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Nanotechnologie

Zwillingspolymerisation für nanostrukturierte Hybridmaterialien

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Dreidimensionale Makromoleküle durch Polymerisation

Die dreidimensionale Ausbildung von makromolekularen Strukturen wird konventionell durch Verwendung von vernetzenden Monomerbausteinen oder Polymeren in einem Polymerisationsprozess erzielt. Beispiele dafür sind die Synthese von Phenolharz und die Herstellung von Kautschuk, wobei die dreidimensionale Verknüpfung bei Letzteren durch Vernetzung zwischen den Polymersträngen mit Schwefel erfolgt (Vulkanisation) [6]. Durch solche Prozesse entstehen zunächst aber kontinuierliche makroskopische Strukturen, die nur aus einem einzigen Polymer bestehen.

Für die Herstellung von Hybridmaterialien aus mindestens zwei verschiedenen Polymeren gibt es verschiedene Möglichkeiten, die in Abbildung 1 gezeigt sind. Beispielsweise können zwei in ihrer molekularen Struktur verschiedene Monomere gemischt und in einem Prozess simultan, d.h. gleichzeitig, zu einem Hybridmaterial aus zwei Polymeren umgesetzt werden. Oder es können spezielle hetereobifunktionelle Monomere für die Polymerisation verwendet werden. Das sind Monomere, die zwei verschiedenartige polymerisationsfähige Gruppen in einem Monomer tragen, die jeweils auch zu zwei verschiedenen polymeren Strukturen umgesetzt werden können [2, 7-9].

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Der Nachteil solcher Prozesse ergibt sich daraus, dass für die zwei unterschiedlichen Monomereinheiten auch zwei Katalysatoren für die Polymerisation benötigt werden und beide Polymerisationsprozesse zwar gleichzeitig, aber unabhängig voneinander stattfinden. Die Reaktionsbedingungen müssen deshalb zum Beispiel durch die Katalysatorkonzentrationen so angepasst werden, dass beide Prozesse mit gleicher Geschwindigkeit ablaufen. Nur so sind homogene Hybridmaterialien zu erwarten.

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