kreislaufwirtschaft Von Guido Deussing In die Umwelt entsorgt, werden Kunststoffe zum Problem. Dorthin gehören sie auch gar nicht. Schließlich sind Kunststoffe Wertstoffe, zu kostbar, um sie einfach wegzuwerfen. Kunststoff gehört zurück in den Werkstoffkreislauf, und zwar idealerweise als Rezyklat, das sich von einem neuen Rohstoff nicht unterscheidet. Das ist zugegebenermaßen eine Herausforderung, sind doch so viele verschiedene Kunststoffarten und -gemische im Umlauf, dass es gar nicht leichtfällt, aus deren Rückständen neue, werkstofflich gleichwertige Kunststoffprodukte herzustellen. Wissenschaftler vom Lawrence Berkeley National Laboratory der Universität von Kalifornien haben eine pfiffige Idee entwickelt, die perspektivisch einen Weg aus dem Dilemma zeigt: Sie arbeiten an einem Kunststoff, der sich wie ein Spieleset von Lego auf molekularer Ebene in seine Bestandteile zerlegen und ohne Leistungseinbuße und Qualitätsverlust in neue Formen, Texturen und Farben zusammensetzen lässt. Kunststoffe schützen den Menschen vor Schadstoffen und Krankheitserregern, ermöglichen die Herstellung extrem leichter und höchstbelastbarer Karosserien und leisten einen essenziellen Beitrag zur Gewinnung regenerativer Energie aus Wind- und Sonnenkraft. Nur ein kleiner Ausschnitt aus riesigen Anwendungsspektrum und -potenzial, das Kunststoffe zu bieten haben. Kurzum: Polymermaterialien gehören zu den leistungsstärksten, vielseitigsten, wandlungsfähigsten und ressourcenschonendsten Materialien überhaupt. Ihr Erfolgsgeheimnis ist: Man kann ihre Komposition auf die intendierte Anwendung feinabstimmen. Der Schlüssel zum Erfolg liegt teils in der großen Bandbreite verfügbarer Polymerarten. Doch es sind vor allem auch spezielle Ingredienzien und Zusätze, mit denen Materialhersteller und Compoundeure den eigentlichen Werkstoffcharakter ausformen. Additive verhelfen Kunststoffen zu jenen Eigenschaften, auf die es in der Anwendung ankommt; Additive machen Kunststoffe geschmeidig und elastisch, biege- und feuerfest, extrem robust und tragfähig, farbig oder bakterienabweisend. Kein Kunststoffhersteller, der seine Rezeptur nicht wie einen Schatz hütet. Die Unterschiede zwischen Polymer A und Polymer B mögen auf den ersten Blick marginal sein, doch für die Anwendung und, nicht zuletzt, den Unternehmenserfolg steckt eben hierin der Clou. Herausforderungen meistern Was dem einen Freud, ist dem anderen Leid: Recycler stellt die Vielfalt der am Markt verfügbaren Kunststoffe vor eine große Herausforderung, insbesondere wenn es darum geht, aus Altkunststoffen Rezyklate herzustellen, die sich für qualitativ hochwertige Anwendungen nutzen lassen. Das gelingt in gewissem Umfang, und zwar wenn ausschließlich sortenreine Kunststoffe wie thermoplastische PET-Flaschen (Polyethylenterephthalat) verarbeitet werden. Handelt es sich um eine Mischung einander ähnelnder, sich bloß geringfügig unterscheidender Kunststoffe, gestaltet sich das „Upcycling“, also die Herstellung gleich- oder höherwertiger Produkte aus dem resultierenden Rezyklat, schon schwieriger. In solchen Fällen kommt nur ein „Downcycling“, also die Herstellung geringerwertiger Kunststoffe infrage. Alternativ lassen sich Altkunststoffe thermisch verwerten, etwa zur Energie- und Wärmegewinnung. D as ist eine bewährte Lösung, aber aufgrund der Treibhausgasemissionen nicht ideal. Darüber hinaus einigen sich einige Kunststoffe wie Polyvinylchlorid (PVC) nicht dazu, verbrannt werden, da hierbei giftige Chemikalien entstehen können. Werkstoffwissenschaftler arbeiten mit Nachdruck daran, sowohl die Recyclingquoten zu erhöhen als auch die Möglichkeiten des „Upcyclings“ weiterzuentwickeln. Hierbei sind sie nicht zuletzt auf die Erfahrung und das Know-how der Anwender aus der Praxis angewiesen. Nur durch eine gut verzahnte Kooperation von Kunststoffherstellern, Compoundeuren, Verarbeitern und Recyclern kann eine deutlich höhere Upcycling-Quote erreicht werden. Das Vorhaben wird begleitet von vielen Fragen: Würde es zum Beispiel Sinn ergeben, Kunststoffe mit Tracern zu versehen, mit deren Hilfe sich Kunststoffe analytisch genauer erfassen und sortieren ließen? Oder sollte man sich auf eine Reduktion des Quantums der eingesetzten Kunststofftypen verständigen? Die Antworten liegen nicht per se auf der Hand, lassen sich aber mithilfe von Experten besser einschätzen. Am Rande bemerkt: Welches Forum böte eine bessere Gelegenheit für den interdisziplinären Austausch als die K 2019 in Düsseldorf im kommenden Oktober? Einen interessanten Lösungsansatz bei der Herstellung langlebiger und in jeder Hinsicht nachhaltiger Kunststoffe verfolgen Wissenschaftler wie Brett Helms und Peter Christensen vom Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) der University of California/USA. Helms, Christensen und Kollegen arbeiten an einem Polymermaterial, das sich, vereinfacht gesagt, wie ein Lego-Spieleset in kleinste Bestandteile zerlegen und wieder zusammensetzen lässt, und zwar in immer wieder andere und neue Formen, Texturen und Farben – ohne Leistungs- oder Qualitätseinbußen. Recyclingfähigkeit in die Wiege gelegt „Bei den meisten Kunststoffen wird selten bei der Herstellung über ihre Recyclingfähigkeit nachgedacht“, sagt Peter Christensen. In der Regel sind auch der energetische und finanzielle Aufwand zu groß, um Materialien, neuwertigen Rohstoffen gleich, in den Werkstoffkreislauf zurückzuführen. Das Berkely-Lap-Team will nun einen Weg gefunden haben, der es möglich mache, Kunststoffe sozusagen fundamental, also auf molekularer Ebene zu recyceln, sprich vollständig in ihre einzelnen Bestandteile zu zerlegen und dann auf intelligente Art zu etwas ganz Neuem zusammenzufügen. Alle Kunststoffe sind Polymere, d. h. bestehen aus großen Makromolekülen, die aus kohlenstoffhaltigen Verbindungen, den Monomeren, hervorgegangen sind, welche sich kettenartig zusammengelagert haben (Polymerisation). Der aus Makromolekülen aufgebaute Kunststoff Polyethylen (PE) etwa ist aus vielen einzelnen Ethen-Molekülen (Ethylen) zusammengesetzt; das Monomer von Polypropylen (PP) ist Propen (Propylen). In beiden Fällen, bei Ethen und Propen, handelt es sich um gasförmige, brennbare Kohlenwasserstoffverbindungen, die in der Petrochemie durch sogenanntes Streamcracken (Dampfspaltung) aus Erdöl oder Erdgas gewonnen werden. Polymerisiert werden sie im Zuge katalysierter chemischer Reaktionen. In der Regel lassen sich reine Polymere wie PE oder PP, also Kunststoffe, die aus lediglich einem Monomer aufgebaut sind, vergleichsweise einfach recyceln. Anders verhält es sich bei einem Kunststoff, in dem verschiedene Monomere miteinander verbunden sind (Copolymer) oder dem Additive zugesetzt wurden. Auch nach dem Zerlegen bleiben die Additive zum Teil eng mit den Monomeren verbunden, sie sind regelrecht miteinander verbacken – und bleiben es auch, wenn es ans Recyceln geht. Unglücklicherweise lassen sich Polymere wie PE oder PP und andere Kunststoffe nicht in ihre ursprüngliche Monomerstruktur zurückführen. Das Recycling wird zudem kompliziert, wenn ein Kunststoff mehr als ein Monomer oder Additive enthält. Auch nach der Trennung bleiben die Additive zum Teil eng mit den Monomeren verbunden - sie werden sozusagen in den Kunststoff „eingebrannt“ - und bleiben mit ihm auch verbunden, wenn er wiederverwertet wird. Blick auf den Recyclingprozess Recyclinganlagen sind meist mit Kunststoffprodukten konfrontiert, die sich aus unterschiedlichen Polymeren mit unterschiedlichen Eigenschaftsprofilen zusammensetzen. Werden zum Beispiel Hartkunststoffe, Stretchkunststoffe, klare Kunststoffe und bonbonfarbene Kunststoffe miteinander vermischt und zermahlen, resultiert aus dem Recyclingprozess ein Rohstoff, von dem man nur schwer sagen kann, welche Eigenschaften er von den ursprünglichen Kunststoffen übernehmen wird. Die Erblast unbekannter, folglich unvorhersehbarer Eigenschaften eines Mischrezyklats macht die Herstellung hoch- beziehungsweise höherwertiger Produkte mit einem eindeutigen respektive gewünschten Eigenschaftsprofil zu einer Art Glückspiel. Und ist dann eine wiederverwendbare Einkaufstasche aus recyceltem Kunststoff endgültig abgenutzt, ist an ein erneutes werkstoffliches Recycling meist nicht zu denken. Am Ende ihres Gebrauchszyklus wird sie entweder verbrannt und dient im besten Fall zur Gewinnung von Wärme, Elektrizität oder auch Treibstoff oder landet, wie es in manchen Teilen der Welt noch üblich ist, auf einer Mülldeponie, wo sie unter chemischen