24.10.2012

Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V.

Smart Polymers - intelligent und faszinierend

Polymere sind heute nicht einfach nur große Moleküle. Sie sind oft auch „smart“, im Deutschen häufig mit „intelligent“ übersetzt. Über Smart Polymers diskutiert vom 7. bis 9. Oktober 2012 die Fachgruppe Makromolekulare Chemie der Gesellschaft Deutscher Chemiker (GDCh) erstmals gemeinsam mit ihrer Partnerorganisation aus den Niederlanden an der Johannes Gutenberg-Universität Mainz. Gleich zwei Höhepunkte gibt es zu Tagungsbeginn: Die Verleihung des Reimund-Stadler-Preises an Dr. Andreas Walther, Aachen, und den Abendvortrag von Professor Dr. Rolf Mülhaupt, Freiburg.

Das Deutsche Wollforschungsinstitut in Aachen hat eine lange Tradition und existiert als „DWI an der RWTH Aachen e.V.“ bis heute. Dahinter verbirgt sich das „Institute for Interactive Materials Research“, über dessen „Vision und Mission“ es auf der Homepage heißt: „Nach dem Vorbild der Natur sollen sich interaktive Materialien in ihren Eigenschaften durch Wechselwirkung mit der Umgebung sowie über interne Feedbackmechanismen und die Ausnutzung von Gedächtniseigenschaften aktiv verändern und den jeweiligen Erfordernissen anpassen.“ Andreas Walther hat auf diesem Arbeitsgebiet hervorragende wissenschaftliche Leistungen erbracht. Mit dem Reimund-Stadler-Preis werden das Design und die Darstellung hierarchisch strukturierter und funktionaler biomimetischer Nanokompositmaterialien durch skalierbare Selbstorganisation in Wasser gewürdigt. Hierarchisch strukturierte Selbstorganisation spielt bei dem Entstehen natürlicher Materialien wie Perlmutt, Holz oder Seide eine große Rolle. Um diese exzellenten leichten, stabilen und widerstandsfähigen Materialien herzustellen, fügt die Natur „harte Bausteine“ – anorganische Substanzen, Proteinkristalle, kristalline Polysaccharide – und „weiche Bausteine“ – organische Substanzen, Biopolymere – über hierarchische Selbstorganisation perfekt zusammen. Dies will man von der Natur abschauen und nutzt dazu auch natürliche Nanofibrillen aus Cellulose oder Chitin. Bionanomaterialien konnten erfolgreich eingesetzt werden, um Fasern mit interessanten Eigenschaften herzustellen. Perlmuttähnliche Materialien lassen sich für neuartige umweltverträgliche Beschichtungen nutzen.

Auf Basis etlicher Forschungserfolge in jüngster Zeit sind den Visionen der Polymerchemiker kaum noch Grenzen zu setzen. Rolf Mülhaupt wird seine Zuhörer mit Hilfe smarter Materialien in die wunderbare Welt der modernen nachhaltigen Architektur entführen. Er ist überzeugt, dass es gelingt, Gebäude zu errichten, die Menschen mit Sauerstoff, sauberem Wasser und ausreichend Energie – auf die Jahreszeit abgestimmt – versorgen. Die Gebäude werden ein gesundes Wohnklima schaffen, den Verbrauch an Energie und Wasser auf intelligente Weise niedrig halten, Abfallmanagement betreiben und durch geringe Emissionen zum Klima- und Umweltschutz beitragen. Ohne neuartige multifunktionale Materialien und Systeme würde dies nicht möglich werden. Solche Materialien bezeichnet man als „Self-X Materials“; denn sie sind beispielsweise selbstverstärkend, selbstreinigend, selbstreparierend oder selbstaggregierend. Sie sind anpassungs- und lernfähig, reagieren auf Reize und binden multifunktionale Mikrosysteme mit ein. Man will also quasi künstliche Häute, die wie in der Natur wasser- und energiedurchlässig sind, und auch neuartige andere Beschichtungen unterschiedlicher Funktionalität schaffen. Dazu zählen in der nachhaltigen Architektur die wichtigen Eigenschaften wie, auf Schwingungen reagieren zu können oder den Schall zu dämmen. Ferner sollen die Wände „atmen“ und das Gebäude energieautark sein. Smarte Beleuchtungssysteme sollen u.a. dazu beitragen.

Bei der Tagung „Smart Polymers“ werden in 23 wissenschaftlichen Vorträgen und an mehr als 40 Postern von namhaften Arbeitsgruppen aktuelle Arbeiten zu intelligenten Polymeren mit adaptiven Eigenschaften vorgestellt. In vielen dieser Vorträge zeigt sich, dass sich die Wissenschaftler von der Natur inspirieren lassen. So gelangt man von feinfaserigen biologischen Geweben zu „soft materials“ wie Hydrogelen, die Stellbewegungen ermöglichen oder als Messfühler agieren können. Die Polymerforscher arbeiten an flüssigkristallinen Polymernetzen und an nanoporösen Strukturen, an wässrigen polymeren Mikrogelen, die auf magnetische Felder reagieren, an mechanisch ausgelösten Selbstheilungsprozessen der Materialien und an lichtemittierenden Polymeren, um nur einige Stichworte zu nennen. Zu den Höhepunkten zählen die Vorträge von Professor Dr. Eugenia Kumacheva, University of Toronto, und Professor Dr. Christoph Weder, Adolphe Merkle Institute, Universität Fribourg, die als namhafte internationale Redner einladen wurden.

Polymerforschung war schon immer Grundlagen- und Anwendungsforschung in einem – jetzt auf allerhöchstem und anspruchsvollstem Forschungsniveau.

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