05.07.2018 - Humboldt-Universität zu Berlin

Photokatalysatorsystem für die Kunststoffherstellung

Eigenschaften recyclebarer Kunstoffe können mit Wellenlänge bestimmt werden

Ein Berliner Forscherteam hat ein neues Katalysatorsystem entwickelt, welches die Regulierung mehrerer Polymerisationsprozesse zur Herstellung von bioabbaubaren Kunststoffen durch Bestrahlung mit Licht verschiedener Farben ermöglicht.

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, die beiden 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.

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    Michael Kathan

    Michael Kathan, Jahrgang 1988, studierte Chemie an der Freien Universität Berlin und ETH Zürich, wo er sich mit Fluorchemie und gespannten Aromaten beschäftigte. Nach seinem Masterabschluss an der Freien Universität Berlin begann er seine Doktorarbeit 2015 in der Arbeitsgruppe von Prof. Ste ... mehr

    Fabian Eisenreich

    Fabian Eisenreich, Jahrgang 1988, studierte Chemie an der Humboldt-Universität zu Berlin, fertigte dort sowohl seine Bachelor- als auch Masterarbeit in der Arbeitsgruppe von Prof. Stefan Hecht an und wurde während des Studiums durch das Deutschlandstipendium unterstützt. Im Dezember 2014 be ... mehr

    Prof. Dr. Stefan Hecht

    Stefan Hecht, Jahrgang 1974, studierte Chemie an der Humboldt-Universität zu Berlin und der University of California, Berkeley, USA, wo er 2001 bei Prof. Jean M. J. Fréchet im Bereich der makromolekularen organischen Chemie promovierte. Nach Etappen als Nachwuchsgruppenleiter an der Freien ... mehr