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Biobasierte Vitrimere heilen sich mit sichtbarem Licht
Ein chinesisches Forschungsteam hat biobasierte Diselenid-Polyimin-Vitrimere entwickelt, die mechanische Robustheit, effiziente Selbstheilung durch sichtbares Licht und geschlossenes Recycling in einem System vereinen. Die aus Vanillin-basierten Monomeren gewonnenen Materialien erreichen Zugfestigkeiten von bis zu 21,6 MPa und heilen bei milden 45 °C – ohne UV-Aktivierung.
Die Entwicklung nachhaltiger Duroplaste, die gleichzeitig mechanische Robustheit, effiziente Selbstheilung und geschlossenes Recycling verbinden, bleibt eine bedeutende Herausforderung. Das Forschungsteam präsentiert nun eine Klasse biobasierter Diselenid-Polyimin-Vitrimere mit einem dualen dynamischen kovalenten Netzwerk, das den Iminaustausch mit einer durch sichtbares Licht ausgelösten Diselenidmetathese kombiniert. Als Ausgangsstoff dienen erneuerbare Vanillin-basierte Monomere – ein biobasierter Rohstoff, der aus Lignin gewonnen werden kann und damit einen nachhaltigen Bezug zur Forstwirtschaft aufweist.
Die resultierenden Materialien zeigen einstellbare mechanische Eigenschaften und erreichen Zugfestigkeiten von bis zu 21,6 MPa, während sie bei niedrigeren Vernetzungsdichten eine hohe Zähigkeit beibehalten. Diese Kombination adressiert den häufigen Zielkonflikt zwischen Festigkeit und Zähigkeit in Vitrimersystemen und eröffnet einen breiten Anwendungsraum für unterschiedliche Anforderungsprofile.
Lesetipp: Lackrohstoff-Tabellen
Die 10. Auflage der Lackrohstoff-Tabellen ist ein umfassendes Standardwerk für die Lack- und Farbenbranche. In übersichtlicher Tabellenform werden Lieferanten und Produkte aus allen relevanten Rohstoffgruppen aufgeführt – von Bindemitteln über Weichmacher und Lösemittel bis hin zu Lackhilfsmitteln. Mehrsprachige Kapitelübersichten, praxisnahe Bemerkungen zu den einzelnen Produkten sowie ein detailliertes Hersteller- und Händlerverzeichnis machen dieses Werk zu einem unverzichtbaren Nachschlagewerk für Forschung, Entwicklung und Produktion.
Selbstheilung ohne UV-Aktivierung
Ein besonderes Merkmal des Systems ist die Selbstheilungsfähigkeit unter sichtbarem Licht bei milden Temperaturen von 45 °C. Dies vermeidet die nachteiligen Effekte, die häufig mit UV-Aktivierung verbunden sind – etwa Materialalterung, Vergilbung oder Schädigung empfindlicher Substrate. Die Grundlage dieser Wirkung bilden die dynamischen Diselenidbindungen, die durch sichtbares Licht reversibel gespalten und neu geknüpft werden können.
Parallel dazu ermöglichen die reversiblen Iminverbindungen eine effiziente Spannungsrelaxation, thermische Wiederverarbeitbarkeit und vollständige Depolymerisation unter milden sauren Bedingungen. Damit stellt das System zwei komplementäre Wirkmechanismen bereit, die auf unterschiedliche externe Stimuli reagieren und je nach Anwendungsanforderung genutzt werden können.
Echtes geschlossenes chemisches Recycling
Besonders hervorzuheben ist die Recyclingfähigkeit: Die abgebauten Produkte können als hochreine Monomere zurückgewonnen und zur Regeneration von Vitrimeren mit nahezu identischen mechanischen Eigenschaften wiederverwendet werden. Damit demonstriert die Arbeit ein echtes geschlossenes chemisches Recycling – ein wichtiger Meilenstein für die Kreislaufwirtschaft von Duroplasten, die konventionell nur schwer recycelbar sind.
Die Integration von Imin- und Diselenidbindungen ermöglicht dem Vitrimer-Netzwerk, auf verschiedene externe Stimuli zu reagieren, und verbindet thermische Wiederverarbeitbarkeit mit lichtinduzierter Selbstheilung bei gleichzeitig guten mechanischen Eigenschaften. Für Formulierer und Materialentwickler im Bereich funktionaler Beschichtungen, Klebstoffe und Verbundwerkstoffe liefert die Arbeit eine nachhaltige Designstrategie für die nächste Generation biobasierter Vitrimere. Insbesondere im Kontext wachsender regulatorischer Anforderungen an Kreislauffähigkeit und die Reduktion fossiler Rohstoffe eröffnet der Ansatz vielversprechende Perspektiven für Anwendungen, bei denen Langlebigkeit, Reparaturfähigkeit und Wiederverwertbarkeit gleichermassen gefragt sind.
Quelle: Tong, Z. et al. Dual dynamic bio-based vitrimers enabled by visible-light-responsive diselenide bonds for self-healing and closed-loop recycling. Polym. Chem. 17, 3486–3494 (2026). https://doi.org/10.1039/d6py00536e
