Funktional, Vielfältig, Nachhaltig

Nanokomposite nach Maß

Von der Cellulose bis zur PET-Flasche, von der Plastiktüte bis zur antimikrobiellen Implantatbeschichtung – Polymere natürlichen und menschlichen Ursprungs spielen in unserem Alltag wie auch in der aktuellen Forschung eine Schlüsselrolle für die Fertigung von neuen Materialien. Wie wichtig es ist, Eigenschaften wie bspw. Kratzfestigkeit und Materialhärte exakt einstellen zu können, wird bei einem Sprung im Handydisplay genauso deutlich, wie bei der Konstruktion von sparsamen Leichtbaufahrzeugen oder Großbauten wie der Elbphilharmonie.

Eine zentrale Rolle für die Herstellung von Funktionsmaterialien mit Eigenschaften nach Maß besetzen seit einigen Jahren die Nanowissenschaften. Durch die Versetzung klassischer Polymersysteme mit nanoskaligen Additiven ist es möglich, bestehende Materialeigenschaften wie Härte, Kratzfestigkeit und thermische Stabilität zu modulieren oder auch neue Eigenschaften wie Magnetismus, antimikrobielle oder photokatalytische Aktivität zu ergänzen. Für diese Nanokomposite eröffnen sich vielfältige neue Anwendungsmöglichkeiten in ebenso vielen Einsatzfeldern.

Untrennbar verbunden mit dem Einsatz von Kunststoffen stehen jedoch die hiermit zusammenhängenden Umweltbedenken. Mit Hinblick auf die Problematik fossiler Brennstoffe, den Klimawandel und die Belastung der Meere durch (Mikro-) Plastik kommt der Entwicklung von biobasierten und idealerweise auch biologisch abbaubaren Kunststoffen eine besondere Bedeutung zu. Gleiches gilt in diesem Zusammenhang auch für die Vermeidung oder Substitution von petrochemischen Grundstoffen in der Kunststoffproduktion.

Auch wenn Kunststoffe und Polymere ein klassisches Themenfeld der Oberstufenchemie darstellt, werden diese zentralen und zukunftsorientierten Facetten selten im Unterricht reflektiert. Im Projekt "Nanokomposite nach Maß" sollen daher die Forschungsfelder der funktionellen Nanokomposite und nachhaltigen Kunststoffsynthese gemeinsam mit unseren Kooperationspartnern aus den Fachwissenschaften Dr. Reza Saadat (Institut für Partikeltechnik Braunschweig) und Dr. Henning Storz (Thünen-Institut) aufgegriffen und fachdidaktisch für Schule und Schülerlabor erschlossen werden. Hierzu sollten insbesondere experimentelle Zugänge, Arbeitsmaterialien und Unterrichtseinheiten entwickelt und in der Praxis am Agnes-Pockels-SchülerInnenlabor erprobt werden.

WIr danken dem Fonds der Chemischen Industrie für die finanzielle Förderung des Projekts!

Mitarbeiter und Kooperationspartner

Björn Bartram

Reza Saadat

Henning Storz

Timm Wilke

Veröffentlichungen und Vorträge

[1] T. Wilke, B. Bartram, C. Kostrewa & R. Saadat (2018): Kleine Additive mit großer Wirkung - Maßgeschneiderte Synthese von Kunststoffkompositen durch Nanotechnologie. UC 164 (28), S. 16-19.
[2] T. Wilke, B. Bartram, C. Kostrewa & R. Saadat (2018): Versuchskartei: Kunststoff-Additive – Auf die Größe kommt es an! UC 164 (28), S. 49-50.
[3] B. Bartram & T. Wilke: Kunststoffe 2.0 - Synthese und Eigenschaften von Polymeren mit Nanoadditiven (MNU-Tag Hannover, 2018).
[4] T. Wilke: Polymere nach Maß mit Nanoadditiven (Europa-Universität Flensburg, 2018).
[5] B. Bartram & T. Wilke: Kleine Additive, große Wirkung – Polymereigenschaften nach Maß durch Nanoadditive (35. GDCh Fortbildungs- und Vortragstagung der Fachgruppe Chemieunterricht, Karlsruhe, 2018).
[6] B. Bartram, N. Paterson & T. Wilke: Kleine Partikel - große Wirkung: Nanotechnologie als innovatives Themenfeld für den Chemieunterricht (2. MINT-Fachtag 2018, TU Braunschweig).