26.07.2018 - Johann Wolfgang Goethe-Universität Frankfurt (Main)

Siliconbausteine nach Maß

Das breit gefächerte Anwendungsspektrum der Silicone reicht von medizinischen Implantaten und Kosmetikartikeln über Hydraulik-Öle und Dichtmassen, bis hin zum Korrosionsschutz – ein entscheidendes Thema angesichts globaler Korrosionsschäden in Höhe von rund 3.3 Billionen US-Dollar pro Jahr. Um Silicon-Kunststoffe für spezifische Anwendungen optimieren zu können, benötigt man maßgeschneiderte Chlorsilan-Bausteine zur Erzeugung und Vernetzung der langkettigen Polymere. Hierdurch lassen sich beispielsweise Viskosität und Fließeigenschaften des Materials beeinflussen. Gänzlich neue Herausforderungen entstehen auf dem Gebiet des 3D-Drucks, mit dessen Hilfe beispielsweise individualisierte Laufschuhe hergestellt werden.

Seit 1940 bildet der „Direkte Prozess“ nach Müller und Rochow das Rückgrat der Siliconindustrie. Hierbei wird elementares Silicium mit Chlormethan bei hohen Temperaturen und Drücken in Gegenwart eines Kupferkatalysators zu Methylchlorsilanen umgesetzt. Die Arbeitsgruppe um Prof. Matthias Wagner vom Institut für Anorganische und Analytische Chemie der Goethe-Universität hat nun ein komplementäres Verfahren erarbeitet, das gegenüber dem Direkten Prozess mehrere Vorteile hat: Als Ausgangsstoffe nutzt es Hexachlordisilan und Chlorkohlenwasserstoffe. „Hexachlordisilan wird bereits großtechnisch für die Halbleiterindustrie hergestellt und das von uns besonders intensiv genutzte Perchlorethylen (PER) ist eine nicht brennbare Flüssigkeit, so kostengünstig, dass sie weltweit als Lösungsmittel für die chemische Reinigung eingesetzt wird“, so Matthias Wagner. Der Prozess läuft zudem bei Raumtemperatur und unter Normaldruck ab. An Stelle eines Katalysators reicht zur Aktivierung eine geringe Menge Chlorid-Ionen aus.

„Unser Verfahren liefert hoch funktionalisierte Organochlorsilane, die ideale Vernetzer sind. Außerdem eröffnet ihre spezielle Struktur beste Möglichkeiten, die mechanische Flexibilität der Siliconketten nach Wunsch einzustellen“, erklärt die Miterfinderin Isabelle Georg, deren Doktorarbeit von der Evonik-Stiftung gefördert wird. Neben ihr war auch Julian Teichmann an dem Projekt beteiligt. Er attestiert insbesondere der engen Kooperation zwischen Goethe-Universität und der Firma Evonik einen prägenden Einfluss auf seine Ausbildung: „Die regelmäßige Diskussion unserer Ergebnisse mit den Industriechemikern hat mir frühzeitig die Augen für ökonomische Zwänge und ökologische Notwendigkeiten geöffnet. Es war faszinierend zu sehen, wie der Weg von einer Laborentdeckung über das Patentverfahren bis zur Umsetzung im technischen Maßstab in der Praxis aussieht“.

Die Frankfurter Chemiker sehen das besondere Potential ihrer Monomere darin, dass diese neben Silicium-Chlor-Bindungen auch Kohlenstoff-Kohlenstoff-Mehrfachbindungen enthalten. Erstere dienen zum Aufbau der anorganischen Silicium-Sauerstoff-Ketten, letztere lassen sich zu organischen Polymeren verknüpfen. Durch diese einzigartige Kombination eröffnen sich neue Wege zu anorganisch-organischen Hybridmaterialien.

