Verzweigung bei Polyolefinen auf der Spur
Simulationsschnappschüsse verschiedener dendritischer Topologien von Polyethylen, die mit der Chain-Walking-Synthese unter Verwendung des Pd-Katalysators zugänglich sind.
(c) Dr. Ron Dockkorn / IPF Dresden
Mechanismus der Chain-Walking-Katalyse umfassend aufgeklärt.
Den Innovationspreis 2020 des Leibniz-Instituts für Polymerforschung Dresden e. V. (IPF) und des Vereins zur Förderung des IPF erhält eine interdisziplinäre Forschergruppe von Wissenschaftlern aus den IPF-Instituten für Makromolekulare Chemie sowie für Theorie der Polymere.
Dr. Laura Plüschke, Dr. Ron Dockhorn, Dr. Martin Geisler, Prof. Dr. Jens-Uwe Sommer und Prof. Dr. Albena Lederer werden für ihre synthetischen, analytischen und theoretischen Arbeiten ausgezeichnet, die wesentliche Grundlagen für das Design von klar definierten Topologien in Polyolefinen mittels Chain-Walking-Katalyse schaffen.
Um Polyolefine mit geforderten spezifischen physikalischen Eigenschaften zu synthetisieren, muss die Verzweigung der Polymerketten genau eingestellt werden können. Zu deren Mechanismen lagen jedoch bisher nur unzureichend Kenntnisse vor, und eine Vorhersage und gezielte Steuerung der Verzweigungstopologie war deshalb nicht möglich.
Im Rahmen eines interdisziplinären DFG-Projekts wurde für die Synthese von Polyolefinen mittels der Chain-Walking-Mechanismus diese Wissenslücke geschlossen. Die Wissenschaftler aus dem IPF konnten in Zusammenarbeit mit Kollegen in Prag das Molekülwachstum umfassend aufklären. Wesentlich dabei war die Zusammenarbeit von Spezialisten in Synthese, Polymercharakterisierung sowie theoretischer Modellierung und Simulation. Das von ihnen erarbeitete Modell zur Vorhersage der Verzweigungsgenerierung und der Polymereigenschaften konnte überzeugend belegt werden durch den Abgleich experimenteller Ergebnisse mit Computersimulationen und den Resultaten einer umfassenden kombinatorischen Charakterisierung, die analytische Techniken der Separation, Lichtstreuung, Neutronenstreuung sowie AFM-Visualisierung einschloss.
Für den konkreten Fall der Chain-Walking-Synthese, bei der ein Katalysator sich entlang des Makromoleküls bewegt und dessen Wachstum vorantreibt, wurden bisherige Annahmen zur Strukturausbildung revidiert. Stattdessen wurde das Entstehen von „ungeordneten Flaschenbürstenstrukturen“ bei hinreichend langer Synthese nachgewiesen. Diese Erkenntnis eröffnet für Polyolefine ganz neue Einsatzgebiete, nämlich dort, wo eine kontrolliert anisotrope wurmartige Form von Bedeutung ist, also z.B. als superweiche bzw. superelastische Materialien oder als Schmierstoff.
Verzweigungsanalyse bleibt nach wie vor eine herausfordernde Aufgabe auf dem Gebiet der Polymercharakterisierung.
Hier stellt es einen entscheidenden Fortschritt dar, dass im Rahmen der preisgekrönten Arbeiten am IPF mit einer 4fach-Detektion im Bereich der Hochtemperaturcharakterisierung eine Methode entwickelt wurde, die für alle Arten von Synthesen innerhalb kurzer Zeit Aussagen über Molmasse, Verzweigung, Konformation und Werkstoffeigenschaften erlaubt.
Die Preisübergabe findet im Rahmen der Sitzung des Fördervereins des IPF am 5. November 2021 coronabedingt im kleinen Rahmen statt.
Wissenschaftliche Ansprechpartner:
Prof. Dr. Albena Lederer, lederer@ipfdd.de, 0351 4658-491
Prof. Dr. Jens-Uwe Sommer, sommer@ipfdd.de, 0351 4658-750
Originalpublikation:
Polyolefins Formed by Chain Walking Catalysis – A Matter of Branching Density Only?
Ron Dockhorn, Laura Plüschke, Martin Geisler, Johanna Zessin, Peter Lindner, Robert Mundil, Jan Merna, Jens-Uwe Sommer, Albena Lederer
J. Am. Chem. Soc. 2019, 141, 39, 15586-15596 – https://doi.org/10.1021/jacs.9b06785
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