Bio-Kunststoffe nach Maß

Chemie kann manchmal eine Frage der richtigen Größe sein. Ein Beispiel hierfür sind Bio-Kunststoffe und die pflanzlichen Fettsäuren, aus denen sie hergestellt werden: Eine jede Fettsäure besteht aus einer Molekülkette von ganz bestimmter Länge.

Die Länge und Zusammensetzung dieser Molekülkette sind entscheidend dafür, zu welcher Art von Kunststoff die Fettsäure weiterverarbeitet werden kann. Wenn wir nun aber über ein Verfahren verfügen, um die Länge dieser Molekülketten präzise zu steuern, so besitzen wir damit einen Baukasten für völlig neue Kunststoffe mit maßgeschneiderten Eigenschaften.

Der Konstanzer Chemiker Prof. Dr. Stefan Mecking und sein Team entwickelten ein genau solches Verfahren. Bereits vor einem Jahr demonstrierten sie, wie Molekülketten von pflanzlichen Fetten in ihrer Länge verdoppelt und weiter verdoppelt werden können, um die gewünschte Länge für einen maßgeschneiderten Kunststoff zu erhalten.

Ihre Forschung an den vervielfachten Molekülketten geht nun den nächsten Schritt: Gemeinsam mit seiner Kollegin Prof. Dr. Karen Winey von der University of Pennsylvania (USA) wird Stefan Mecking im Rahmen des Programmes „Internationale Spitzenforschung“ der Baden-Württemberg-Stiftung mit rund 350.000 Euro gefördert. Ziel ist, die Eigenschaften der neuen Kunststoffe zu charakterisieren und die Methodik weiter voranzutreiben.

„Wir haben einen katalytischen Weg gefunden, um polyethylen-artige Moleküle mit sehr großer Genauigkeit herzustellen. Zwei Fettsäure-Moleküle aus Raps oder Algen werden dafür an ihren Enden miteinander verknüpft, ohne sie zu beschädigen“, schildert Stefan Mecking die Entstehung des neuen Kunststoffes und führt aus: „Das Verdopplungsverfahren ist katalytisch und eignet sich daher in besonderer Weise für eine industrielle Anwendung.“

Wie Strukturanalysen seiner Kollegin Karen Winey zeigen, weisen diese neuen Kunststoffmoleküle eine ungewöhnliche, geschichtete Struktur auf. Diese einzigartige Struktur könnte für eine Ionenleitung geeignet sein, vermutet Stefan Mecking, wodurch sich zahlreiche neue Anwendungsfelder ergäben.

Die Chemiker aus Konstanz und Pennsylvania arbeiten insbesondere an einer Schichtstruktur, in der sich jeweils eine Schicht des neuen Kunststoffes mit einer Ionenschicht abwechselt. Dieses Schichtmaterial zeichnet sich durch hohe Stabilität aus und könnte als High-Tech-Membran für künftige Generationen von Batterien sowie im Bereich der Wasseraufbereitung genutzt werden.

„In unserem Forschungsprojekt möchten wir die Eigenschaften des neuen Kunststoffs und der daraus erzeugten Schichtstruktur verstehen und verbessern“, so Stefan Mecking: „Mit Karen Winey unterstützt uns dabei eine international führende Expertin für Röntgenstreuung. Dank der Förderung durch die Baden-Württemberg-Stiftung können wir diese sehr ergiebige Zusammenarbeit mit Karen Winey nun weiter vertiefen“, so Mecking.

Das Programm „Internationale Spitzenforschung“ der Baden-Württemberg-Stiftung fördert gezielt die internationale Zusammenarbeit zwischen deutschen und internationalen Spitzenforscherinnen und Spitzenforschern. „Ziel des Programms der Baden-Württemberg-Stiftung ist, international sichtbare und konkurrenzfähige Forschungsprojekte zu ermöglichen, die für die Reputation und Profilbildung der Forschungseinrichtung von großer Bedeutung sind“, informiert die Baden-Württemberg-Stiftung.

Faktenübersicht:
– Förderung der Zusammenarbeit zwischen Prof. Dr. Stefan Mecking, Professor für Chemische Materialwissenschaft an der Universität Konstanz, und Prof. Dr. Karen Wiley, University of Pennsylvania (USA), mit rund 350.000 Euro im Rahmen des Programmes „Internationale Spitzenforschung“ der Baden-Württemberg-Stiftung.

– Forschung zur Analyse und Verbesserung der Eigenschaften neuer Klassen von Bio-Kunststoffen.

– Vorarbeiten: Prof. Dr. Stefan Mecking entwickelte ein Verfahren zur Verdopplung der Kettenlänge von Fettsäure-Molekülketten. Über dieses Verfahren lassen sich maßgeschneiderte, neuartige Bio-Kunststoffe herstellen.

– Eine Schichtstruktur aus dem neuen Kunststoff sowie Ionen-Schichten besitzt hohes Anwendungspotenzial als High-Tech-Membran für künftige Generationen von Batterien sowie im Bereich der Wasseraufbereitung.

Hinweis an die Redaktionen:
Ein Bild kann im Folgenden heruntergeladen werden: https://cms.uni-konstanz.de/fileadmin/pi/fileserver/2018/Bilder/Bio_Kunststoffe….

Bildunterschrift: Schematische Zeichnung der Schichtstruktur aus Kunststoffschichten (grau hinterlegt; die Endgruppen der Molekülketten sind blau markiert) und dazwischenliegenden Ionen (rot).

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