zum Inhalt springen
Powered by

Uni Konstanz - Kristallinität als Schlüsselfunktion

Nachwachsende Rohstoffe bieten nicht nur der Biotechnologie interessante Möglichkeiten zur Werkstoffentwicklung. Am Lehrstuhl für Chemische Materialwissenschaft der Universität Konstanz konnten Wissenschaftler mittels chemischer Synthese einen neuen Kunststoff aus Pflanzenölen gewinnen.

Neuer Kunststoff aus Pflanzenölen © Uni Konstanz

Der Lehrstuhl für Chemische Materialwissenschaft der Universität Konstanz befasst sich unter der Leitung von Prof. Dr. Stefan Mecking mit der Erzeugung von Polymeren und Nanopartikel durch katalytische Verfahren und der Entwicklung neuer Katalysatoren. „Eine große Rolle spielen dabei Katalysatoren, die auch noch in Gegenwart von funktionellen Gruppen wirken, denn häufig werden die Katalysatoren von den funktionellen Gruppen deaktiviert“, berichtet Prof. Dr. Stefan Mecking.

Neue Werkstoffe aus erneuerbaren Ressourcen zu gewinnen, ist ein Spezialgebiet von Meckings Lehrstuhl. Im Rahmen ihrer Dissertation hat Dorothee Quinzler aus Pflanzenölen einen neuen Kunststoff entwickelt. Im Gegensatz zu den bisherigen Verfahren, bei denen die Fettsäure an der Doppelbindung gespalten wird, werden bei der Produktion des Polyesters die ungesättigten Fettsäuren vollständig in das Polymer übertragen. „Die damit erhaltenen aliphatischen Polyester waren bislang nicht zugänglich, da die langkettigen Dicarbonsäure-Monomere gar nicht zur Verfügung standen“, so Prof. Mecking. Diese chemische Synthese eines Polyesters aus pflanzlichen ungesättigten Fettsäuren bietet eine interessante Alternative zu den verbreiteten biotechnologischen Herstellungsmethoden. Synthetisiert wird das Polymer durch eine isomerisierende Carbonylierung. Carbonylierungsverfahren sind seit langem großtechnisch etabliert. Für den Fall des neuen Polyesters sind die Forscher jedoch noch nicht soweit. „Zunächst müssen noch die Katalysatoren verbessert werden", berichtet Mecking.

Hoher Kristallisationsgrad

„Da Pflanzenöle nicht einfach zu gewinnen sind, sollten die daraus synthetisierten Produkte hochwertig sein und ein spezifisches Eigenschaftsprofil haben“, sagt Prof. Mecking. Die vom Lehrstuhl hergestellten Polyester haben einen relativ hohen Schmelzpunkt, da sie sehr kristallin sind. „Die Kristallinität beruht auf Van-der-Waals-Wechselwirkungen zwischen benachbarten linearen Ketten“, erklärt Mecking. Sind die Polymerketten verzweigt, so ist eine Kristallisation schwieriger. Der Kristallisationsgrad beeinflusst die thermischen und chemischen Eigenschaften des Polymeres und damit auch sein Anwendungsgebiet. Das Eigenschaftsprofil des neuen Kunststoffs ist jedoch noch nicht vollständig geklärt. „Obwohl wir die Bioabbaubarkeit noch nicht nachgewiesen haben, gehen wir davon aus, dass der Stoff bioabbaubar ist“, sagt Mecking. Die Wissenschaftler können sich auch eine Anwendung im Bereich der technischen Kunststoffe vorstellen. Das nächste Ziel ist es, den Kunststoff in größeren Mengen herzustellen und das Eigenschaftsprofil weiter zu klären, um im Anschluss mit industriellen Partnern die Anwendung zu testen. Die Untersuchungen werden im Rahmen des Programms "Umwelttechnologieforschung" durch die Stiftung Baden-Württemberg gefördert.

Fluoreszente Nanopartikel in der Medizin


Eine weitere am Lehrstuhl untersuchte Fragestellung umfasst die Herstellung von Nanopartikeln. Die Wissenschaftler erforschen zunächst die Schmelz- und Kristallisationseigenschaften von polymeren Nanokristallen. „Bisher konnte man solche frei beweglichen Polymer-Nanokristalle gar nicht herstellen", berichtet Mecking. Mit diesen ist es möglich sehr dünne Filme herzustellen, zum Beispiel für hydrophobe Beschichtungen. Weiterhin befasst sich der Lehrstuhl mit hybriden Nanopartikeln, die sowohl eine organische wie anorganische Phase aufweisen. „Die organische Hülle dient dazu die Eigenschaften der anorganischen Partikel gegenüber ihrer Umgebung anzupassen", erklärt Mecking. Hierbei kann es sich um spezifische Reaktivität zur Bindung handeln oder die organische Hülle dient als Schutz der Kerne. Das Projekt wird in einem Sonderforschungsbereich mit dem Lehrstuhl für Moderne Optik und Quantenelektronik von Prof. Dr. Leitenstorfer bearbeitet.

Fluoreszente Nanopartikel könnten ihren Einsatz in der Medizin finden. „Zunächst ging es darum, fluoreszierende Nanopartikel herzustellen, bei denen man das Spektrum gut einstellen kann", so Mecking. Dank einer effizienten Energieübertragung vom Polymer auf einen Farbstoff, reichen hier schon geringe Mengen. Der in den Nanopartikeln kovalent gebundene fluoreszente Farbstoffe konnte mittels 2-Photonen-Mikroskopie beobachtet und so schonend in lebenden Zellen erkannt werden. Die Fluoreszenz könnte dazu dienen den Weg der Nanopartikel im Körper zu verfolgen, denn die Nanotechnologie bietet zwar große Möglichkeiten für Umwelt- und Gesundheitstechnologie, weist jedoch im Moment noch schwer abzuschätzende Risiken auf.

Seiten-Adresse: https://www.biooekonomie-bw.de/fachbeitrag/aktuell/uni-konstanz-kristallinitaet-als-schluesselfunktion