10.07.18 10:42

Chemie: Veröffentlichung in Nature Catalysis

Licht steuert Eigenschaften biologisch abbaubarer Kunststoffe

Von: Redaktion / C.G.

Chemiker der Berliner Humboldt-Universität haben zusammen mit Düsseldorfer Forschern ein Katalysatorsystem entwickelt, mit welchem Polymerisationsprozesse zur Herstellung von bioabbaubaren Kunststoffen mittels farbigem Licht gesteuert werden können. Die Ergebnisse dieser Arbeit veröffentlichten sie jetzt in Nature Catalysis.

Kettenlänge (links) sowie Zusammensetzung (rechts) der gebildeten Polymerstränge können durch unterschiedlich farbiges Licht gezielt gesteuert werden. (Abbildung: Fabian Eisenreich)

Kunststoffe (Polymere) entstehen, indem man viele kleine Moleküle - die Monomere - miteinander verknüpft. Den Vorgang der Verkettung bezeichnet man auch als Polymerisation. Es entstehen Ketten oder auch zwei- und dreidimensionale Strukturen. Die Eigenschaften eines solchen Kunststoffes hängen stark von den verknüpften Monomerbausteine sowie der Länge und Zusammensetzung der gebildeten Polymerketten ab.

Für gewöhnlich sind diese Faktoren durch die Wahl der jeweiligen Polymerisationsbedingungen vorbestimmt. Um darüber hinaus jedoch die Bildung der Polymere fernzusteuern und somit Kunststoffe mit neuartigen und bislang nicht zugänglichen Charakteristika herzustellen, stellt die Regulation durch externe Einflüsse wie Licht ein attraktives Ziel dar. Ähnlich wie bei zahnärztlichen Füllungen, die unter UV-Licht aushärten, dient Licht im Fall der aktuellen Publikation dazu, den Ort und die Dauer der chemischen Reaktionen während der Polymerbildung präzise zu kontrollieren.

Die neue Methode zur lichtregulierten Herstellung von bioabbaubaren Kunststoffen haben Wissenschaftler der Humboldt-Universität, der Bundesanstalt für Materialforschung Berlin und der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf (HHU) um Dr. Bernd M. Schmidt, Nachwuchsgruppenleiter in der Chemie, entwickelt. Im Zentrum der Arbeit steht ein eigens entworfener Katalysator. Er ist in der Lage, seine Aktivität durch Bestrahlung mit Licht unterschiedlicher Wellenlänge reversibel zu ändern. Damit konnten die Forscher die Herstellung von Polylactid – einem bioabbaubaren Kunststoff basierend auf Milchsäure – durch gezielte Lichtpulse wiederholt aus- und anschalten. So stellten sie die Kettenlänge der Polymerstränge ein. Zudem gelang es zum ersten Mal, den Einbau zweier verschiedener Monomere in ein und dasselbe Polymerrückgrat mit Licht zu regulieren.

„Uns gelang es, durch Röntgenstrukturanalyse die molekulare Struktur des entwickelten Katalysators einwandfrei zu beweisen und die lichtregulierte Änderung des Systems zu visualisieren“, erläutert HHU-Chemiker Schmidt, Co-Autor der Studie.

Die neue Methode ermöglicht die Programmierung von Polymersträngen durch Bestrahlung mit unterschiedlichen Lichtfarben. Damit können intelligente Herstellungsprozesse von Kunststoffen wie lichtgesteuertes 3D-Drucken möglich werden.

Original-Publikation
Fabian Eisenreich, Michael Kathan, Andre Dallmann, Svante P. Ihrig, Timm Schwaar, Bernd M. Schmidt and Stefan Hecht, A photoswitchable catalyst system for remote-controlled (co)polymerization in situ, Nature Catalysis (2018)

DOI: 10.1038/s41929-018-0091-8

Online: https://www.nature.com/articles/s41929-018-0091-8

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