und physikalischen äußeren Einflüssen über die Zeit abgebaut wird. Im ungünstigsten Fall landet die Plastiktüte im Meer und belastet die Umwelt. Anreize fördern den Sammelwillen Um die Deponierung von Kunststoffen zu stoppen und deren Eintrag in die Umwelt zu unterbinden, braucht es Anreize, und zwar jene, die sinnstiftend sind und sich obendrein positiv auf die Wertschöpfung auswirken. Wenn doch das Rezyklat von gleichbleibender Qualität ist, vergleichbar einem neuen Rohstoff, und sich folglich auch Produktqualität erzeugen lässt wie bei Neuware, was spricht dann dagegen, ein Rezyklat einsetzen? Konkretes Beispiel: Der Volksmund meint, das Geld liege auf der Straße. Recht hat er! Jede unachtsam weggeworfene PET-Flasche kommt dem Verlust eines kostbaren Rohstoffs gleich. Umgekehrt lohnt es sich, PET-Flaschen zu sammeln und dem Werkstoffkreislauf zuzuführen. Aus reinem Polyethylenterephthalat (PET) lassen sich nämlich erneut qualitativ hochwertige Produkte wie Flaschen, Folien oder Fasern herstellen. Führen wir den Gedanken weiter: Obgleich zunehmend auch regenerative Ressourcen zum Einsatz kommen, wird Kunststoff überwiegend aus Erdöl hergestellt. Das bedeutet: Benutzte PET-Flaschen nach ihrer Gebrauchszeit zwecks Energiegewinnung thermisch zu verwerten, führt zur Freisetzung klimaschädlicher Emissionen, wie sie auch bei herkömmlichen Verbrennungsprozessen entstehen. Im Gegensatz zu anderen Kunststoffen handelt es sich bei PET, es sei wiederholt, um einen Reinstoff, nicht um eine Kunststoffmischung, der sich wie kaum ein anderes Polymermaterial recyceln und zu qualitativ hochwertigen Produkten verarbeiten lässt. In Deutschland wurde die Leidenschaft der Bevölkerung zum Sammeln von PET-Flaschen durch die Einführung eines Pfandsystems getriggert, mit dem Erfolg einer Rückgabequote von bis zu 98 Prozent, wie sich beim Forum PET nachlesen lässt. Etwa ein Drittel der Rückläufer wird zur Herstellung neuer PET-Flaschen verwendet, ein weiteres Drittel wird zu Industriefolien verarbeitet, rund ein Fünftel zu Textilfasern. Die Verwendung und der Einsatz von PET-Rezyklaten bringt offenkundig Unternehmen auf neue Ideen, nämlich aus der einstigen Trinkflasche Schultornister, Pullover, Turnschuhe, Folienoberflächen für Möbel oder Autoteile zu fertigen. Voraussetzungen schaffen lohnt Erleichtert wird das Geschäft mit gebrauchten PET-Flaschen durch den Einsatz zentraler Sammelstellen, bei denen bepfandetes Sammelgut mittels eines Kompaktors nach manueller Zufuhr zerdrückt und komprimiert wird. Der Recycler sortiert und reinigt das Material und erzeugt daraus fingernagelgroße Stücke, die sich einschmelzen und zu Granulat verarbeiten lassen – Basis für die Herstellung neuer hochwertiger Kunststoffprodukte. Weitere von der Industrie vorangetriebene Sammelsysteme finden sich unter anderem beim Recycling von Kunststoff-Fensterprofilen oder der Verwertung gebrauchter Agrarfolien. Inzwischen arbeiten Wissenschaftler daran, den Prozess des Kunststoffrecyclings auf biotechnologische Weise zu optimieren. Sie testen Bakterien und Enzyme, die Polymere verdauen und in ihre Grundbestandteile zerlegen. Zu erwarten ist, dass durch dieses interdisziplinäre Zusammenwirken zukünftig auch neue Arbeitsplätze entstehen werden. Kunststoffe sind eben Werkstoffe mit Mehrwert, die sich, in sortenreiner Form gesammelt, erfolgreich in den Wertstoffkreislauf rückführen lassen. Effizientes Recycling wird in Zukunft immer bedeutender – auch das ist, am Rande bemerkt, ein Thema der K 2019 im kommenden Oktober – und die Weichen werden bereits jetzt gestellt. Was uns zur Entwicklung von Brett Helms und Peter Christensen vom Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) in Kalifornien/USA zurückbringt. Recycling von innen nach außen Bei dem Kunststoff, den Brett Helms, Peter Christensen und Kollegen entdeckt haben und der ohne Leistungseinbußen immer wieder recycelt werden kann, handelt es sich um ein sogenanntes Polydiketoenamin, kurz: PDK. Gebildet wird PDK aus einer Vielzahl von Triketonen sowie aromatischen oder aliphatischen Aminen, wobei nur Wasser als Nebenprodukt anfällt. In den Blick der Forscher geriet PDK als nachhaltiger Kunststoff bei genauer Betrachtung mehr durch Zufall, nämlich als die Berkeley-Wissenschaftler verschiedene Säuren in Gefäße gaben, die zur Herstellung PDK-basierter Adhäsivklebemittel verwendet wurden. Mit der Säure in Verbindung gebracht, veränderte PDK seine Struktur. Die Wissenschaftler waren neugierig und wollten wissen, was genau dort im Glas vor sich gegangen war und wie diese Art der Transformationen zu bewerten ist. Also analysierten sie die Molekülstruktur der Probe mittels NMR-Spektroskopie. Hierbei stellten sie fest, dass sich die Polymerstruktur des Polydiketoenamins vollständig in die ursprünglichen Monomere aufgelöst hatte. Nach weiteren Versuchen zeigte sich, dass sich das PDK unter Einfluss von Säure nicht nur in seine Monomere aufgelöst hatte, sondern auch alle Additive von den Monomeren abgetrennt waren. Schließlich und endlich setzten die Forscher ihre rezyklierten PDK-Monomere ein, um daraus wieder ein neues Polymer herzustellen, was gelang, und zwar ohne die Farbe oder sonstige Merkmale des ursprünglichen PDK zu zeigen. Wichtige Entdeckung für die Kreislaufwirtschaft Die Wissenschaftler des Belekeley-Labors sind überzeugt, dass ihr neuer recycelbarer Kunststoff eine gute Alternative zu vielen heute verwendeten nicht recycelbaren Kunststoffen sein könnte. „Wir befinden uns an einem kritischen Punkt, an dem wir über die Infrastruktur nachdenken müssen, die zur Modernisierung von Recyclinganlagen für die künftige Abfallsortierung und -verarbeitung erforderlich ist“, sagt Brett Helms. Wenn diese Anlagen so konzipiert seien, dass sie PDK und ähnliche Kunststoffe ebenso vollständig recyceln und aufbereiten, wie das Laborexperiment es gezeigt habe, könne die Zeit, in der Kunststoffe noch auf Deponien oder unkontrolliert in der Umwelt landen, absehbar vorbei sein. Ihre Entwicklung zeige, dass Kunststoffe, die von ihrem Ende her gedacht entwickelt und produziert werden, vollständig und lückenlos im Werkstoffkreislauf geführt werden können. Als Nächstes wollen die Forscher PDK-Kunststoffe mit einem breiten Spektrum thermischer und mechanischer Eigenschaften für so unterschiedliche Anwendungen wie Textilien, 3-D-Druck und Schaumstoffe entwickeln. Darüber hinaus wird angestrebt, die Formulierungen um pflanzliche Materialien und andere nachhaltige Quellen zu erweitern. Referenz Peter R. Christensen et al., Closed-loop recycling of plastics enabled by dynamic covalent diketoenamine bonds , Nature Chemistry 11 (2019) 442–448, http://dx.doi.org/10.1038/s41557-019-0249-2

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  • Plastikabfall beflügelt

    Dr. Hanwu Lei und sein Wissenschaftsteam. Quelle: Washington State University Eine Gruppe von Wissenschaftlern hat einen Weg entdeckt, wie sich aus Plastikabfall auf direkte Weise Flugzeugtreibstoff herstellen lässt. Wie die Wissenschaftler im Fachmagazin Applied Energy berichten, haben sie Plastikabfall bei hohen Temperaturen in Gegenwart von Aktivkohle bzw. einem behandelten Kohlenstoff mit sehr großer Oberfläche, geschmolzen und daraus Flugzeugtreibstoff hergestellt. "Die Handhabung von Plastikabfall ist weltweit eine große Herausforderung," sagt Dr. Hanwu Lei, Privatdozent im Facbhereich Biological System Engineering der Wahington State University. "Die Umsetzung in Flugzeugtreibstoff ist ein guter und relative einfacher Weg, Kunststoffrückstände zu recyceln." Und so funktioniert es Lei und Kollegen mischten Polyethylen niedriger Dichte und mit eine Vielzahl von Kunststoffabfällen wie Wasserflaschen, Milchflaschen und Plastiktüten und zermahlen das Material zu einem Granulat mit einer Partikelgröße von etwa drei Millimetern. Das Kunststoffgranulat wurde dann in einem Röhrenreaktor bei einer hohen Temperatur im Bereich von 430 ° C (806 °F) bis 571 ° C (1060 °F) auf Aktivkohle gelegt. Der verwendete Kohlenstoff hat de Funktion eines Katalysators: Er diente dazu, eine chemische Reaktion in Gang zu setzen beziehungsweise in eine gewünschte Richtung zu beschleunigen, ohne selbst chemisch verbraucht zu werden. Wie Lei sagt, sei es schwierig, die Bildungen der vernetzten Polymere aufzubrechen, was aber geschehen muss, um an den Wasserstoff (H) zu gelangen, eine Schlüsselkomponenten für das Flugzeugbenzin, der reichlich in der Kunststoffmatrix vorhanden ist. Sobald der