Bayer AG: Baytron P® – Tor zu einer neuen Polymer-Generation

16.01.2001

Nie zuvor in der Geschichte der Menschheit wuchs das Wissen so schnell. Internet und globaler Wandel haben die technischen und gesellschaftlichen Vorraussetzungen dafür geschaffen. Doch mehr Wissen bedeutet nicht zwangsläufig leistungsfähigere Technik und sicherere Produkte. Dazu bedarf es weiterer Qualitäten: Baytron P® ist ein Beispiel dafür. Mit seinen herausragenden Eigenschaften öffnet dieser Chemiewerkstoff das Tor zu einer neuen Polymer-Generation.

Kunststoffprodukte sind leicht, langlebig, lassen sich leicht verarbeiten und sie sind preiswert. Sie haben daher die klassischen Werkstoffe Metall und Glas in sehr vielen Anwendungsbereichen ersetzt. Wenn es allerdings darum geht, elektrischen Strom zu leiten, dann sind Metalle oder Halbleiter auf Basis Silizium bislang nicht zu schlagen. Der Grund ist einfach: die herkömmlichen Kunststoffe sind gute Isolatoren. Das liegt an ihrem Aufbau. Im Gegensatz zu den Metallen, liegen die sogenannten Leitungsbänder bei den Kunststoffen so weit auseinander, dass unter normalen Bedingungen keine Elektronen fließen können.

Dennoch versuchen Wissenschaftler seit Jahrzehnten, die vielen positiven Eigenschaften der Kunststoffe um die der Leitfähigkeit zu ergänzen. Erste Versuche dazu unternahm Hideki Shirakawa vor über einem Vierteljahrhundert. Seine Idee war es, einen Kunststoff mit einer Struktur herzustellen, die einen Elektronenfluss erlaubt. Polyacetylen war sein Kandidat. Aufbauend auf den Arbeiten von Karl Ziegler stellt er Polyacetylen her. Die Erwartungen erfüllten sich jedoch nicht. Erst als in seinem Laboratorium versehentlich das tausendfache der sonst üblichen Menge an Katalysator verwendet wurde, entstand ein silbrigglänzender Kunststofffilm, der Eigenschaften wie der Halbleiter Silicium hatte. Gemeinsam erforschten Alan G. Mac Diarmid, Alan J. Heeger und Hideki Shirakawa die physikalischen Grundlagen, die dem Phänomen zu Grunde lagen. Es gelang ihnen, durch Zugabe von Jod die elektrische Leitfähigkeit drastisch zu verbessern. Spätere Arbeiten zeigten, dass man bei speziell präparierten Katalysatoren, Jodzugabe und mechanischem Strecken des Polymers, fast ein Fünftel der Leitfähigkeit des Kupfers erreichen kann. Die "synthetischen Metalle" waren geboren. Aufrollbare Displays, durchsichtige elektrische Schaltkreise oder Leiterbahnen aus Plastik waren in greifbare Nähe gerückt.

Es sollte aber noch zwei Jahrzehnte dauern, bis die ersten Laborergebnisse in die Praxis überführt werden konnten. Wichtigster Grund für die lange Entwicklungszeit war die chemische Instabilität: Luftsauerstoff und Feuchtigkeit zerstörten das Polyacetylen.

Forscher von Hochschulinstituten und der Industrie synthetisierten daraufhin stabilere Polymere auf Basis von Pyrrol, Anilin und Thiophen. 1993 gelang es den Bayer-Forschern Friedrich Jonas, Gerhard Heywang und Werner Schmidtberg, einen besonders langzeitstabilen elektrisch leitenden Kunststoff herzustellen: Poly-3,4-ethylendioxythiophen. Probleme gab es allerdings noch bei der Verarbeitung. Viele Experimente waren nötig, um den Kunststoff "in Lösung" zu bringen. Als dies gelang, konnte man ihn zu dünnen Filmen vergießen und dadurch auch verarbeiten. Eine Verbindung aus Poly-3,4-ethylendioxythiophen und Polystyrolsulfonsäure erwies sich als besonders praxistauglich und wird als Baytron P® vertrieben. Die Einsatzgebiete sind z.B. antistatische Beschichtungen.

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