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Neue Schaumstruktur durch Öl-in-Wasser-Emulsionen

Polymerschäume sind gängige Helfer in Verpackungen, als Isolierungen und Aufprallschutzmaterialien. Je nach Einsatzgebiet müssen sie jedoch neben der unterschiedlichen chemischen Zusammensetzung auch verschiedene Schaumstrukturen aufweisen. Ein deutsch-irisch-französisches Team um Cosima Stubenrauch von der Universität Stuttgart stellt jetzt in der Zeitschrift Angewandte Chemie eine neue Methode vor, mit der sich strukturierte Schäume kontrolliert herstellen lassen: Die Forscher setzen dabei auf eine Polymerisation geschäumter Öl-in-Wasser-Emulsionen, die als mikroskopisch kleine Schablonen ("Templates") genutzt werden, um dem Schaum die richtige Struktur zu verpassen. Mit ihrer Methode haben die Forscher eine Alternative zu winzigen Wassertröpfchen gefunden, die in einer Monomerlösung feinst verteilt (emulgiert) und nach der Polymerisation entfernt werden. Ein anderes Verfahren nutzt Partikel, um Luftblasen in der Reaktionsmischung zu stabilisieren.

Zur Synthese des makroporösen Polystyrolschaums wird Styrol (die "Ölphase") zunächst in einer wässerigen Phase emulgiert. Dann schäumen die Wissenschaftler die durch ein anionisches Tensid stabilisierte Emulsion mit Stickstoff auf. Dabei entstehen von dicht gepackten Emulsionstropfen umgebene Schaumblasen. Im dritten Schritt wird die Polymerisation durch Bestrahlung mit UV-Licht ausgelöst. Die Emulsionstropfen verschmelzen dabei, während die Struktur des Schaums erhalten bleibt. Die entstandenen Polymerschäume enthalten Poren, die teilweise über Durchlässe miteinander verbunden sind.

"Während die hohe Dichte des Polymers und die starke Verknüpfung eine gute mechanische Stabilität gewährleisten, erlaubt die Gegenwart der Fenster den Durchfluss von Luft, Fluiden oder anderen Materialien durch den Schaum" erklärt Stubenrauch. "Eine Kontrolle über diese Eigenschaften wird für viele Anwendungen gewünscht, etwa für Träger, Filtermaterialien oder bioinspirierte Gerüststrukturen. Die Herstellungsmethode ist dabei einfach und vielseitig und stellt eine viel versprechende Alternative zu anderen templatebasierten Synthesemethoden dar." Bei herkömmlichen Herstellungsprozessen, bei denen Schäume aus Polymerschmelzen und Treibmitteln gewonnen werden, sei es dagegen nach Angabe der Professorin eine große Herausforderung, die Morphologie und Eigenschaften des Produkts zu kontrollieren.

(Der Artikel "Synthese von makroporösem Polystyrol durch Polymerisation geschäumter Emulsionen." erscheint in der Zeitschrift Angewandte Chemie 2012, 124 doi: 10.1002/ange.201107806; Autoren sind: Schüler, F., Schamel, D., Salonen, A., Drenckhan, W., Gilchrist, M. D. and Stubenrauch, C. ; Bild: Wiley-VCH)
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