Kohlenstoffkatalysator seine Arbeit erledigt hat, kann er abgetrennt und für die nächste Charge der Abfallkunststoffumwandlung wiederverwendet werden. Der Katalysator lässt sich auch nach Verlust seiner Aktivität regenerieren. Nachdem Lei und Kollegen verschiedene Katalysatortypen bei unterschiedlichen Temperaturen ausgetestet hatten, fanden sie eine Variante, der mit einem Gemisch bestehend aus 85 Prozent Düsentreibstoff und 15 Prozent Dieselkraftstoff das beste Resultat lieferte. Belastung der Umwelt Laut der Environmental Protection Agency, der US-amerikanischen Umweltschutzbehörde, wurden im 2015 in den USA rund 26 Millionen Tonnen Kunststoff deponiert. Es ist mit einem weiteren Anwachsen der Mengen zu rechnen, da China den Import ausländischer Kunststoffrückstände gestoppt hat. Neben den deponierten Mengen sei davon auszugehen, dass wie Wissenschaftler sagen, dass jedes Jahr weltweit mindestens 4,8 Millionen Tonnen Kunststoff in den Ozean gelangen. Lei gibt sich zuversichtlich. Wie er meint, ließe sich mit dem Verfahren nicht nur die Menge an Kunststoffabfall reduzieren, sondern es würde auch nur sehr wenig von dem, was an Kunststoff produziert wird, verschwendet: "Wir können fast 100 Prozent der Energie aus dem von uns getesteten Kunststoff zurückgewinnen", ist der Wissenschaftler überzeugt. "Der Kraftstoff ist von sehr guter Qualität, und die erzeugten Nebenproduktgase sind von hoher Qualität und auch nützlich." Laut Lei sei ihre Methode für diesen Prozess leicht skalierbar. Sie ließe sich in großen indutriellen oder landwirtschaftlichen Betrieben anwenden, um Plastikmüll in Diesel umzuverwandeln. "Sie müssen das resultierende Produkt trennen, um Düsentreibstoff zu erhalten", sagte Lei. "Wenn Sie es nicht trennen, dann ist es eben alles Dieselkraftstoff." (GD) Referenz Yayun Zhang, Dengle Duan, Hanwu Lei, Elmar Villota und Roger Ruan, Jet fuel production from waste plastics via catalytic pyrolysis with activated carbons, Applied Energy 251 (2019) 113337, http://dx.doi.org/10.1016/j.apenergy.2019.113337

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  • Revolutionär mit der Ecke

    Foto: istock / johnfoto18 Leicht, stabil, sicher sowie einfach und leise zu transportieren: das waren die Hauptansprüche, die die Joghurtverpackung erfüllen sollte: Am 10. Mai 1963 stellte die Berliner Meierei-Zentrale ihren neuen, viereckigen Becher aus Kunststoff vor und bereitete damit den Weg für eine bislang unbekannte, bequeme Art des Konsums. Bevor Joghurt in Kunststoffbecher abgefüllt wurde, verwendete man Gläser mit Schraubverschluss. Die Glasbehälter waren aber alles andere als leicht und robust, was sich in puncto sicherer und kostengünstiger Transport als ungünstig erwies. Obendrein machten die Gläser Lärm beim Transport. Kunststoff kam als Heilsbringer ums Eck. Die Umstellung vom Glasbehälter auf den Kunststoffbecher erwies sich als Herausforderung. Die Hauptschwierigkeit lag darin, ein Material zu finden, das beim Formen zu dem eckigen Becher mit einer Wandstärke von nur rund acht Millimetern Dicke nicht löchrig wurde und der über eine hinreichende Stabilität verfügte. Polystyrol (PS), ein thermoplastischer, unter Hitze leicht verformbarer, heute weit verbreiteter Kunststoff, erwies sich als geeignet. PS wird durch Polymerisation von Styrol gewonnen. Um das PS in die gewünschte eckige Form zu bringen, hat man mehrere Verfahren entwickelt. Eines ist zum Beispiel das Form-Fill-Seal-Verfahren (FFS), bei dem alle Prozesse – von der Formgebung bis zur Befüllung der Becher – in einer Maschine stattfinden: Eine Polystyrol-Folie wird zurechtgeschnitten, anschließend erhitzt und in die gewünschte Becherform gepresst. Dann folgt die Einfüllung des Joghurts, der Becher wird mit einer Aluminiumfolie versiegelt, ausgestanzt und auf ein Fließband befördert. Im Gegensatz zum Herstellungsprozess ist das Konsumverhalten des Endverbrauchers, das die Bevorratung des Joghurts im Kunststoffbecher ermöglicht, alles andere als komplex: Deckel abziehen und Löffel rein. Jeder Joghurtbecher entspricht einer Portion, die man sowohl leicht lagern, als auch unproblematisch unterwegs verköstigen kann. Der Joghurtbecher aus Kunststoff wurde, es lag auf der Hand, vom Verbraucher bestens angenommen. Bis heute sind Kunststoffbecher das Joghurtbehältnis Nummer eins. (Lennart Wehmeier / Guido Deussing)

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  • Denn sie wollen wissen, wofür sie es tun

    Wenn Verbraucher darüber nachdenken, wie aus ihrem Abfall neue Produkte entstehen, erhöhen sich die Recyclingquoten. Das Ergebnis einer aktuellen US-amerikanischen Studie, durchgeführt von Wissenschaftlern der US-amerikanischen Penn State University und des gleichfalls in den USA beheimateten Boston College und veröffentlicht im Journal of Marketing, könnte sich nicht zuletzt positiv auf die Gestaltung erfolgreich verlaufender Recycling-Kampagnen auswirken. Weltweit verbreitet sich der Nachhaltigkeitsgedanke, werden entsprechende Programm zum festen Bestandteil in allen Bereichen des öffentlichen und auch privaten Lebens. Dessen ungeachtet beklagen Wissenschaftler, dass die Recyclinggewohnheiten der Verbraucher nicht schrittgehalten haben. In den USA würden demnach nur 25,8 Prozent der Abfälle recycelt, weltweit seien es 2015 sogar nur 13 Prozent der festen Siedlungsabfälle gewesen sein, die in den Wertstoffkreislauf zurückgeführt worden seien, schreiben Karen P. Winterich, Gergana Y. Nenklov und Gabriel E. Gonzales in ihrer Arbeit. Um herauszufinden, wie sich die Recyclingraten, sprich die Umwandlung von recycelbarem Abfall in neue Produkte, steigern lassen, führten die Wissenschaftler mehrere Studien durch. In der ersten Studie wurden die Teilnehmer gebeten, Arbeitspapier zu entsorgen. Teilnehmer, denen mitgeteilt wurde, dass das ihr Altpapier dafür eingesetzt würde, um neues Papier oder auch ein anderes Produkt, eine Gitarre etwa, herzustellen, gaben mit 80 Prozent deutlich Papier in den Werkstoffkreislauf zurück als jene Teilnehmer, denen keine spezifische Recyclingbotschaft erhielten, also was die Produktumwandlung betrifft (50.9 %). Die zweite Studie ergab, dass Teilnehmer, die Werbung für Produkte aus identifizierten recycelten Kunststoffartikeln betrachteten, mit höherer Wahrscheinlichkeit recycelt würden (87,7%) als diejenigen, die Werbung für Produkte betrachteten, bei denen nur das Unternehmen an Recyclingpraktiken beteiligt ist (71,7%). In der dritten Studie wurde untersucht, ob und inwieweit das Hervorbeheben einzelner Stücke aus einem Gesamtproduktsortiment verbunden mit dem Hinweis auf ein grundlegenden Recyclingprozess, sprich ohne spezifisch ein Produkt zu zeigen oder zu nennen, dass dem Recyclingprozess entstammt, die Bereitschaft der Verbraucher, den Werkstoffkreislauf zu bedienen, befördert. Das Forschungsteam stellte fest, dass sich diese Art der Transformationsbotschaft positiv auf die Bereitschaft zu recyceln auswirkt. Mit anderen Worten, Menschen dazu zu bringen, über die Möglichkeiten der Stoffumwandlung nachzudenken, kann sich als Schlüssel zu einer höheren Recyclingrate erweisen. Im Rahmen weiterer Studien führten die Wissenschaftler u. a. eine Google-Ads-Kampagne für ein Jeansrecyclingprogramm durch. Der Erfolg dieser Studie wurde anhand der Klickrate bemessen, die bei 0,26 Prozent für eine Recyclingwerbung zur Produktumwandlung lag, im Vergleich zu 0,18 Prozet für eine Recyclingwerbung ohne Betonung der Produktumwandlung. In einer anderen Studie, die vor einem Universitätsfußballspiel durchgeführt wurde, recycelten Freunde von Heckklappen-Partys (Tailgate-Party an der offenen Kofferaumklappe, weit verbreitet in den USA; engl. tailgating, bedeutet zu dichtes Aufahren) 58,1 Prozent ihres Abfalls, nachdem ihnen mitgeteilt worden war, welche Produkte aus den von ihnen gebrauchten Wertstoffen hergestellt werden könnten. Diejenigen Tailgate-Fans, die keine spezifischen Hinweise auf das Recycling bekommen haben, gaben nur 19 Prozent ihres Abfalls in den Wertstoffkreislauf zurück. Winterich et al. sind überzeugt, dass ihre Forschung Auswirkung auf Unternehmen und Organisationen haben kann, die ihre Recyclingquoten erhöhen wollen: Ihre Studien lieferten "überzeugende Beweise dafür, dass Verbraucher, wenn sie die Umwandlung von Wertstoffen in etwas Neues in Betracht ziehen, mehr recyceln", sagte Winterich. Organisationen, die es darauf abgesehen haben, die Sammelquoten recycelbaren Materials zu erhöhen, tuen demnach gut daran, das Bewusstsein der Verbraucher auf die Umsetzung von Abfall in neue Produkte zu lenken. "Verstärktes Recycling bietet nicht nur gesellschaftliche und ökologische Vorteile, sondern liefert auch die Ausgangsmaterialien, die Unternehmen für eine nachhaltige Produktion von Waren in einer Kreislaufwirtschaft benötigen", schreiben Winterich et al. (G. Deussing) Referenz Karen Page Winterich et al., Knowing What It Makes: How Product Transformation Salience Increases Recycling, Journal of Marketing (May 2019), https://doi.org/10.1177/0022242919842167

