Neue Chancen durch chemisches Recycling

Carbonfaserverstärkte Kunststoffe (CFK) gewinnen immer mehr an Relevanz, da sie durch ihre Festigkeit und Steifigkeit überzeugen und zusätzlich im Vergleich zu anderen steifen Materialien ein deutlich geringeres spezifisches Gewicht aufweisen.  

Die steigende Bedeutung carbonbasierter Verbundwerkstoffe wirft allerdings Probleme auf, da gleichzeitig auch die Menge an Abfall steigt. Vor allem Verbundwerkstoffe mit duromerer Harzmatrix aus Epoxidharzen lassen sich bis heute nicht wiederverwerten, da Duromere weder schmelzbar noch löslich sind. Zudem sind Epoxidharze besonders chemisch inert.

Innovativer Lösungsansatz der Technischen Hochschulen Nürnberg und Aschaffenburg

Das chemische Recycling von epoxidharzbasierten Werkstoffen konnte durch einen innovativen Lösungsansatz erstmals realisiert werden und bietet neue Perspektiven. Mithilfe des durch die Technischen Hochschulen Nürnberg (Lehrgebiet Makromolekulare Chemie) und Aschaffenburg (Lehrgebiet Ressourceneffizienz) entwickelten effizienten Verfahrens für epoxidharzbasierte Carbonfaserverbundkunststoffe ist es möglich, sowohl unbeschadete Fasern als auch wiederverwertbare Oligomere zurückzugewinnen. Die Rückgewinnung von Carbonfasern aus carbonfaserverstärkten Epoxidharzen unter Erhalt der ursprünglichen Eigenschaften der Fasern ist möglich.

Durch den Einsatz einer speziellen organisch-chemischen Reaktion zur Spaltung von Kohlenstoff-Stickstoff-Bindungen können amingehärtete Epoxidharze aufgelöst werden. Der oxidative Abbau des Harzes mit Wasserstoffperoxid folgt der sogenannten Cope-Eliminierung. Erste Ergebnisse deuten auf eine selektive Spaltung des Epoxidharzes hin, was eine Wiederverwendung der oligomeren Spaltprodukte vereinfacht.

Verfahren ermöglicht Wiedergewinnung nahezu epoxidharzfreie Carbonfasern

Aktuelle Entwicklungen des Projekts zeigen, dass sich massive Epoxidharzkörper durch fünf-stündiges Quellen und anschließende 15-stündige Thermolyse auflösen lassen. Durch Analyse konnte die Bildung der erwarteten Oligomere nachgewiesen werden. Besonders hervorzuheben ist, dass die Reaktion bei milden Temperaturen (< 200°C) und Umgebungsdruck durchgeführt wurde und die Länge der Carbonfasern lediglich vom eingesetzten Bauteil begrenzt ist.

Letztlich konnten durch dieses innovative Verfahren bei carbonfaserverstärkten Epoxidharzen die Carbonfasern nahezu epoxidharzfrei wiedergewonnen werden. Dabei blieb die Zugfestigkeit der recycelten Faser fast unverändert. Angestrebt wird, die bei der Spaltung entstehenden Oligomere zur Synthese neuer Epoxidharze einzusetzen und so einen geschlossenen Stoffkreislauf zu schaffen.