Tausendsassa aus dem Polymerlabor

Eine Nachwuchswissenschaftlerin am GKSS-Forschungszentrum Geesthacht entwickelt Kunststoffe mit ganz besonderen Eigenschaften. Das eröffnet Chancen in Hightech-Branchen, die zu den Wachstumsträgern der Wirtschaft gehören. Eine in der prallen Sonne verformte Plastikflasche weist auf das Problem hin: Viele Kunststoffe halten hohe Temperaturen nicht aus. Auch aggressive Chemikalien hält man besser von ihnen fern. Bei denen Werkstoffen aus der Nachwuchsgruppe "Polyoxazolbasierte Nanokomposite" von Dr. Dominique de Figueiredo Gomes sind diese Vorsichtsmaßnahmen unnötig.

Die Chemieingenieurin trimmt ihre Materialien für Anwendungen in Hightech-Industrien. Mit Nanoteilchen macht sie die extrem leichten Werkstoffe fest, belastbar und chemisch aktiv. In einem Polymer verschlingen sich zu Ketten aufgereihte Kohlenstoffatome ineinander und halten dadurch ähnlich wie ein Wollknäuel fest zusammen. "Die spezielle Anordnung der Atome zu Ringen erklärt einen Teil der besonderen Eigenschaften" erklärt die Leiterin der Nachwuchsgruppe. Außerdem sind an bestimmten Stellen Stickstoffatome eingebaut, was durch das "azol" im Namen der von ihr erforschten Polymerklasse zum Ausdruck kommt. Der Durchbruch kam, als es ihr gelang, einen Kunststoff daraus herzustellen, der lange Ketten enthält. Lange Ketten sind Voraussetzung, um mechanisch stabile Membranen herzustellen, wie sie für viele Anwendungen unabdingbar sind. Indem Dominique de Figueiredo Gomes weitere chemische Gruppen an der Kette angebracht hat, konnte sie dann damit experimentieren und den Werkstoff danach in vielerlei Hinsicht weiter modifizieren. Das Polymer löst sich nun in organischen Lösungsmitteln, was die Verarbeitung erleichtert. "Es zeigt sich nun gleichzeitig stabil gegenüber vielen aggressiven Chemikalien und gegenüber Temperaturen von bis zu 500 Grad - für Kunststoffe ist das etwas besonderes", sagt die gebürtige Brasilianerin, die vor rund sechs Jahren nach Deutschland kam und hier eine Familie gegründet hat.

Seit einiger Zeit spickt die Chemieingenieurin, die einen großen Teil ihrer Arbeit mit den chemischen Synthesen verbringt, das Polymernetzwerk zusätzlich mit Silikat-Nanoteilchen, was viel Fingerspitzengefühl und Erfahrung erfordert. "Das ist eine Verbindung aus Silizium und Sauerstoff, die den Kunststoff mechanisch belastbarer macht", sagt sie. In Zukunft wird sie auch Nanoröhrchen aus Kohlenstoff verwenden, mit denen ihr Kooperationspartner an der Technischen Universität Hamburg-Harburg bereits intensiv gearbeitet hat. Dadurch wird der Kunststoff neue Funktionen entfalten, unter anderem als Katalysator, der in einer Brennstoffzelle die Energie liefernde Reaktion von Wasserstoff und Sauerstoff zu Wasser ermöglicht. Nanoteilchen und Polymer zu verschmelzen, ist allerdings kein leichtes Unterfangen, denn die Materialien verbinden sich nur schlecht miteinander. Deshalb muss Gomes zuerst die Oberfläche der Winzlinge modifizieren. Wenn sie Erfolg hat, wird ihr Kunststoff für die Wirtschaft hochinteressant. Sie ist davon überzeugt, dass sie dann eine Firma finden wird, die ihn herstellen wird. Denn durch die besonderen Eigenschaften kann das Material außer in Brennstoffzellen auch für den Leichtbau und für Anti-Korrosionsbeschichtungen von Magnesiumblechen eingesetzt werden.

Da ihr neuartiger Werkstoff leicht und zugleich belastbar ist, werden Bauteile aus dem neuen Kunststoff weniger wiegen als wenn sie mit konventionellen Werkstoffen gefertigt würden. "Dadurch wird Energie eingespart", erläutert Gomes. Der neue Kunststoff könnte so als innovativer Werkstoff in Hightech-Branchen wie der Automobil- und der Flugzeugindustrie eingesetzt werden.