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  • LKW-Reifen mit weniger Abrieb - Synthesekautschuk übertrifft Naturkautschuk

    Erste Tests von Reifen mit dem naturidentischen, biomimetischen Synthesekautschuk BISYKA zeigen, dass diese etwa 30 bis 50 Prozent weniger Abrieb im Vergleich zu Naturkautschukreifen erzeugen. Foto: Fraunhofer IAP/Till Budde Natürlicher Kautschuk aus Kautschukbäumen ist ein begrenzter Rohstoff. Synthetisch hergestellter Kautschuk reicht bisher im Abriebverhalten jedoch nicht an das natürliche Produkt heran und eignet sich daher nicht für LKW-Reifen. Ein neuartiger Synthesekautschuk erzeugt nun erstmals 30 bis 50 Prozent weniger Abrieb als Naturkautschuk. LKW-Reifen müssen einiges aushalten: Durch die großen Lasten, die die »Brummies« durch die Lande transportieren und die vielen Kilometer, die sie Tag für Tag auf den Straßen zurücklegen, nutzen sie sich stark ab. Die Laufflächen der Reifen sind daher überwiegend aus Naturkautschuk aus Kautschukbäumen hergestellt, der die bisher hervorragendsten Abriebeigenschaften aufweist. Der künstlich hergestellte Synthesekautschuk kann zumindest in diesem Punkt bisher nicht an Naturkautschuk heranreichen. Das Problem beim Naturkautschuk: Die Versorgungssicherheit für diesen wichtigen Rohstoff ist gefährdet. In Brasilien, dem Ursprungsland des Kautschuks, vernichtet der Pilz Microcyclus ulei ganze Plantagen. Greift der Pilz auch auf den asiatischen Raum über, wo sich heute wichtige Anbaugebiete befinden, ist die Weltproduktion für Gummi bedroht. Biomimetischer Synthesekautschuk mit optimiertem Abriebverhalten (BISYKA) Forscherinnen und Forscher der Fraunhofer-Institute für Angewandte Polymerforschung IAP, für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS, für Molekularbiologie und Angewandte Oekologie IME, für Werkstoffmechanik IWM und für Silicatforschung ISC haben die Eigenschaften von Synthesekautschuk daher nun optimiert. "Unser Synthesekautschuk BISYKA, kurz für Biomimetischer Synthesekautschuk, hat sogar noch bessere Eigenschaften als Naturkautschuk", sagt Dr. Ulrich Wendler, der das Projekt am Fraunhofer-Pilotanlagenzentrum für Polymersynthese und -verarbeitung PAZ in Schkopau leitet. Das Fraunhofer PAZ ist eine gemeinsame Initiative des Fraunhofer IAP und des Fraunhofer IMWS. "Die Reifen aus Synthesekautschuk verlieren 30 Prozent weniger Masse als das Äquivalent aus Naturkautschuk, der Profilverlust beträgt sogar nur die Hälfte. Zudem lässt sich der Synthesekautschuk mit Bestandsanlagen in großtechnischem Maßstab produzieren. Das heißt: Der Synthesekautschuk bietet eine hervorragende Alternative zum Naturkautschuk – auch im Bereich der Hochleistungs-LKW-Reifen." Gezielte Analyse von Löwenzahn-Kautschuk Doch wie haben die Forscherinnen und Forscher diese Steigerung erreicht? Am Fraunhofer IME untersuchten die Wissenschaftler Kautschuk aus Löwenzahn. Dieser besteht wie der Kautschuk aus den Kautschukbäumen zu etwa 95 Prozent aus Polyisopren, die verbleibenden Prozente aus Biokomponenten wie Proteinen oder Lipiden. Der Vorteil gegenüber dem Baum-Kautschuk: Statt sieben Jahren hat der Löwenzahn eine Generationenfolge von nur drei Monaten. Kautschuk aus Löwenzahn bietet somit eine ideale Ausgangsposition, um den Einfluss der Biokomponenten auf die Kautschuk-Eigenschaften zu untersuchen. Dazu schalteten die Fraunhofer-Forschenden die involvierten Schlüsselbiokomponenten gezielt aus. Nachdem die für das Abriebverhalten wichtigen Biokomponenten identifiziert waren, synthetisierten die Forscherinnen und Forscher des Fraunhofer IAP den BISYKA-Kautschuk – aus den jeweiligen Biomolekülen und funktionalisiertem, hoch mikrostrukturreinen Polyisopren. Die Kolleginnen und Kollegen am Fraunhofer IWM und IMWS untersuchten die daraus erhaltenen Kautschukvarianten auf ihre Eigenschaften. Dazu nutzten sie die Dehnkristallisation: Dehnt man Naturkautschuk auf die dreifache Länge, bilden sich kristalline Bereiche – der Kautschuk verhärtet sich. "Die Dehnungskristallisation von BISYKA-Kautschuk entspricht der des Naturkautschuks", erläutert Wendler. Für LKW-Reifen wird der Kautschuk üblicherweise mit Ruß gemischt, daher die schwarze Farbe. Der Trend geht allerdings dazu, statt Ruß Silicate zuzumischen. Hier kommt die Expertise des Fraunhofer ISC ins Spiel: Am Institut wird untersucht, wie neuartige Silicafüllstoffe zu optimalen Alternativen für Naturkautschuk in der Automobilindustrie führen können. Synthesekautschuk überzeugt in Praxistests Nach der Entwicklung des BISYKA-Kautschuks wurde er getestet: Hält er, was er aufgrund der Dehnungskristallisation verspricht? Dies ließen die Forscher von einem externen und somit unabhängigen Partner untersuchen: dem Prüflabor Nord. Dazu wurden vier PKW-Reifen gefertigt, deren Lauffläche aus BISYKA bestand, und mit solchen verglichen, deren Lauffläche aus Naturkautschuk gefertigt war. Die Tests wurden direkt an einem Auto durchgeführt, das 700 Kreise in die eine Richtung und 700 Kreise in die andere Richtung fuhr. Das Ergebnis: Während der Naturkautschuk-Reifen nach dem Test um 850 Gramm leichter war und 0,94 Millimeter an Profil verlor, büßte der BISYKA-Reifen lediglich 600 Gramm Gewicht und 0,47 Millimeter Profil ein. Auch der Rollwiderstand ist beim Synthesekautschuk besser: Während der Naturkautschuk auf der Rollwiderstandsampel beim Wert C liegt, erreicht BISYKA den besseren Wert B. "Bisher haben wir nur erste Tests mit der BISYKA-Reifenmischung durchgeführt, die äußerst vielversprechend sind. Als nächsten Schritt möchten wir den BISYKA-Kautschuk weiter optimieren. Dies betrifft vor allem den Anteil und die Zusammensetzung der Biokomponenten. Parallel dazu wird die Rezeptur der Laufflächenmischung für LKW-Reifen auf den neuen Kautschuk angepasst", sagt Wendler. Aktuell sind der Forscher und sein Team auf der Suche nach Kooperationspartnern, die das Produkt auf den Markt bringen.

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  • 3D-Druck für die ISS: Rostocker beim weltweit größten Jugend-Wissenschaftswettbewerb in Arizona

    Die Bundessieger des Wettbewerbs „Jugend forscht“ 2018 am Leibniz-Institut für Katalyse e.V. (LIKAT) in Rostock (v.l.n.r.: Adrian Schorowsky, Lara Neubert und Betreuer am LIKAT Moritz Horstmann). Bild: Leibniz-Institut für Katalyse e. V. an der Universität Rostock Die Bundessieger des Wettbewerbs „Jugend forscht“ 2018 kommen aus Rostock und nehmen vom 12. bis 17. Mai mit ihrem Projekt am weltweit größten vorakademischen Wissenschaftswettbewerb, der 70. Intel ISEF, in Arizona (USA) teil. Darauf vorbereitet haben sie sich am Leibniz-Institut für Katalyse e.V. (LIKAT) in Rostock. Lara Neubert und Adrian Schorowsky untersuchten dort im Labor die Herstellung eines Rohstoffs aus Verpackungsmüll für den 3D-Druck an Bord der Internationalen Raumstation ISS. Bei der Versorgung der ISS fällt jede Menge Verpackungsmüll an Bord an. Das ist Kunststoff, den man bis jetzt in der Erdatmosphäre verglühen lässt, der sich aber nach ihren Erkenntnissen nutzen lässt. Die Idee hatte im vergangenen Jahr bereits die Jury des Bundeswettbewerbs überzeugt. Sowohl das Verpackungsmaterial als auch das Filament für den 3D-Druck bestehen aus Polyethylen (PE). Die Verpackung ist jedoch aufgeschäumt und dadurch weich. Um als Rohstoff für den 3D-Drucker zu funktionieren, muss sie gehärtet werden. Die Herausforderung bestand also darin, die Lufteinschlüsse im Schaumstoff zu entfernen. Genau das untersuchten die beiden am LIKAT. Betreut wurden sie dabei von LIKAT-Mitarbeiter Moritz Horstmann, den vor allem das strukturierte, wissenschaftliche Vorgehen der Jungforscher beeindruckte. Neben dem LIKAT gewannen die jungen Forscher mit der Rostock System-Technik GmbH einen Partner, der vor allem über ESA und DLR die Türen zur Raumfahrt öffnete. Und mit AIM3D, einem Rostocker Start-up, sind sie über einen Drucker „im Gespräch“, der auf der ISS mit ihrem Rohstoff arbeiten könnte.

