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Makromoleküle wie Legosteine

Kunststoffe beherrschen unser tägliches Leben wie wohl kein anderes Material. Für manche Einsatzfelder sind sie aufgrund ihrer Eigenschaften "noch" nicht geeignet, weil sie beispielsweise zu weich oder zu wenig widerstandsfähig sind. Durch Beimischung von anorganischen Molekülen und kleinsten Partikeln, so genannten Nanopartikeln, kann die Struktur von Kunststoffen auf molekularer Ebene beeinflusst und verändert werden. ChemikerInnen an der Technischen Universität (TU) Wien ist es so gelungen völlig neue Eigenschaften zu erzeugen.

Partikuläres Aggregat von Hybridpolymeren unter dem Rasterkraftfeldmikroskop

Partikuläres Aggregat von Hybridpolymeren unter dem Rasterkraftfeldmikroskop

Partikuläres Aggregat von Hybridpolymeren unter dem Rasterkraftfeldmikroskop

Wien (TU). - Polymere bilden die Basis im Forschungsprojekt von Professor Guido Kickelbick, unter dessen Leitung am Institut für Materialchemie an der Entwicklung von anorganisch-organischen Materialien mit neuen Eigenschaften, gearbeitet wird. Langkettige Makromoleküle, die in der Natur z. B. als Proteine vorkommen, weisen eine bestimmte räumliche Anordnung auf, die es zu strukturieren gilt. "Wir wollen Moleküle mit verschiedenen Funktionen wie Legosteine neu zusammenbauen. Zwischen zwei gelben Steinen soll ein roter eingefügt werden", erklärt Kickelbick den gewünschten Aufbau der Komposite (= zusammengesetzte Materialien). Das was sich wie eine Bastelei anhört ist in Wahrheit ein Kunststück, denn die Polymere müssen sich mit den anorganischen Materialien vertragen und eine gewünschte chemische Wechselwirkung eingehen. So können Vernetzungsreaktionen herbeigeführt werden, die beispielsweise außergewöhnlich feste Kunststoffe entstehen lassen.

Zusätzliche Eigenschaften wie z.B. einen hohen Brechungsindex, der für optische Materialien entscheidend ist oder besondere magnetische Eigenschaften, erhält man durch die richtige Wahl der anorganischen Bausteine. Auch über das Lösungsmittel kann Einfluss auf die hochkomplexen Materialstrukturen genommen werden. So vertragen manche Makromoleküle sich beispielsweise mit Alkohol nicht und ziehen sich in ihre kleinstmögliche Gestalt zusammen. Indem man chemische Bindungen in diesem zusammengezogenen Zustand knüpft, kann die Struktur fixiert werden.

Darüber hinaus werden durch neuartige Prozesse, wie beispielsweise dem Sol-Gel-Prozess die anorganischen Materialien in Gegenwart des Polymers erzeugt. Kickelbick erklärt: "Konventionelle Wege zur Bildung von anorganischen Materialen, laufen meist bei hohen Temperaturen (mehrere 100 Grad) ab. Dieses Vorgehen ist für die Bildung von Polymeren, die anorganische Baueinheiten enthalten problematisch, weil die Makromoleküle sich meist schon ab Temperaturen über 250 Grad zersetzen. Die Sol-Gel Methode ist anders, da die molekularen Vorstufen für die anorganischen Materialien mit dem Polymer vermischt werden können und die Synthese bzw. anorganische Strukturbildung bei milden Temperaturen gelingt. Dadurch entstehen sehr homogene anorganisch-organische Materialien." Die Kunst besteht also darin die molekularen Baueinheiten taktisch klug miteinander zu verbinden um die gewünschten Eigenschaftskombinationen zu erhalten. Aufgrund der Verteilung der anorganischen Bausteine im molekularen oder Nanometerbereich kommt es zu keiner Wechselwirkung zwischen den entstehenden kleinsten Teilchen in der Polymermatrix und dem sichtbarem Licht. Sie erscheinen dadurch transparent.

Kickelbick ist sich sicher, dass seine Grundlagenforschung zukünftig auch in verschiedenen Industrieprojekten Anwendung findet. Dazu zählt beispielsweise die Herstellung von neuartigen Dentalmaterialien oder rahmenlosen Brillen mit verminderter Brüchigkeit.

Forschungsaktivitäten auf dem Gebiet der anorganisch-organischen Materialien, die auch als Hybridmaterialien bezeichnet werden, gibt es seit den 80iger Jahren. Einer der europäischen Schwerpunkte hierfür liegt in Österreich am Institut für Materialchemie der TU Wien. Institutsvorstand
Professor Ulrich Schubert zählte zu den ersten, die sich mit der Methode, durch gezieltes Design von Molekülen als Vorstufen für anorganisch-organische Materialien neuartige Eigenschaften in den entstehenden Materialien zu erzeugen, beschäftigte. "Wir holen uns sowohl von den anorganischen Komponenten als auch von den organischen jeweils das Beste", fasst Kickelbick zusammen und ist überzeugt, dass die neuen Forschungsergebnisse die Materialchemie nachhaltig beeinflussen werden.

Fotodownload:
https://www.tuwien.ac.at/index.php?id=2034

Rückfragehinweis:

Ao. Univ.-Prof. Dipl.-Chem. Dr. Guido Kickelbick
Technische Universität Wien
Institut für Materialchemie
Getreidemarkt 9/165, 1060 Wien
T +43/1/58801-15321, - 55300
F +43/1/58801-16599
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Aussender:
Mag. Daniela Ausserhuber
TU Wien - PR und Kommunikation
Karlsplatz 13/E011, A-1040 Wien
T +43-1-58801-41027
F +43-1-58801-41093
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