Chemiker haben ein neues Verfahren entwickelt, mit dem sich die Kettenlänge von Fettsäuren präzise steuern lässt. Auf diese Weisen entstehen Kunststoffe mit maßgeschneiderten Eigenschaften. Eine spezielle Schichtstruktur könnte zukünftig für High-Tech-Membranen genutzt werden.
Schematische Zeichnung der Schichtstruktur aus Kunststoffschichten (grau hinterlegt; die Endgruppen der Molekülketten sind blau markiert) und dazwischenliegenden Ionen (rot).
Universität Konstanz
Chemie kann manchmal eine Frage der richtigen Größe sein. Ein Beispiel hierfür sind Bio-Kunststoffe und die pflanzlichen Fettsäuren, aus denen sie hergestellt werden: Jede Fettsäure besteht aus einer Molekülkette von ganz bestimmter Länge. Die Länge und Zusammensetzung dieser Molekülkette sind entscheidend dafür, zu welcher Art von Kunststoff die Fettsäure weiterverarbeitet werden kann. Wenn wir über ein Verfahren verfügen würden, um die Länge dieser Molekülketten präzise zu steuern, so besäßen wir damit einen Baukasten für völlig neue Kunststoffe mit maßgeschneiderten Eigenschaften.
Der Chemiker Prof. Dr. Stefan Mecking und sein Team entwickelten an der Universität Konstanz ein genau solches Verfahren. Bereits vor einem Jahr demonstrierten sie, wie Molekülketten von pflanzlichen Fetten in ihrer Länge verdoppelt und weiter verdoppelt werden können, um die gewünschte Länge für einen maßgeschneiderten Kunststoff zu erhalten. Die Forschung an den vervielfachten Molekülketten geht nun den nächsten Schritt: Gemeinsam mit seiner Kollegin Prof. Dr. Karen Winey von der University of Pennsylvania (USA) wird Mecking im Rahmen des Programmes "Internationale Spitzenforschung" der Baden-Württemberg-Stiftung mit rund 350.000 Euro gefördert. Ziel ist, die Eigenschaften der neuen Kunststoffe zu charakterisieren und die Methodik weiter voranzutreiben.
Katalytisches Verdopplungsverfahren
"Wir haben einen katalytischen Weg gefunden, um polyethylenartige Moleküle mit sehr großer Genauigkeit herzustellen. Zwei Fettsäure-Moleküle aus Raps oder Algen werden dafür an ihren Enden miteinander verknüpft, ohne sie zu beschädigen", schildert Stefan Mecking die Entstehung des neuen Kunststoffes und führt aus: "Das Verdopplungsverfahren ist katalytisch und eignet sich daher in besonderer Weise für eine industrielle Anwendung." Wie Strukturanalysen seiner Kollegin Winey zeigen, weisen diese neuen Kunststoffmoleküle eine ungewöhnliche, geschichtete Struktur auf. Diese einzigartige Struktur könnte für eine Ionenleitung geeignet sein, wodurch sich zahlreiche neue Anwendungsfelder ergäben.
Die Chemiker arbeiten insbesondere an einer Schichtstruktur, in der sich jeweils eine Schicht des neuen Kunststoffes mit einer Ionenschicht abwechselt. Dieses Schichtmaterial zeichnet sich durch hohe Stabilität aus und könnte als High-Tech-Membran für künftige Generationen von Batterien sowie im Bereich der Wasseraufbereitung genutzt werden. "In unserem Forschungsprojekt möchten wir die Eigenschaften des neuen Kunststoffs und der daraus erzeugten Schichtstruktur verstehen und verbessern", so Mecking.