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  • 90 Jahre Plexiglas

    Thema des Monats Serie, Teil 6: Lupenreiner Tausendsassa (Forts.): 1945-2019 Von Guido Deußing Nach dem verlorenen Krieg und dem Zusammenbruch Nazideutschlands legten die Siegermächte 1945 den Schalter von der vorwiegend militärischen auf die ausschließlich zivile Nutzung von Plexiglas um. Die Vielseitigkeit seiner Attribute erschloss Polymethylmethacrylat (PMMA) alsbald neue Anwendungsgebiete und Märkte: Im „Wirtschaftswunderland“ BRD machte es u. a. als „Schneewittchensarg“ Furore und die DDR erzeugte im Kontext eines ehrgeizigen Chemieprogramms ab 1958 ihr eigenes Acrylglas. Ob Automobilbau, Medizintechnik oder Optoelektronik, die Erfolgsstory von Plexiglas dauert bis heute an, allen wirtschaftlichen, politischen oder betrieblichen Umbrüchen zum Trotz – Geschichte als „stete Wiedergeburt eines traditionsreichen Produkts“ (Wittig 2007, 105). 90 Jahre Plexiglas (Teil 1) 90 Jahre Plexiglas (Teil 2) 90 Jahre Plexiglas (Teil 3) 90 Jahre Plexiglas (Teil 4) 90 Jahre Plexiglas (Teil 5) Am 8. Mai 1945 schlug für Deutschland die „Stunde Null“. Die bedingungslose Kapitulation der Wehrmacht besiegelte das überfällige Ende eines „totalen“ Krieges, der Millionen Menschen in den Tod gerissen, unsägliches Leid gebracht und Europa vielerorts in eine Trümmerwüste verwandelt hatte. Zum Krieg getrieben hatten die Expansionsgelüste des nationalsozialistischen Terrorregimes, das nun in der Niederlage zusammenbrach wie ein Kartenhaus. „Stunde Null“ stand für Tabula rasa, verlangte einen Bruch mit der unseligen Vergangenheit und einen radikalen Neubeginn. Das löste gemischte Gefühle aus, bei den Ewiggestrigen wie bei jenen, die das Kriegsende herbeigesehnt hatten und den 8. Mai als „Tag der Befreiung“ empfanden, denn vor ihnen allen lag eine ungewisse Zukunft. Die Gegenwart stimmte nur bedingt hoffnungsfroh: Die alliierten Siegermächte hatten sich im Sommer 1945 mit dem Potsdamer Abkommen darauf verständigt, Nachkriegsdeutschland in Besatzungszonen aufzuteilen und seine Selbstbestimmung einzuschränken, nicht zuletzt in ökonomischer Hinsicht. Im Zentrum dieser Bestrebung stand, Industrieanlagen abzubauen und außer Landes zu schaffen („Demontage“), um sich für erlittene Kriegsverluste zu entschädigen, Deutschland zu demilitarisieren und seine Rüstungsindustrie zu zerschlagen. Politisch flankiert wurde dies mit Lektionen in Demokratie, sozusagen als Diktaturprophylaxe – mit später bekanntlich höchst unterschiedlichen Ausprägungen in Ost und West. Drei Werke, drei Zonen Wie wirkte sich die „Stunde Null“ auf Röhm & Haas und seine Plexiglasproduktion aus? Während des Weltkriegs hatte das Unternehmen „sämtliche Beteiligungen, Patente, Warenzeichen und Lizenzrechte im Ausland verloren“ (Wittig 2007, 74). Nun, im Nachkriegsdeutschland, fielen die drei Produktionsstandorte drei verschiedenen Besatzungszonen zu: Die Zentrale in Darmstadt befand sich in der amerikanisch besetzten Zone und war von der US-Militärregierung mit einem sofortigen Produktionsverbot belegt worden, das am 17. Oktober 1945 teilweise aufgehoben wurde (Wittig 2007, 63-64). Das Werk in Worms lag in der französisch besetzten Zone und war von der dortigen Militärregierung am 15. Juli 1946 beschlagnahmt worden (Wittig 2007, 63). Das Werk in Mittenwalde bei Berlin „hatten die sowjetischen Besatzer bereits im Juli 1945 [...] vollständig demontiert und bis Ende August in rund 160 Waggons abtransportiert.“ (Wittig 2007, 63; Weiteres in unserem separaten Exkurs „Acrylglas in der DDR“). „Grundsätzlich versuchten auch die Amerikaner [...], sich das vorhandene Know-how anzueignen. Die Demontagen hielten sich jedoch vergleichsweise in Grenzen.“ (Wittig 2007, 63) Im Herbst 1947 allerdings begann in Darmstadt das große Zittern, denn „die unzerstörte [...] Anlage zur Monomerherstellung, von der die gesamte Kunststoff-Produktion des Unternehmens abhing, stand auf der Demontageliste“ (Wittig 2007, 64). Die Amerikaner rückten von ihrer Forderung jedoch wieder ab und die Geschäftsführung mit Otto Röhm junior (1912-2004) an der Spitze konnte aufatmen (Wittig 2007, 65). Nach Gründung der Bundesrepublik legten die drei Westalliierten USA, Frankreich und Großbritannien am 22. November 1949 mit dem Petersberger Abkommen ihre Demontagepolitik endgültig ad acta. Gegenwind durch Wettbewerb Die im Juni 1948 vollzogene Währungsreform stabilisierte den Geldwert und zog einen wirtschaftlichen Aufschwung nach sich, der in den 1950er-Jahren im sogenannten Wirtschaftswunder gipfelte. Röhm & Haas kam allerdings in die Quere, dass die Plexiglas-Patente im Jahr 1952 ausliefen (Wittig 2007, 66 u. 68) und man sich fortan den Acrylglas-Markt mit „rund 15“ Konkurrenzfirmen zu teilen hatte (Wittig 2007, 77). Die Folge: „Der Preis für einen Quadratmeter Plexiglas sank von der Währungsreform bis 1954 um über 40 Prozent.“ (Wittig 2007, 66) In dieser Umbruchsituation konnte Röhm & Haas seinen zentralen Wettbewerbsvorteil ausspielen, „alle Produkte der Methacrylatchemie“ anzubieten: „Halbzeugprodukte, also Platten, Rohre und Stäbe, aber auch Formmassen (= Granulat, Red.), Lackrohstoffe, Dispersionen und nicht zuletzt die Monomere selbst“ (Wittig 2007, 77). Um sich am Markt zu behaupten, musste Plexiglas „noch rationeller verarbeitet und preisgünstig hergestellt werden. Entscheidend wirkte sich die grundlegende Verbesserung der Formmassen aus, die einen wahren Technologiesprung auslöste. [...] Durch so genannte Regler, die den Monomeren während der Polymerisation in Blöcken oder als Perlen zugesetzt wurden, ließ sich nun die Länge der Kettenmoleküle und dadurch die Materialeigenschaften steuern.“ (Wittig 2007, 68) Um das Angebot zu verbreitern, wurden „Rundstäbe, gewelltes Plexiglas und neue Farben“ (Wittig 2007, 68) entwickelt. Daneben erwuchsen ungeahnte Absatzchancen aus einer veränderten Nachfrage, die „neue Attribute des Materials“ (Buchholz 2007, 47) hervortreten ließ und dem organischen Glas neuartige Einsatzgebiete erschloss: „Unter den veränderten Lebensbedingungen der Nachkriegszeit [...] weidet man sich nicht mehr an seinem geheimnisvollen Zauber, sondern schätzt jetzt vor allem seine klare, saubere Ausstrahlung.“ (Buchholz 2007, 46-47) Insbesondere Bauwirtschaft und Architektur gaben Impulse für innovative Anwendungen. An Fassaden, Balkonen und auf Dächern imponierten bald transluzente Verglasungen, Lichtkuppeln, Lampen und illuminierte Werbeflächen (Wittig 2007, 68, Buchholz 2007, 46 und Trommsdorff 1976, 241). Leuchtreklamen aus Acrylglas setzten sich zuerst an Tankstellen durch (Buchholz 2007, 47). Auch in Miniatur-Telefonzellen wurde es verbaut – weil es durchsichtig und bruchfest war und obendrein als Schallschutz taugte (Buchholz 2007, 46-47). Bei der Inneneinrichtung konnte der transparente Kunststoff ebenfalls punkten. Der finnische Designer Eero Aarnio (*1932) pries Acrylglas als magischen Werkstoff, der einen soliden Gegenstand fast unsichtbar erscheinen lasse (vgl. Buchholz 2007, 71). Im Deutschland der 1950er-Jahre entwarfen die Bauhausschüler Wolfgang Tümpel (1903-1978) und Hanns Hoffmann-Lederer (1899-1970) Tisch-, Wand- und Hängeleuchten aus Plexiglas (Buchholz 2007, 51). Letzterer gestaltete außerdem Brieföffner, Lupen, Schmuck und Möbelstücke aus dem Werkstoff. Hoffmann-Lederers Plexiglas-Lupe Nr. 101 wurde 1957 auf der XI. Triennale in Mailand mit einer Goldmedaille prämiert (Buchholz 2007, 53-54). Nicht zuletzt wurden Jukeboxen mit Acrylglas verkleidet: „Die hohe Transparenz [...] wird hier wirkungsvoll eingesetzt, um das automatische Abspielen von Schallplatten wie auf einer Bühne zu inszenieren“ (Buchholz 2007, 47). Haushalts- und Konsumartikel – von Salatbesteck über Kleiderbügel bis zu Schmuck – wurden wie ehedem auch in der Nachkriegszeit in einem gewissen Umfang aus Acrylglas hergestellt. Herangezogen wurden anfänglich vor allem Materialreste aus der Rüstungsproduktion (Flugzeugbau für die Luftwaffe), die infolge Verbots zum Erliegen gekommen war. Schon bald traten Produktdesign-Pioniere wie der Bauhausschüler Wilhelm Wagenfeld (1900-1990) auf den Plan, der Mitte der 1950er-Jahre für WMF u. a. eine zum Klassiker gewordene Butterdose mit Acrylglashaube und Cromaganuntersatz entwarf (Buchholz 2007, 67). Plexiglas-Cockpit auf drei Rädern Abbildungsnachweis: www.world-of-plexiglas.com/wp-content/uploads/2018/11/EVO_2018-08_History_Wandel_Markenlogo_06-1200x900.jpg Der Regensburger Flugzeughersteller Messerschmitt machte aus der Not eine Tugend und verlegte sich auf ein dreirädriges Kleinautomobil, das 1953 auf dem Genfer Autosalon vorgestellt wurde und als Messerschmitt-Kabinenroller „bis 1964 produziert und insgesamt etwa 30.000 mal verkauft“ wurde (Buchholz 2007, 46). Die Vorgeschichte: „Ab 1948 bietet der Flugzeugingenieur Fritz Fend (1920-2000, Red.) einen vornehmlich für Beinamputierte gedachten dreirädrigen Einsitzer an. Auf Drängen Willy Messerschmitts (1898-1978, Red.) erweitert er seinen ‚Fend Flitzer‘ 1952 um einen zusätzlichen Sitzplatz, modifiziert die Karosserie und verschließt das Fahrzeug mit (einer seitlich hochzuklappenden, Red.) cockpitartigen Kunststoffhaube, die auf Grund ihres geringen Gewichts und ihrer Witterungsbeständigkeit ideal geeignet ist.