Kettenlänge von Kunststoffmolekülen kann verdoppelt werden Kettenlänge von Kunststoffmolekülen kann verdoppelt werden
Kunststoffe müssen nicht immer nur aus Erdöl bestehen. Einer der interessantesten chemischen Bausteine für die Herstellung von Kunststoffen, sind Fettsäuren. Konstanzer Chemiker haben nun... Kettenlänge von Kunststoffmolekülen kann verdoppelt werden

Kunststoffe müssen nicht immer nur aus Erdöl bestehen. Einer der interessantesten chemischen Bausteine für die Herstellung von Kunststoffen, sind Fettsäuren. Konstanzer Chemiker haben nun herausgefunden wie die Kettenlänge von Kunststoffmolekülen verdoppelt werden kann. 

Dieses Herstellungsverfahren kommt unter anderem bei Bio-Kunststoffen aus Pflanzenfetten wie zum Beispiel aus Raps oder zukünftig auch aus Algen zur Anwendung. Aus chemischer Sicht bestehen Kunststoffe aus Molekülketten. Um sie aus Pflanzenfett herzustellen, werden kürzere Ketten aus pflanzlichen Fettsäure-Molekülen zu längeren Kettenstrukturen verknüpft. Diese kristallisieren schließlich zum Kunststoff aus. Chemiker der Universität Konstanz um Prof. Dr. Stefan Mecking entwickelten nun ein Verfahren, um die Länge der nutzbaren Kettenabschnitte effektiv zu verdoppeln. Diese sehr langen Kettenbausteine verbessern die Kristallisationsbedingungen des entstehenden Kunststoffes und bieten ganz besondere Materialeigenschaften. Die hochinteressanten Forschungsergebnisse wurden im Mai 2017 im Wissenschaftsmagazin „Angewandte Chemie“ veröffentlicht.

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Molekülketten von Fettsäuren verfügen in ihrem chemischen Aufbau über eine sogenannte reaktive Gruppe. Diese bietet sich für den Aufbau langer Kunststoffketten an. Diese Gruppe ist der chemische Verknüpfungspunkt, das Bindeglied durch das die einzelnen Kettenstücke aneinandergefügt werden können. Das Problem ist nur, dass diese Gruppe nicht an den Enden, sondern in der Mitte des Moleküls liegt. Die Kettenabschnitte werden also an einem mittleren Glied zusammengefügt. Dadurch bleibt faktisch die Hälfte der möglichen Kettenlänge ungenutzt. Den Konstanzer Chemikern ist es aber jetzt gelungen diesen Verknüpfungspunkt von der Mitte der Kette ans Ende zu verlagern.„Das Herzstück dieser Reaktion ist eine sogenannte dynamische isomerisierende Kristallisation“, schildert Stefan Mecking. Zunächst sorgt ein Katalysator dafür, dass die funktionelle Gruppe zu wandern beginnt. Sie pendelt dann ständig über die gesamte Länge des Kettenabschnittes hin und her. „Aus diesem dynamischen Gleichgewicht heraus wird genau der Zustand herauskristallisiert, wenn die funktionelle Gruppe sich am Ende der Kette befindet“, erklärt Manuel Häußler, ein Mitarbeiter des Forschungsprojekts.

Die Chemiker greifen also exakt den Moment heraus, an dem sich die funktionelle Gruppe am Ende der Kette befindet und fixieren diesen Zustand mithilfe von Kristallisation. Das Ergebnis sind Molekülketten, deren Verknüpfungspunkt jeweils am Endstück liegt. Die Kettenstücke können nun von Ende zu Ende verknüpft werden und nicht mehr nur über die Mitte. Dadurch verdoppelt sich die Länge der Kettenabschnitte effektiv. So schaffen die Konstanzer Chemiker aus einem laufenden katalytischen Prozess heraus optimale Bausteine für eine möglichst lange Kunststoffkette. Eine Besonderheit des Verfahrens ist, dass die gesamte Fettsäure als Kunststoff umgesetzt wird und dadurch fast keine Abfallstoffe entstehen.

Originalpublikation: Timo Witt, Manuel Häußler, Stefanie Kulpa, Stefan Mecking: Chain Multiplication of Fatty Acids to Precise Telechelic Polyethylene, Angewandte Chemie Int. Ed. (2017)
DOI: 10.1002/anie.201702796.
http://onlinelibrary.wiley.com/wol1/doi/10.1002/anie.201702796/full

Faktenübersicht: Gefördert wurde das Projekt von der Baden-Württemberg Stiftung. Forschung in inhaltlicher Anbindung an: Sonderforschungsbereich SFB 1214 „Anisotropic Particles as Building Blocks: Tailoring Shape, Interactions and Structures

Quelle und Bilder: Universität Konstanz: Bildunterschrift: Dynamische isomerisierende Kristallisation von Fettsäureketten: Die reaktive Gruppe (rot) in der Mitte der Fettsäurekette (grün) wird im ersten Schritt ans Ende der Kette verlagert. Nun kann das Kettenstück im zweiten Schritt mit weiteren Kettenstücken von Ende zu Ende verknüpft werden.

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Lydia Dr. Polwin-Plass

Promovierte Journalistin und Texterin, spezialisiert auf die Themen Kultur, Wirtschaft, Marketing, Vertrieb, Bildung, Karriere, Arbeitsmarkt, Naturheilkunde und Alternativmedizin. Mehr über Dr. Lydia Polwin-Plass auf ihrer Website: http://www.text-und-journalismus.de