Wandelbar, vielseitig und ressourcenschonend – Vielversprechende neue Kunststoffe

Sie ermöglichen eine nachhaltige, sichere und umweltfreundliche Alternative zu den bisher vorherrschenden Kunststoffen: anorganische Polymere mit smarten Eigenschaften. Diese vielversprechenden chemischen Verbindungen werden seit drei Jahren von einem internationalen Forschungsverbund unter Leitung von Evamarie Hey-Hawkins, Chemie-Professorin der Universität Leipzig, erforscht.

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.

Und nicht nur das: 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. Evamarie Hey-Hawkins, Professorin für Anorganische Chemie an der Universität Leipzig und Leiterin des dahinterstehenden Forschungsnetzwerkes COST - Smart Inorganic Polymers (kurz: SIPs), und ihr Team haben bei anorganischen Polymeren nahezu 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 im Vergleich zu den organischen Polymeren eine enorme Bandbreite an Ausgangsverbindungen. Das smarte an diesen chemischen Stoffen bezeichnet dabei ihre Fähigkeit, durch äußere Einflüsse, wie Bestrahlung mit Licht, ihre optischen oder physikalischen Eigenschaften gezielt ändern zu können.

Das Ziel ist es, mit dieser Sonderausgabe noch mehr auf das Potenzial der smarten anorganischen Polymere aufmerksam zu machen. 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. Dazu hat auch das COST-Netzwerk entscheidend beigetragen. Das Team um Hey-Hawkins hat 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.

Die Leipziger Arbeitsgruppe um Hey-Hawkins konzentriert sich dabei 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. Einer ihrer bisher größten Erfolge ist dabei 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 sie 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.

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.

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

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