“ (Buchholz 2007, 45) Der Volksmund verpasste dem ulkigen Zweisitzer mit Einzylindermotor, 173 Kubikzentimeter Hubraum und neun (!) Pferdestärken Leistung eben wegen der transparenten Haube aus Acrylglas, die Fahrer und Beifahrer einen unbehinderten Rundblick gewährte, den Beinamen „Schneewittchensarg“ (Buchholz 2007, 54). Eine spöttisch wirkende, aber liebevoll gemeinte Bezeichnung, die auf die Märchenhaftigkeit des Materials, d. h. seine Hochwertigkeit, Transparenz und Brillanz, anspielte. Als „Schneewittchensarg“ machte ab1956 übrigens auch der „Phonosuper SK 4“ Furore, eine Radio-Plattenspieler-Kombination des in Kronberg im Taunus ansässigen Unternehmens Braun, entworfen von Hans Gugelot (1920-1965) und Dieter Rams (*1932) von der Ulmer Hochschule für Gestaltung: „Im Falle des SK 4 verdankt sich der Ausdruck (‚Schneewittchensarg‘, Red.) der transparenten Acrylglas-Abdeckung, die den Blick auf den Plattenteller frei gibt.“ (Buchholz 2007, 54; siehe auch ebd., 64) 1963 ersann Röhm & Haas als Plexiglas-Werbefigur dann den „König Acrylius“ (Wittig 2007, 80), wohl weil „edel“ und „Adel“ den Wortstamm gemeinsam haben. Zudem nahm sich ein König nicht minder fabelhaft aus als eine Figur aus dem Märchenschatz der Gebrüder Grimm – die Monarchie in Deutschland war immerhin schon 45 Jahre passé … Königlich auch der Umsatz, den Röhm & Haas mittlerweile mit Plexiglas einfuhr: 1959 hatte das Unternehmen die magische Grenze von 100 Million DM geknackt, „(d)er Anteil der Kunststoffe daran betrug 86 Prozent“ (Wittig 2007, 75). Den Boom des organischen Glases schmälerte auch der Wandel des Zeitgeistes nicht. Im Gegenteil: Änderten sich gesellschaftlicher Rahmen und ästhetisches Vorzeichen, ließen sich die schillernden Materialeigenschaften auf neue Weise interpretieren oder es rückten bislang verborgene respektive vernachlässigte Qualitäten des lupenreinen Tausendsassas in den Fokus. Auch die aufbegehrende Jugend Ende der 1960er-Jahre (Hippiekultur, Studentenrevolte) entdeckte Acrylglas für sich: „In den beliebig formbaren, der individuellen Fantasie keine Grenzen setzenden Kunststoffen erkennt sich die Bewegung wieder, findet die idealen Ausdruckträger ihrer Visionen und Bedürfnisse.“ (Buchholz 2007, 69) Geschmeidig dem Zeitgeist angepasst Von Understatement zu dekorativem Schwelgen, von Funktionalismus zu Hedonismus, von technokratischer Strenge zu utopischen Escape-Visionen – Acrylglas vollzog jeden Quantensprung mit. „Natürlich schlagen sich die neuen Lebensvorstellungen auch im Design von Gebrauchsartikeln aus Acrylglas nieder. Bestes Beispiel ist der ‚Bubble Chair‘ (1968) von Eero Aarnio, eine frei schwebende Halbkugel aus transparentem PMMA, in der man lässig baumelnd den Zwängen des Alltags entkommen kann. Nicht zufällig ahmt der futuristische Sessel mit dem satten Sitzpolster aus silberfarbenem Leder die Ästhetik der Mondraketen und Weltraumstationen nach – denn wohin ließe sich wirksamer fliehen, um soziale Machtspiele und Gängeleien hinter sich zu lassen, als ins menschenleere All?“ (Buchholz 2007, 70; siehe auch ebd., 82) Doch nicht jedes Objekt, das Designer schufen und feierten, fand aus seiner Nischenexistenz heraus in die Marktwirtschaft, so spektakulär es sich im Einzelnen auch ausnehmen mochte. Was keinen Nutzwert aufwies, geriet bald aus den Schlagzeilen und war für die breite Öffentlichkeit nicht von Interesse. Einen Spagat zwischen Zweckrationalität und revolutionärem Habitus versuchte Röhm & Haas mit seinem 1968 auf der Münchner Baumesse vorgestellten „Plexmobil-Bad im Baukastensystem, das dem Prinzip der Einbauküche folgte, [...] ein finanzierbares Einrichtungsprogramm für stilbewusste Menschen in beengten Wohnverhältnissen“ (Wittig 2007, 86; siehe auch https://corporate.evonik.com/de/pages/article.aspx?articleId=25207 ): „Statt die leidige Hygiene in kühl gefliesten ‚Nasszellen‘ zu verrichten, sollte sich das Familienleben in ein Bad verlagern, wo Körper und Seele zwischen Dusche, Fernseher und Bar Erholung und Regeneration fänden.“ (Wittig 2007, 86) Vorübergehend ins Straucheln geriet Plexiglas – und sämtliche anderen Kunststoffe mit ihm – durch den sogenannten Ölpreisschock in den 1970er-Jahren, der eine wirtschaftliche Rezession nach sich zog. Gravierende Absatzrückgänge verzeichnete gegossenes Plexiglas, denn es „stand in Konkurrenz zu dem eigenen, inzwischen sehr hochwertigen extrudierten Material und musste darüber hinaus den Markt mit besonders starken Wettbewerbern teilen“ (Wittig 2007, 92). Weiterhin gut lief das Geschäft mit den 1971 eingeführten Stegdoppelplatten aus Plexiglas, „Hohlkammerplatten mit besonders guten Isoliereigenschaften bei geringem Gewicht“, die zur Verglasung von Gewächshäusern entwickelt worden waren; überdies ließen sich mit ihnen Terrassen überdachen (Wittig 2007, 92). 1980 ergänzten Stegdreifachplatten das Sortiment (Wittig 2007, 92-93). Um den Umsatz zu sichern und nach Möglichkeit auszubauen, trieb Röhm & Haas Innovationen voran. Die Herausforderung dabei bestand darin, „dem PMMA neue Qualitäten hinzuzufügen, ohne die altbewährten Eigenschaften, wie die Alterungs- oder Witterungsbeständigkeit, zu verändern“ (Wittig 2007, 93). Es gelang beispielsweise, die Kratzfestigkeit und Hagelsicherheit des Materials zu erhöhen und es so für den Gewächshaus-, Wintergarten- und Terrassenbereich noch attraktiver zu machen. „Weil die hohe Alterungs- und Witterungsbeständigkeit von Plexiglas ihren Preis hatte, verwendete man für Lärmschutzwände und Stegplatten auch Polycarbonat, wodurch das Halbzeug preisgünstiger wurde. Dieser Kunststoff war sehr schlagfest, jedoch deutlich weniger alterungsbeständig. Das Makrolon genannte Polycarbonat-Granulat lieferte die Bayer AG“ (Wittig 2007, 93), mit der Röhm & Haas anno 1973 ein bis 2003 währendes Joint Venture einging (Wittig 2007, 94). Einen Großauftrag sicherte sich das Unternehmen für die Olympischen Spiele des Jahres 1972: Bereits „1966 stand fest, dass München der Austragungsort für die Olympischen Spiele 1972 werden würde. Das Architekturbüro Behnisch & Partner (in Zusammenarbeit mit dem Architekten Frei Otto [1925-2015], Red.) erhielt den Auftrag für den Bau der Sportstätten, die mit einem Zeltdach überspannt werden sollten. Als Röhm & Haas davon erfuhr, setzte sich das Unternehmen für eine Ausstattung dieses Prestigeobjekts mit Plexiglas ein und investierte dafür einen erheblichen Entwicklungsaufwand. Die Lichtdurchlässigkeit, die leichte Färbung des Materials als Sonnenschutz, sein besonders Brandverhalten und nicht zuletzt die Technik, die Platten auf dem sie tragenden Seilnetz ‚schwimmend‘ – also mit Bewegungsspiel – anbringen zu können, veranlassten die Olympia-Baugesellschaft, den Auftrag an die Röhm GmbH zu vergeben. Innerhalb von 16 Monaten lieferte das Unternehmen rund 90.000 m 2 schwer entflammbares Plexiglas zum Eindecken des Wahrzeichens der Olympischen Spiele – des Zeltdachs.“ (Wittig 2007, 86; siehe auch Buchholz 2007, 72 u. 75) Die Röhm-Familie steigt aus Das 75-jährige Firmenjubiläum wurde 1982 mit einer Ausstellung auf der Mathildenhöhe, Zentrum des Wirkens der Darmstädter Künstlerkolonie (1899-1914) und Ensemble prachtvoller Jugendstilbauten, gekrönt: „Elf Künstlerinnen und Künstler zeigten dort Kreationen aus Plexiglas, die sie im Werk gefertigt hatten.“ (Wittig 2007, 91) 1985 gab es erneut einen Grund zum Feiern: Die Röhm GmbH durchbrach die Schallmauer von einer Milliarde DM Jahresumsatz (Wittig 2007, 94). Nur vier Jahre später, im Dezember 1989, endete eine Ära: Die Röhm-Familie zog sich aus dem Unternehmen zurück und verkaufte ihre sämtlichen Anteile an die Hüls AG im westfälischen Marl (Wittig 2007, 94-95). Bald darauf geriet der Acrylglasmarkt zunehmend in den Sog der Globalisierung und damit verschärften Wettbewerbs. Infolge einer Rezession und steigender Rohstoffpreise schrieb die Röhm GmbH in den Jahren 1994, 1995 und 1996 rote Zahlen (Wittig 2007, 96). Mit verantwortlich gemacht wurden zu hohe Produktionskosten. Die Unternehmensberatung McKinsey verordnete daraufhin die „Konzentration aufs Kerngeschäft“ (Wittig 2007, 97), mithin eine „strenge Ausrichtung auf die Methacrylatchemie“ (Wittig 2007, 98): „Hauptakteure waren von nun an Monomere, Formmassen, Halbzeug und Polymerisate für Lacke, Additive sowie – in Kombination mit speziellen Monomeren – Reaktionsharze“ (Wittig 2007, 98). Die zentrale Antwort der Röhm GmbH auf die Herausforderungen der Globalisierung lautete: „Spezialisierung auf individuelle Kundenbedürfnisse und hochtechnologische Anwendungen“ (Wittig 2007, 101). Dank seiner Lichtleitfähigkeit ließ sich Plexiglas für Fotovoltaik-Systeme (Gewinnung elektrischen Stroms aus Sonnenergie) nutzbar machen (Wittig 2007, 101 u. 105). 