Polyester aus Pflanzenöl

Die Ent­wick­lung von Tech­no­lo­gi­en, mit denen – jen­seits von Erd­öl – künf­tig Che­mi­ka­li­en und Kunst­stof­fe erzeugt wer­den kön­nen, ist eine der wesent­li­chen Auf­ga­ben der moder­nen Mate­ri­al­wis­sen­schaft und eine ent­schei­den­de Her­aus­for­de­rung für die Zukunft der nach­hal­ti­gen indus­tri­el­len Pro­duk­ti­on. Vor der Erpro­bung mög­li­cher Anwen­dun­gen der aus nach­wach­sen­den Roh­stof­fen gene­rier­ten Mate­ria­li­en lie­gen vie­le den Natur­pro­duk­ten geschul­de­ten Schwie­rig­kei­ten und Pro­blem­stel­lun­gen, für die ent­spre­chen­de theo­re­ti­sche Kon­zep­te und Labor­ver­fah­ren erstellt und getes­tet wer­den müs­sen. Ein sol­ches Kon­zept beschreibt Prof. Dr. Ste­fan Mecking in der aktu­el­len Stu­die „Syn­the­tic Poly­es­ter from Plant Oil Feed­stock by Func­tio­n­ia­li­zing Poly­me­ri­za­ti­on“ über die Erzeu­gung von Poly­es­ter aus Rizi­nus­öl in der Zeit­schrift „Ange­wand­te Che­mie“.

Gemein­sam mit sei­nem Mit­ar­bei­ter und Erst­au­tor der Stu­die, dem Alex­an­der von Hum­boldt-Sti­pen­dia­ten Dr. Ye Liu, legt Ste­fan Mecking einen Weg dar, wie aus Fet­ten und Ölen, genau­er aus Rizi­nus­öl, Poly­es­ter her­ge­stellt wer­den kann. Ein bekann­ter che­misch eta­blier­ter Bau­stein, der aus Rizi­nus­öl gewon­nen wird, ist Unde­ce­nol. „Unse­re Idee war es, vie­le von die­sen Mole­kü­len zu einem gro­ßen Mole­kül, einem Kunst­stoff­mo­le­kül, zu ver­knüp­fen. Das Gan­ze woll­ten wir effek­tiv, sozu­sa­gen ‚in einem Schuss‘, durch­füh­ren“, erklärt Ste­fan Mecking den Ansatz sei­ner Arbeit. Unde­ce­nol besitzt an einem Ende des Mole­küls eine Alko­hol­grup­pe und am ande­ren Ende eine Dop­pel­bin­dung. Ent­schei­dend dabei war, die Ver­knüp­fung der bei­den Grup­pen zu einer Ester­grup­pe so umzu­set­zen, dass gleich­zei­tig die Ver­knüp­fung zu lang­ket­ti­gen Mole­kü­len, also Kunst­stof­fen erfol­gen kann. Solch lang­ket­ti­ge Ver­bin­dun­gen wer­den benö­tigt, um die gewünsch­ten Mate­ri­al­ei­gen­schaf­ten zu erhal­ten. Für die­se Ver­fah­ren grund­sätz­lich beson­ders her­aus­for­dernd ist die Ver­wen­dung der geeig­ne­ten Kata­ly­sa­to­ren. „Die­se sind des­halb von beson­de­rer Bedeu­tung, weil die Reak­ti­on, die zu den gewünsch­ten, lang­ket­ti­gen Mole­kü­len führt, äußerst effek­tiv und ohne jede Abwei­chung ver­lau­fen muss“, erläu­tert Ste­fan Mecking wei­ter.

Bei der in der aktu­el­len Stu­die beschrie­be­nen Erzeu­gung von Poly­es­ter ver­wen­de­ten die Che­mi­ker als kata­ly­ti­sche Reak­ti­on zur Erzeu­gung der Ester­grup­pen die soge­nann­te Car­b­ony­lie­rung. „ Beim Bau­stein Unde­ce­nol ste­hen wir vor dem Pro­blem, dass er zu einem ande­ren klei­nen Mole­kül, einem Alde­hyd reagiert. Pas­siert dies, wird es nicht in die Ket­te ein­ge­baut und geht ver­lo­ren“, fasst Ste­fan Mecking den Kern und zugleich den Erfolg sei­ner Arbeit zusam­men. Durch den Ein­satz der geeig­ne­ten Kata­ly­sa­to­ren ist es gelun­gen, die­sen Ver­lust zu ver­hin­dern und Poly­es­ter effek­tiv her­zu­stel­len. Bei der Ent­wick­lung der Kata­ly­sa­to­ren wur­de wei­ter­hin her­aus­ge­ar­bei­tet, wel­che kon­zep­tio­nel­len Schrit­te zu tun sind, um den Schmelz­punkt der Pro­duk­te ein­stel­len zu kön­nen. „Vom Ver­ständ­nis, das wir hier erlangt haben, wüss­ten wir jetzt auch, auf wel­che Wei­se wir für ande­re, lang­ket­ti­ge­re Sub­stra­te mit dem Schmelz­punkt umge­hen kön­nen“, schließt Ste­fan Mecking und spricht damit den mög­li­chen Trans­fer sei­nes Kon­zep­tes auf ande­re nach­wach­sen­de Roh­stof­fe an, die noch bes­ser ver­füg­bar sind als Rizi­nus­öl.