Fakten, Hintergründe, Dossiers
  • Perchlorethylen
  • Hexachlordisilan
  • Methylchlorsilane
  • Silane
  • Chlorsilane
  • Kupferkatalysatoren
  • Organochlorsilane
Mehr über Uni Frankfurt am Main
  • News

    Neue Biobatterie zur Speicherung von Wasserstoff entwickelt

    Der Kampf gegen den Klimawandel macht die Suche nach CO2-neutralen Energieträgern immer dringlicher. Grüner Wasserstoff, der mit Hilfe von erneuerbaren Energien wie Windkraft oder Solarenergie aus Wasser gewonnen wird, ist einer der Hoffnungsträger. Allerdings sind Transport und Speicherung ... mehr

    Grüne Chemie braucht mehr grüne Toxikologie

    Bereits während der Entwicklung neuer Bio-Produkte lässt sich abschätzen, ob Risiken für die spätere Freisetzung giftiger Substanzen bestehen. Das zeigt eine Proof-of-Concept-Studie unter Federführung der Goethe-Universität Frankfurt und der RWTH Aachen. In der Studie wurde die Toxizität na ... mehr

    Neue Stoffklassen für Nanomaterialien

    Zwei neue Stoffklassen im Bereich der Nanomaterialien haben Chemiker der Goethe-Universität Frankfurt entwickelt und zusammen mit ihren Kooperationspartnern an der Universität Bonn untersucht: Erstmals gelang die Herstellung eines Nano-Balls aus Siliziumatomen und eines Bausteins für einen ... mehr

  • q&more Artikel

    Feiern und Hungern – für Bakterien kein Problem

    Bakterien sind wahre Überlebenskünstler. Im Laufe der Evolution haben sie zahlreiche Strategien entwickelt, sich an schnell veränderliche, unsichere Umweltbedingungen anzupassen. So ist ihr Stoffwechsel wesentlich ausgeklügelter als derjenige des Menschen. Sie können innerhalb von Minuten i ... mehr

    Warum Biosimilars und nicht Biogenerika?

    Bereits seit 2006 gibt es eine Gruppe gentechnisch hergestellter Medikamente, die unter der Bezeichnung „Biosimilars“ firmieren. Bis vor einem Jahr blieb diese Gruppe selbst in Fachkreisen eher unauffällig. Das ändert sich jedoch derzeit, da kürzlich ein erster Biosimilar-Antikörper zugelas ... mehr

    Paradigmen­wechsel

    Was wäre die Medizin ohne Arzneimittel? Aber werden Arzneimittel heute optimal ­eingesetzt? einesfalls, wie wir heute dank der Erkenntnisse aus der molekularen ­Medizin wissen. Denn beim Einsatz von Arzneimittel gilt es, zwei Aspekte zu beachten: ­die Krankheit und den Patienten. Erst langs ... mehr

  • Autoren

    Prof. Dr. Claudia Büchel

    Claudia Büchel, Jahrgang 1962, studierte Biologie an der Universität Mainz, wo sie auch promovierte und 2001 die Venia Legendi für Pflanzenphysiologie erhielt. Nach einem Postdoc-Aufenthalt am Biological Research Centre, Szeged, Ungarn war sie vier Jahre als Research Associate am Imperial C ... mehr

    Prof. Dr. Jörg Soppa

    Jörg Soppa, Jahrgang 1958, studierte Biochemie in Tübingen und promovierte anschließend am Max-Planck-Institut für Biochemie in Martinsried. Dort baute er ab 1990 eine eigene Forschungsgruppe auf und hielt Lehrveranstaltungen am Institut für Genetik und Mikrobiologie der Universität München ... mehr

    Prof. Dr. Heinfried H. Radeke

    Heinfried H. Radeke, Jg. 1955, studierte Medizin an der Medizinischen Hochschule Hannover (MHH; Approbation 1985) und promovierte mit der wissenschaftlich besten Dissertation des Jahres 1986. Nach zwei Jahren als Assistenzarzt in der Universitätskinder­klinik Göttingen begann er 1987 an der ... mehr