1996 kam mit Polymethylmethacrylimid (PMMI, Handelsnamen: „Pleximid“, in den USA „Kamax“) ein neuer Kunststoff ins Sortiment, der sich kraft seiner besonderen Wärmeform- und Chemikalienbeständigkeit noch besser für Lampengehäuse und Schutzverglasungen eignete als Plexiglas selbst (Wittig 2007, 101). Zu einem bedeutenden Anwendungsfeld wurde außerdem die Optoelektronik in Gestalt von LCD-Flachbildschirmen in der Computer- und Fernsehtechnik, Handy-Displays und LED-Beleuchtungssystemen: „Um die rasant steigende Nachfrage nach Formmassen-Granulat für die hierzu benötigten Beleuchtungsmodule zu befriedigen, wurde gemeinsam mit der Forhouse Corporation (in Taichung, Red.) in Taiwan eine neue Anlage erbaut, die im Sommer 2007 die Produktion aufnahm.“ (Wittig 2007, 101; siehe auch ebd., 105 und https://history.evonik.com/sites/geschichte/de/erfindungen/plexiglas/ ) Auch die Plexiglas-Nachfrage der Automobilindustrie, seit Jahrzehnten ein Hauptabnehmer des Formmassen-Granulats, zog an, „(d)enn im Fahrzeugbau werden Metall- und Glasbauteile zunehmend durch Kunststoff ersetzt. So werden die Autos leichter und verbrauchen weniger Treibstoff. Waren es bislang vor allem die Verglasungen von Rückleuchten, in denen Plexiglas Formmassen eingesetzt wurden, kommen neue Anwendungen hinzu, beispielsweise bei Karrosseriebauteilen wie Spoilern oder Dachflächen.“ (Wittig 2007, 105; siehe auch ebd., 94) Prothesen aus Plexidur Nicht zu vergessen das Potenzial medizinischer Anwendungen, denn Acrylglas wird vom Organismus toleriert, vom Immunsystem nicht abgestoßen (Buchholz 2007, 139). Hinzu kommt, dass Bakterien deutlich weniger gut an ihm haften als an Porzellan, Edelstahl und Email, insbesondere nach mechanischer Beanspruchung im täglichen Gebrauch (Buchholz 2007, 139). Acrylglas ist somit prädestiniert für den Einsatz in der Orthopädie und findet hier schon seit Ende der 1930er-Jahre Verwendung, insbesondere für Gelenkprothesen. Weil es hier ganz besonders auf Materialrobustheit ankam, entwickelte Röhm-Chefchemiker Dr. Walter Bauer (siehe Teil 2 dieser Serie) das „Plexidur“, eingetragen ins Warenzeichenregister am 20. August 1942 unter der Nummer 548289. Dabei handelte es sich um ein Copolymerisat aus „40 bis 80 Gewichtsprozent Acrylsäurenitril und entsprechend 60 bis 20 Gewichtsprozent Methacrylsäureester niederer Alkohole“, wie aus der Patentschrift „Herstellung von Kunststoffen hoher Härte und Festigkeit“ (DRP 700176 vom 23. März 1937 ab) hervorgeht. Des Weiteren heißt es dort: „Die Erfindung betrifft Acrylmischpolymerisate, welche einen bisher unerreichten Querschnitt der Festigkeitseigenschaften besitzen, insbesondere bezüglich Härte, Schlag-, Zug-, Druck- und Wärmefestigkeit. [...] Es können noch andere polymerisierbare Verbindungen mitpolymerisiert werden, wie z. B. Acrylsäure, Acrylsäureester, Methacrylsäure, höhere Methacrylsäureester, Methacrylsäureamid, Methacrylsäurenitril, Vinylchlorid, Vinylacetat usw. Durch den Zusatz dieser Verbindungen können noch besondere Vorteile erzielt werden; beispielsweise sei erwähnt, daß ein Zusatz von etwa 10 bis 20 % Acrylsäurebutylester die Klarheit des Mischpolymerisats verbessert und die Schlagbiegefestigkeit erhöht, während z. B. die Härte vermindert wird.“ (Ackermann 1967, 77-78) Allerdings gab es einen Wermutstropfen: „Die Herstellung einheitlicher Polymerisate, z. B. Blöcke, durch Polymerisation der acrylsäurenitrilhaltigen Gemische ist mit einigen Schwierigkeiten verbunden. [...] Bei Übertragung der für die Acrylharze üblichen Polymerisationsverfahren auf die erfindungsgemäßen Mischungen erhält man [...] regelmäßig verfärbte sowie trübe bis undurchsichtige Polymerisate, was offenbar auf die verschiedenen Polymerisationsgeschwindigkeiten der einzelnen Komponenten zurückzuführen ist, so daß neben Mischpolymerisation teilweise auch Bildung von Polymerisaten einzelner Bestandteile eintritt.“ (Ackermann 1967, 78) Tatsächlich übertraf Plexidur in Sachen „Schlagbiegfestigkeit, Dauerbelastbarkeit und Lösemittelbeständigkeit [...] Plexiglas deutlich“, doch „(s)chon bei kleinen Änderungen des Mischungsverhältnisses polymerisierte es unberechenbar. Darüber hinaus war es deutlich teurer.“ (Wittig 2007, 73) Trotzdem hielt sich Plexidur für gut fünf Jahrzehnte, bis das Unternehmen es aus dem Programm nahm und durch einen jener Fremdkunststoffe ersetzte, die das hauseigene Sortiment ergänzten (Wittig 2007, 94). Für aus Plexiglas bestehende „Prothesen für zahnärztliche Zwecke“ hatte sich Röhm & Haas schon früher das Patent gesichert (DRP 652821 vom 20. September 1935; Erfinder: Dr. Walter Bauer). Die Methacrylharze in der Dentaltechnik verdrängten die Kautschukprothese und fanden außerdem als Zahnersatz- und Zahnreparaturmaterial Verwendung (Ackermann 1967, 61, 64-65 u. 242). Die Ophthalmologie machte und macht von Haftschalen und künstlichen Linsen aus Acrylglas Gebrauch (Buchholz 2007, 139). Und in der Pharmakologie hat Polymethylmethacrylat seit 1953 als Dragiermittel seinen Platz, als Tablettenüberzug also, der bewirkt, dass der medikamentöse Wirkstoff erst im Darm, nicht schon im Magen freigesetzt wird (Wittig 2007, 73 u. 98). Plexiglas gehört die Zukunft Ob Optoelektronik, Automobilbau oder Medizintechnik, nirgends scheint das Anwendungspotenzial organischen Glases ausgeschöpft. Auch im Bauwesen ist das Ende der Fahnenstange noch nicht erreicht. Das bezeugen tunnelförmige Schauaquarien mit Wänden aus Plexiglas (Buchholz 2007, 122-123), die erlebnishungrige Besucher z. B. nach Arnheim („Burgers’ Zoo“), nach Kopenhagen/Dänemark („Den Blå Planet“) oder nach Barcelona („L’Aquàrium“) locken. Ein architektonischer Wurf, der als nicht minder spektakulär gilt als das kaum unüberbietbare Zeltdach des Münchner Olympiastadions, ist das im September 2003 eröffnete Kunsthaus in Graz, von seinen Architekten Peter Cook (*1936) und Colin Fournier (*1944) „A friendly Alien“ getauft: „Mit seiner Außenhaut aus transparent blau eingefärbten, computergeformten PMMA-Platten wirkt es wie eine Mischung aus Marsmensch und Walfisch. [...] Der Clou: Die unter dem Acrylglasmantel verborgenen 930 Leuchtstoffröhren verwandeln die Gebäudehülle bei Bedarf in einen gigantischen Bildschirm, auf dem sich Texte oder Filmsequenzen vorführen lassen.“ (Buchholz 2007, 121-122) Der 6.000 Quadratmeter große deutsche Pavillon auf der Weltausstellung EXPO 2010 in Schanghai schwelgte ebenfalls in Plexiglas – mit der blau schimmernden Illusion einer Unterwasserlandschaft und zahlreichen Schauobjekten. Die Geschichte des Acrylglases und seiner Anwendungen ist die der „stete(n) Wiedergeburt eines traditionsreichen Produkts“ (Wittig 2007, 105). Vor diesem Hintergrund steht außer Frage, dass Plexiglas die Zukunft gehört, obwohl sich aktuell wie schon vor 20 Jahren der betriebliche Background gravierend verändert: Im März 1999 fusionierte die Hüls AG samt der Röhm GmbH mit der in Essen ansässigen Degussa (die ab 2007 als Evonik Degussa GmbH unter dem Dach des neu gebildeten Konzerns Evonik Industries AG firmierte). „Die Degussa hatte sich – nachdem die damalige Röhm & Haas kein Acetoncyanhydrin mehr von ihr bezog – eine eigene Produktion sowohl für monomeres als auch für polymeres Methylmethacrylat aufgebaut. 1996 waren diese Aktivitäten auf eine neue Tochtergesellschaft, die Agomer GmbH, übertragen worden. Als sich nun die Muttergesellschaften zusammenschlossen, fusionierten die Röhm GmbH und die Agomer GmbH ebenfalls.“ (Wittig 2007, 101) Mit ihrem Methacrylat-Geschäft erwirtschaftete die Evonik Industries AG in weltweit 18 Produktionsstätten zwischen 2016 und 2018 einen Jahresumsatz von im Schnitt 1,8 Milliarden Euro (Gesamtumsatz 2018: 15 Milliarden Euro). Der Gewinn vor Steuern, Zinsen und Abschreibungen lag im selben Zeitraum bei durchschnittlich 350 Millionen Euro, gab der Essener Konzern an. Trotzdem trennte sich die Evonik im März 2019 von ihrer Plexiglas-Sparte und veräußerte sie nach eigenen Angaben für drei Milliarden Euro an den US-amerikanischen Finanzinvestor Advent International ( https://corporate.evonik.de/de/presse/pages/article.aspx?articleId=109128 ). Dieser schon im Vorjahr angekündigte Schritt ist Teil eines großen Konzernumbaus und wurde mit der „Konjunkturanfälligkeit“ und schwankenden Ertragssituation des Methacrylat-Geschäfts begründet. Fortan wolle sich die Evonik auf profitablere, den Konjunkturzyklen weniger stark unterworfene Branchen der Spezialchemie konzentrieren. Nicht zuletzt ein Zugeständnis an die Ruhrkohle AG, den Hauptaktionär (Anteil: 64,3 Prozent), wie die Deutsche Presse-Agentur (dpa) anmerkte: „Mehrheitseigentümer des Chemiekonzerns ist die RAG-Stiftung, die aus den Dividenden die Ewigkeitskosten des im vergangenen Jahr eingestellten Steinkohlebergbaus finanziert.