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Smarte Kunststoffe

| Redakteur: Beate Christmann

Seit drei Jahren erforschen Wissenschaftler des Projekts Smart Inorganic Polymers (SIPs) anorganische Polymere mit smarten Eigenschaften. Sie sollen nachhaltiger und sicherer als bisher vorherrschende Kunststoffe sein und ihre optischen oder physikalischen Gegebenheiten an Umwelteinflüsse anpassen können. Erste Zwischenergebnisse wurden nun veröffentlicht.

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Evamarie Hey-Hawkins, Chemie-Professorin an der Universität Leipzig, leitet den Forschungsverbund Smart Inorganic Polymers (SIPs), der sich mit anorganischen Polymeren mit smarten Eigenschaften befasst.
Evamarie Hey-Hawkins, Chemie-Professorin an der Universität Leipzig, leitet den Forschungsverbund Smart Inorganic Polymers (SIPs), der sich mit anorganischen Polymeren mit smarten Eigenschaften befasst.
(Bild: Christian Hüller/Universität Leipzig )

Es klingt wie eine Erlösung: nachhaltige, sichere und umweltfreundliche Kunststoffe. Frei von giftigen Zusatzstoffen, kaum abhängig von nicht-erneuerbaren Rohstoffen und zudem in der Lage, die eigenen physikalischen oder optischen Eigenschaften an äußere Einflüsse anzupassen. Danach suchen Wissenschaftler des Forschungsverbunds Smart Inorganic Polymers (SIPs). Fündig wurden sie in anorganischen Polymeren mit smarten Eigenschaften.

Grundgerüst aus anorganischen Elementen

Seit drei Jahren arbeitet der internationalen Forschungsverbund unter Leitung von Evamarie Hey-Hawkins, Professorin für anorganische Chemie an der Universität Leipzig, nun an den vielversprechenden neuen Kunststoffen. Eine Sonderausgabe der renommierten Fachzeitschrift Chemical Society Reviews gibt nun einen aufschlussreichen Überblick über den Wissensstand dieses Verbundes und seinen Materialien der Zukunft.

Smarte anorganische Polymere bestehen wie auch die organischen Polymere, bekannt als Materialien für Einkaufstüten und Verpackungen, aus langen ineinander verschlungenen Molekülketten. Im Gegensatz zu ihnen besteht ihr Grundgerüst jedoch nicht vorwiegend aus Kohlenwasserstoffverbindungen, die meist aus Erdöl gewonnen werden. Vielmehr enthalten sie auch anorganische Elemente wie Phosphor, Bor und Silicium, sodass sie deutlich weniger abhängig von stark begrenzten, nicht-erneuerbaren Rohstoffen sind.

Internationales Forschungsnetzwerk

Sie gelten zudem als sicherer und umweltfreundlicher, weil sie ohne problematische Zusatzstoffe wie Weichmacher auskommen, und besitzen Eigenschaften, die sie besonders interessant für die Elektronik, Medizin oder auch als Flammschutzmittel machen. „Wir haben bei anorganischen Polymeren beinahe das gesamte Periodensystem der Elemente zur Verfügung, insbesondere die metallischen Elemente und können damit auf all ihre günstigen Eigenschaften in Bezug auf Stabilität und Leitfähigkeit zurückgreifen. Damit ergibt sich für uns im Vergleich zu den organischen Polymeren eine enorme Bandbreite an Ausgangsverbindungen", erklärt Hey-Hawkins. Das smarte an diesen chemischen Stoffen bezeichne dabei ihre Fähigkeit, durch äußere Einflüsse, wie Bestrahlung mit Licht, ihre optischen oder physikalischen Eigenschaften gezielt ändern zu können.

Aktuell werden all diese Facetten und die Errungenschaften des 25 Länder umspannenden Forschungsnetzwerkes in einer Sonderausgabe der Fachzeitschrift Chemical Society Reviews beleuchtet. Darin wird "ein vielfältiges und beeindruckendes Bild dieser hochinteressanten, vielseitigen Materialien mit einer Fülle von Eigenschaften und neuartigen chemischen Strukturen sowie einer bereits immens großen Zahl an Anwendungen" gezeigt, wie es im Vorwort heißt.

Untersuchung der chemischen Bausteine

Zwar gelten anorganische Polymere bereits seit längerem als chemische Verbindungen mit vielen potenziellen Anwendungsbereichen. Doch erst seit einigen Jahren ist es gelungen, diese Stoffe zielgerichtet zu gewinnen. Seitdem werden ihre Vorzüge nach und nach erforscht und anwendbar gemacht. „Wir haben es in den letzten drei Jahren geschafft, die zuvor nur einzeln für sich forschenden Arbeitsgruppen in Europa zusammenzubringen und somit die Vorzüge jeder einzelnen Arbeitsgruppe zu nutzen“, so Hey-Hawkins.

Die Leipziger Arbeitsgruppe um Hey-Hawkins konzentriert sich vor allem auf die chemischen Bausteine, aus denen diese Materialien gebildet werden können. Sie wollen diese so konzipieren, dass sie sich gezielt zu anorganischen Polymeren mit definierten Eigenschaften zusammensetzen – sei es eine bestimmte Farbe, Leitfähigkeit oder Reflexion.

Entdeckung einer neuen chemischen Verbindung

Einer ihrer bisher größten Erfolge ist die Entdeckung einer neuen chemischen Verbindung, die Licht auf besondere Weise brechen kann. Sie eröffnet so ganz neue Möglichkeiten in der Nanophotonik als einer Technologie, die die Übertragung, Speicherung und Verarbeitung von Information mithilfe optischer Verfahren ermöglicht. „Gegenwärtig arbeiten wir zum Beispiel an neuen Phosphor-Bor-Polymeren, die besonders stabil und leitfähig sein sollen. Irgendwann könnten diese Verbindungen möglicherweise im Bereich der molekularen Elektronik oder Sensorik zum Einsatz kommen“, erklärt Hey-Hawkins.

Originaltitel der Veröffentlichung in der Fachzeitschrift Chemical Society Reviews: Smart Inorganic Polymers, DOI: 10.1039/C6CS90086K

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