Polymersynthese

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Anionik

Maßgeschneiderte Polymere

In der Abteilung “Polymersynthese“ werden maßgeschneiderte Polymere (Homo- und Copolymere) für alle Abteilungen des Instituts den Anforderungen entsprechend synthetisiert.
Bei den Copolymeren können die unterschiedlichen Einheiten statistisch verteilt, alternierend oder in Form von Blöcken vorliegen. Je nach Anzahl der Segmente von Homopolymerblöcken können die Blockcopolymere in Di-, Tri- oder Multiblockcopolymere unterschieden werden.

Die Forschungsschwerpunkte unserer Abteilung:

Das früher in der Sowjetunion zur Trennung von Stickstoff/Sauerstoff hergestellte Polymer Polyvinyltrimethylsilan (PVTMS) konnte erstmals wieder in unserer Abteilung synthetisiert werden. Dieses Polymer besitzt sehr gute Eigenschaften in Permeabilität und Selektivität zur Trennung von Stickstoff/Sauerstoff-Gemischen. Gemeinsam mit der Abteilung „Verfahrenstechnik“ des Instituts werden zurzeit PVTMS-Membranen in einem Projekt für die Stickstoffanreicherung der Ladeluft für Schiffsdieselmotoren eingesetzt, um die Emission von Stickoxiden zu verringern. Ziel ist es, die Membraneigenschaften weiterhin zu verbessern und die Verarbeitbarkeit von PVTMS zu Membranen zu erleichtern.

Blockcopolymere sind besonders vielversprechend für Membrananwendungen zur Filtration und Gastrennung. Das Besondere an Blockcopolymeren ist, dass sie durch Selbstorganisation von nicht miteinander mischbaren Blöcken hochgeordnete Strukturen ausbilden können.

Blockcopolymere bestehen aus mindestens zwei Monomersorten, die jeweils als Polymerblöcke kovalent miteinander verbunden sind. Bei den hauchdünnen Membranen aus Blockcopolymeren ist die obere, also die Deckschicht hochgeordnet und gleichmäßig von Poren durchzogen. Sie fungiert als Filter und erfüllt die Trennaufgaben. Die untere Schicht besitzt eine schwammartige Struktur und sorgt für Stabilität. Unterschiedlich große Moleküle, aber auch Viren und Bakterien können abgetrennt werden, wodurch sich Anwendungsbereiche in der Medizin eröffnen.

Ein weiter Vorteil dieser Membranen ist die Möglichkeit zur Schaltbarkeit, woran zurzeit intensiv geforscht wird. Durch die geeignete Wahl der Monomere ergibt sich die Möglichkeit zur pH-abhängigen Schaltbarkeit der Porengröße. Eine zusätzliche Postfunktionalisierung der Membran ermöglicht außerdem beispielsweise die temperaturabhängige Einstellung der Porengröße.
Die Anbindung von bioaktiven Molekülen erweitert das Anwendungsspektrum der Blockcopolymer-Membranen. Hierzu ist eine entsprechende Funktionalisierung von Endgruppen erforderlich.

Selfmem.eu

Glasartige Polymere mit einer hohen intrinsischen Mikroporosität kombinieren sehr hohe Permeabilitäten mit guten Selektivitäten. Diese Polymere mit einem hohen freien Volumen können in einer Vielzahl unterschiedlicher Membrananwendungen (Nanofiltration, Pervaporation, Dampf- und Gastrennung) eingesetzt werden. Die Synthese erfolgt über eine Polykondensation.

Das Ziel ist die Synthese von neuen Monomeren sowie die Verbesserung der Membraneigenschaften durch Zugabe von Füllstoffen zum Polymer, besonders im Hinblick auf die Langzeitstabilität.

Kommerzielle Polymere für Membranen zur Gastrennung können durch nanoskalige Füllstoffe in ihren Trenn- und Permeabilitätseigenschaften sowie in der Langzeitstabilität verbessert werden. Solche Mixed Matrix Membranen können je nach Art der Füllstoffe außerdem spezielle zusätzliche Eigenschaften erhalten. Wir haben beispielsweise mit Multi-Walled Carbon Nanotubes als Füllstoff elektrisch leitfähige Mixed Matrix Membranen zur Trennung von explosiven Gasgemischen hergestellt, die in der Lage sind, eventuelle elektrostatische Aufladungen abzuführen.
Die Charakterisierung der Membranen erfolgt in enger Zusammenarbeit mit der Abteilung "Verfahrenstechnik".

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