“ k-online.de wünscht der Advent International Corporation eine glückliche Hand, mit dem Pfund Plexiglas so erfolgreich zu wuchern wie jene, die in den zurückliegenden 90 Jahren für das Geschäft Verantwortung trugen. Apropos: Acrylglas in der DDR Von den drei Plexiglas-Produktionsstandorten der Röhm & Haas GmbH befand sich nach Ende des Zweiten Weltkriegs, „von den Kampfhandlungen nahezu unberührt“ (Wittig 2007, 63), das Werk im brandenburgischen Mittenwalde auf sowjetisch besetztem Territorium. Vor der Demontage im Juli und August 1945 hatte die „Besatzungsmacht die Produktionsabläufe genau studiert, einzelne Firmenangehörige ausführlich zu den technischen Verfahren befragt und sie sogar zum Mitgehen in die Sowjetunion aufgefordert. Aus Angst vor einer möglichen gewaltsamen Verschleppung erschien es den Betroffenen ratsam, auf dieses Angebot mit ihrer Flucht aus der sowjetischen Zone zu reagieren.“ (Wittig 2007, 63) Nach Gründung der Deutschen Demokratischen Republik am 7. Oktober 1949 gab es am Standort Mittenwalde keine Versuche zur Wiederbelebung der Kunststoffproduktion. Stattdessen entstand dort am 1. Oktober 1962 der Volkseigene Betrieb (VEB) Erdöl- und Erdgaserkundung Mittenwalde (heute Untergrundspeicher- und Geotechnologie-Systeme GmbH). Acrylglas wurde in der DDR vorerst nicht hergestellt. Zwar versprach sich der Arbeiter- und Bauernstaat von Kunststoffen oder, wie es hier zumeist hieß, Plaste einen nachhaltigen wirtschaftlichen Schub, den Ton gaben allerdings Polyäthylen, Polyvinylchlorid und Polystyrol an (Schrader 1962, 14). Für Polymethylmethacrylat (PMMA) standen die Vorzeichen zunächst einmal schlecht: „Nach 1945, dem Ende des 2. Weltkrieges mit seinen verheerenden Folgen, wie z. B. die Zweiteilung Deutschlands, waren auf dem Gebiete der heutigen Deutschen Demokratischen Republik keine Anlagen vorhanden, die die Herstellung eines solchen Thermoplastes in seiner Vielseitigkeit ermöglichten.“ (VEB Stickstoffwerk Piesteritz o. J., 3) Die Sozialistische Einheitspartei Deutschlands (SED) forcierte mit dem am 4. November 1958 aufgelegten Chemieprogramm den Ausbau der Kunststoffproduktion und verfolgte mit der Losung „Chemie gibt Brot – Wohlstand – Schönheit“ das Ziel, selbst ein „Wirtschaftswunder“ auf die Beine zu stellen: „Die Erhöhung des Lebensstandards aller Werktätigen ist eine der wesentlichen Aufgaben der sozialistischen Gesellschaftsordnung. [...] In der DDR werden gewaltige Anstrengungen unternommen, um die Produktion von Kunststoffen zu steigern bzw. die Herstellung solcher Kunststoffe aufzunehmen, für die die Voraussetzungen gegeben sind oder geschaffen werden können. [...] Sollen mehr neue, moderne Werkstoffe zur Verfügung stehen, dann muß zuerst an den schnellen Aufbau bzw. an die Rekonstruktion der Produktionsstätten, also der Chemiewerke, herangegangen werden.“ (Schrader 1962, 9) Das galt nicht zuletzt mit Blick auf PMMA: „Bei dem enormen Wachstum unserer volkseigenen Industrie machte sich das Fehlen eines solchen Kunststoffes in zunehmendem Maße bemerkbar, so daß diese Lücke durch Aufnahme von Entwicklungsarbeiten schnellstens geschlossen werden mußte.“ (VEB Stickstoffwerk Piesteritz o. J., 3) Im VEB Stickstoffwerk Piesteritz, einem Stadtteil von Wittenberg, waren die „Voraussetzungen zur Synthese des hierfür erforderlichen Methacrylsäuremethylesters [...] besonders gegeben“ (VEB Stickstoffwerk Piesteritz o. J., 3). Die Begründung: „Azeton und Natriumzyanid sind die Ausgangsstoffe; dazu kommen noch Schwefelsäure und Methanol.“ Natriumzyanid „läßt sich durch Verschmelzen von Kalziumzyanamid (Kalkstickstoff) mit Kohle und Natriumchlorid (Kochsalz) im elektrischen Ofen gewinnen. Wer Kalkstickstoff hört, muß an Piesteritz denken.“ (Raubach 1960, 108) Der erzeugte Methacrylsäuremethylester nun „stellt praktisch ein Halbfabrikat dar, aus dem durch Polymerisation die Umwandlung in glasklare feste Körper erfolgt. Dieses Produkt erhielt den Handelsnamen ‚Piacryl‘ ( Pi esteritzer Acryl ate).“ (VEB Stickstoffwerk Piesteritz o. J., 3) Die neue Acrylglas-Produktionsanlage in Piesteritz wurde 1958 in Betrieb genommen (Chemie-Museum 2004; siehe auch Beneke 2006, 26-27). Zum Plast-Portfolio des Betriebes gehörten zudem die Melaminharzpressmasse Meladur, die Dicyandiamitharzpressmasse Didi und der Harnstoffharz-Schaumstoff Piatherm (Böhme und Ludwig 2012, 41). Piacryl umfasste die hinsichtlich Dickentoleranzen und optischer Ablenkung zu unterscheidenden Sorten P I, P II, P S, P SL 10 und P SL 5 (VEB Stickstoffwerk Piesteritz 1967, 3). Wie Plexiglas wurde auch Piacryl „durch Polymerisation mit Initiatoren in Silikatglasformen“ (VEB Stickstoffwerk Piesteritz 1967, 2), genauer: zwischen Silikatglasscheiben (Raubach 1960, 108-109) erzeugt: „Ein solcher ‚Glasblock‘ bietet einen herrlichen Anblick. Seine Durchsichtigkeit ist so gut, daß wir bei einer Dicke von 2 m noch feinste Schriften lesen können [...]. Derartige hervorragende optische Eigenschaften zeigen nur noch die schweren Kristallgläser.“ (Raubach 1960, 110) Das organische Glas „made in GDR“ ließ sich wie Plexiglas thermisch verformen, schneiden, sägen, feilen, hobeln, fräsen, bohren, reiben, drehen, gewindeschneiden und schleifen (VEB Stickstoffwerk Piesteritz 1958, 5-11). Das Anwendungsspektrum im Überblick: Flugzeug-, Fahrzeug- und Bootsbau, Sicherheitsglas für Schutzbrillen, Schaugläser, Abdeckungen, Leuchttransparente (Lichtreklame), Leuchtsignale, Wandleuchten, Kraftfahrzeugleuchten, Linsensysteme, Brillen- und Uhrenverglasungen, Dachverglasungen, Oberlichter, Lichtkuppeln, Vordächer, Balkonbrüstungen, Wandverkleidungen, Treppenverkleidungen, Trennwände, Sanitäreinrichtungen, „Badewannen“ (Just 1962, 273), Isolatorenteile (VEB Stickstoffwerk Piesteritz 1967, 2; bei Just 1962, 150 heißt es hingegen: „Elektrische Eigenschaften mittelmäßig, als Isolierstoff nicht üblich“), Knochenersatz (Kiefer, Schädel), Gelenkprothesen, Zahnersatz (Gaumenplatten, Zahnprothesen, Kronen, Brücken), „künstliche Nieren“ (VEB Stickstoffwerk Piesteritz 1967, 2), beleuchtete chirurgische Instrumente, biologische und medizinische Präparate. Ein echter Tausendsassa, doch Raubach 1960, 112 bremste ein wenig die Euphorie: „(E)inen Stoff, mit dem man alles machen kann, gibt es bis heute nicht und wird es nie geben. Selbstverständlich gelten auch für das Plexiglas (sic) Einschränkungen. Seine Fehler z. B. sind die sogenannte Rißchenbildung und die geringe Beständigkeit gegenüber den meisten organischen Lösungsmitteln mit Ausnahme der Benzine. Aber auch hier hat man bereits weitgehend Verbesserungen erbracht, so durch Mischpolymerisation mit Stoffen wie Acrylnitril.“ 1990, als die DDR Geschichte war, endete in Piesteritz das Piacryl-Kapitel. Aus dem VEB Agrochemie Piesteritz wurde die Stickstoffwerke AG Wittenberg-Piesteritz (Chemie-Museum 2004). 1993 wurde die SKW Stickstoffwerke Piesteritz GmbH gegründet, die zwar nicht als Rechtsnachfolgerin fungiert, aber an die Traditionen des Standortes anknüpfte, fokussiert auf die Fabrikation von Stickstoffdüngemitteln. Heute ist das Werk Deutschlands größter Ammoniak- und Harnstoffproduzent. Literatur Katharina Ackermann (1967): Dr. Walter H. Bauer und seine 67 Deutschen Reichspatente. Leistungen und Erfahrungen eines deutschen Forschungschemikers, zusammengestellt nach Dokumenten. Jugenheim/Bergstraße: Selbstverlag, 264 S. Klaus Beneke (2006): Mitteldeutsche-Stickstoff-Werke A G, Piesteritz (heute Ortsteil der Lutherstadt Wittenberg). Band 1. Aus dem Nachlass des ehemaligen Direktors Richard Beneke. Kiel: Institut für Anorganische Chemie der Christian-Albrechts Universität, 55 S.; online: http://www.uni-kiel.de/anorg/lagaly/group/klausSchiver/piesteritz1.pdf Katja Böhme und Andreas Ludwig (Hgg.) (2012): Alles aus Plaste. Versprechen und Gebrauch in der DDR. Köln, Weimar und Wien: Böhlau, 239 S. Kai Buchholz (2007): Plexiglas. Werkstoff in Architektur und Design. Katalog zur Ausstellung im Institut Mathildenhöhe Darmstadt, 16. 9. 2007 bis 6. 1. 2008. Köln: Wienand, 151 S. Deutsches Chemie-Museum Merseburg (2004): Wittenberg-Piesteritz 1915-2004. https://www.deutsches-chemie-museum.de/index.php?id=34 Günter Just (1962): Es geht nicht ohne Plaste. Ein Streifzug durch die Welt der Riesenmoleküle. Leipzig: Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie (= Polytechnische Bibliothek), 296 S. H[einz] Raubach (1960): Farbenfrohe Leichtgewichte. Leipzig und Jena: Urania (= Passat-Bücherei, 25), 215 S. W[erner] Schrader (1962): Kunststoffe – Plaste. Leipzig: Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie, 3., vollst. überarb. u. erw. Aufl., 82 S. Ernst Trommsdorff (1976): Dr. Otto Röhm. Chemiker und Unternehmer. Düsseldorf und Wien: Econ, 294 S. VEB Stickstoffwerk Piesteritz (1958): Piacryl „P“. Piesteritz: o. V., 15 S. VEB Stickstoffwerk Piesteritz (o. J. = nach 1959): Piacryl P. Flugzeug- und Fahrzeugbau; Beleuchtungstechnik; Feinmechanik und Optik; Maschinen- und Modellbau. Schönebeck/Elbe: Fr. Schlüter, 27 S. VEB Stickstoffwerk Piesteritz (1967): Piacryl P. Organisches Glas. Piesteritz: o. V., 8 S. Eva Wittig (2007): 100 Jahre Zukunft. Die Röhm GmbH von 1907 bis 2007. München: Peschke, 112 S.

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