Forscher-Team entwickelt recyclebare Kunststoffe

Ein Berliner Forscher-Team hat ein neues Katalysatorsystem entwickelt, welches die Regulierung mehrerer Polymerisationsprozesse zur Herstellung von bioabbaubaren Kunststoffen durch Bestrahlung mit Licht verschiedener Farben ermöglicht. Die Ergebnisse dieser Arbeit wurden jetzt in Nature Catalysisveröffentlicht.

Die Eigenschaften eines Kunststoffes sind stark von Faktoren wie der Art der verknüpften Monomerbausteine sowie der Länge und Zusammensetzung der gebildeten Polymerketten abhängig. 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 dient Licht in diesem Fall dazu, den Ort und die Dauer der chemischen Reaktionen während der Polymerbildung präzise zu kontrollieren.

Eine neue Methode zur lichtregulierten Herstellung von bioabbaubaren Kunststoffen haben nun Wissenschaftler der Humboldt-Universität zu Berlin, der Bundesanstalt für Materialforschung Berlin sowie der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf entwickelt. Im Zentrum der Arbeit steht ein eigens entworfener
Katalysator, welcher in der Lage ist, seine Aktivität durch Bestrahlung mit Licht unterschiedlicher Wellenlänge reversibel zu ändern. Damit konnten die Forscher die Herstellung von Polylactid – einem Kunststoff basierend auf Milchsäure – durch gezielte Lichtpulse wiederholt aus- und anschalten, wodurch
die Kettenlänge der Polymerstränge eingestellt werden kann. Zudem gelang es zum ersten Mal, den Einbau zweier verschiedener Monomere in ein und dasselbe Polymerrückgrat mit Licht zu regulieren.

„Mit unserem ferngesteuerten Katalysator sind wir nun erstmals in der Lage, die Bildung von Polymersträngen durch ein bestimmte Abfolge von Lichtpulsen gewissermaßen zu programmieren“, erläutern die HU-Chemiker Fabian Eisenreich und Michael Kathan und Erstautoren der Studie. Ihre wegweisende Entwicklung ist ein wichtiger Schritt in Richtung intelligenter Herstellungsprozesse von (bioabbaubaren) Kunststoffen, um die wachsenden Anforderungen zukünftiger Anwendungen, wie lichtgesteuertem 3D-Drucken, erfüllen zu können.

Veröffentlichung
“A photoswitchable catalyst system for remote-controlled (co)polymerization in situ”
Nature Catalysis(2018), DOI: 10.1038/s41929-018-0091-8
Autoren: Fabian Eisenreich, Michael Kathan, Andre Dallmann, Svante P. Ihrig,
Timm Schwaar, Bernd M. Schmidt and Stefan Hecht

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

Visualisierung: Mit Hilfe eines photoschaltbaren Katalysatorsystems lassen
sich sowohl Kettenlänge (links) als auch Zusammensetzung (rechts) der gebildeten
Polymere durch Licht unterschiedlicher Wellenlänge kontrollieren.

Weitere Informationen
http://www.hechtlab.de
http://www.iris-adlershof.de

Kontakt
Prof. Stefan Hecht, Ph.D.
Institut für Chemie / IRIS Adlershof
Tel.: 030 2093-7365
sh@chemie.hu-berlin.de