Laut Schätzungen des Fraunhofer UMSICHT werden ca. 0,1 % der jährlich in Deutschland produzierten Polymere als Wirk- oder Hilfsstoffe in Wasch-, Pflege- und Reinigungsprodukten eingesetzt; davon gelangen 55 t/a als Mikroplastik und 23.200 t/a als gelöste, gelartige oder flüssige Polymere in die Umwelt.

Zu diesen Polymeren zählen auch Polyacrylate, welche erheblich zur Performance von Wasch- und Reinigungsmitteln beitragen. Ferner sind Polyacrylate Hauptbestandteil von Pflegebefilmungen, die sich positiv auf Anschmutz- und Reinigungsverhalten sowie Lebensdauer elastischer Bodenbeläge auswirken.

Ziel des Forschungsvorhabens war Mikroorganismen bzw. mikrobielle Konsortien aus der Umwelt zu isolieren und Enzyme zu identifizieren, die Polyacrylate abbauen können. Die Klassifizierung der Enzyme erfolgt anhand der von ihnen katalysierten Reaktionen (Wirkungsspezifität) und gibt Aufschluss über die von ihnen gespaltene Bindungsart.

Basierend auf erzielten Ergebnissen (z.B. Wirkungsspezifität identifizierter Enzyme) wurden Polyacrylate mit chemisch und enzymatisch spaltbaren Bindungen im Polymerrückgrat synthetisiert, um den mikrobiellen bzw. enzymatischen Abbau zu beschleunigen.

Mikrobielle Konsortien wurden aus Umweltproben isoliert, die sich in Kulturen anzüchten ließen, welche als einzige Kohlenstoffquelle ein Polyacrylat (z.B. Polyacrylsäure, Polymethylmethacrylat) oder ein Monomer (MMA: Methylmethacrylat; HEMA: 2 Hydroxyethylmethacrylat) enthielten, und hinsichtlich ihrer bakteriellen Zusammensetzung mittels Diversitätsanalysen und Sequenzierung der 16S rRNA analysiert.

Zudem wurde ein Bakterium identifiziert, das HEMA und MMA für sein Wachstum nutzen kann. Zur Identifizierung von Schlüsselenzymen aus diesem Organismus, die für den Abbau der Polyesteracrylate zuständig sind, erfolgte eine Sequenzierung des Genoms.

Polyesteracrylate wurden mittels radikalischer Ringöffnungspolymerisation aus zyklischen Ketenacetalen, vor allem MDO (2-Methylen-1,3-dioxepan), und verschiedenen Monomeren, z.B. MMA, Styrol, HEMA, MAA (Methacrylsäure) synthetisiert (Substanzpolymerisation).

Die synthetisierten Copolymere mussten mittels Lösemittelaustauschmethode (THF nach Wasser) dispergiert werden, um unter Berücksichtigung praxisüblicher Rezepturen Pflegedispersionen zu erstellen.

Appliziert auf elastische Bodenbeläge wiesen die Befilmungen eine vergleichbare Stabilität (Haftfestigkeit, Abrasionsbeständigkeit), Trittsicherheit (Gleitreibung), Schmutzabweisung und Barrierewirkung auf wie eine herkömmliche Pflegebefilmung, ließen sich aber bei der Grundreinigung schlechter entfernen. Ein Einfluss auf die Farbe der Bodenbeläge war nicht erkennbar.

Die Polyesteracrylate konnten alkalisch hydrolysiert werden; zudem wurden Enzyme (Esterasen) identifiziert, die die Esterbindungen im Polymerrückgrat spalten konnten.

Der Forschungsbericht ist auf Anfrage bei FRT erhältlich.