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Wissenswertes rund um Kunststoff und Kautschuk

Kunststoff und Kautschuk begegnen uns überall im Alltag. Entdecken Sie spannende Geschichten, überraschende Fakten und interessante Hintergründe – von historischen Entwicklungen und bekannten Produkten bis hin zu wichtigen Persönlichkeiten und Innovationen der Branche.

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  • Sensoren auf Gummibärchen drucken

    Mikroelektroden-Arrays auf Gelatine: Ein Team um Bernhard Wolfrum, Professor für Neuroelektronik an der Technischen Universität München (TUM), hat die Sensoren auf Gummi-Süßigkeiten gedruckt. Abb. N. Adly / TUM Mit Mikroelektroden können elektrische Signale direkt am Gehirn oder Herz gemessen werden. Für solche Anwendungen werden jedoch weiche Materialien benötigt, auf denen die Elektroden bislang nur mit großem Aufwand angebracht werden konnten. Einem Team der Technischen Universität München (TUM) ist es jetzt gelungen, sie direkt auf verschiedene weiche Oberflächen zu drucken. Mit vereinten Kräften ist es einem Team der TU München und des Forschungszentrums Jülich gelungen, ein Gummibärchen zu bedrucken. Was zunächst bestenfalls nach einer Spielerei klingt, könnte die medizinische Diagnostik verändern. Zum einen haben die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler um Prof. Bernhard Wolfrum kein Bild oder einen Schriftzug gedruckt, sondern ein Mikroelektroden-Array. Diese Bauteile bestehen aus einer großen Zahl an Elektroden und können Veränderungen der elektrischen Spannung in Zellen messen. Diese treten beispielsweise bei der Aktivität von Nerven- oder Muskelzellen auf. Zum anderen haben Gummibärchen eine Eigenschaft, die für den Einsatz von Miroelektroden-Arrays an lebenden Zellen besonders wichtig sind: Sie sind weich. Mikroelektroden-Arrays gibt es schon lange. In ihrer ursprünglichen Form bestehen sie aus harten Materialien wie Silizium. Im Kontakt mit lebenden Zellen ergeben sich daraus verschiedene Nachteile. Im Labor verändern sich deshalb Form und Zusammenschluss der Zellen. Im Körper können sie Entzündungen auslösen und die Funktionsweise von Organen beeinträchtigen. Rapid Prototyping mit Tintenstrahldrucker Mit Elektroden-Arrays auf weichen Materialien lassen sich diese Probleme vermeiden. Dementsprechend intensiv wird an ihnen geforscht. Bislang wird dabei meist auf traditionelle Methoden gesetzt, die relativ langwierig sind und auf kostspielige Speziallabore angewiesen sind. „Druckt man die Elektroden stattdessen, kann man vergleichsweise schnell und günstig einen Prototyp herstellen und ihn ebenso problemlos überarbeiten“, sagt Bernhard Wolfrum, Professor für Neuroelektronik an der TUM. „Solch ein ‚Rapid Prototyping‘ erlaubt ganz neue Arbeitsweisen.“ Wolfrum und sein Team nutzen eine Hightech-Variante des Tintenstrahldruckers. Die Elektroden selbst werden mit kohlenstoffhaltiger Flüssigkeit gedruckt. Damit die Sensoren keine ungewollten Signale aufzeichnen, wird über die Kohlenstoffbahnen eine neutrale Schutzschicht aufgetragen. Materialien für verschiedene Anwendungen Das Verfahren erprobten die Forscherinnen und Forscher an verschiedenen Materialien, darunter das weiche Silikon PDMS (kurz für Polydimethylsiloxan), die häufig in biologischen Experimenten verwendete Substanz Agar und schließlich Gelatine, unter anderem in Form eines geschmolzenen und wieder erstarrten Gummibärchens. Jeder dieser Stoffe hat Eigenschaften, die sich für bestimmte Anwendungen besonders eignen. Beispielsweise können mit Gelatine beschichtete Implantate, unerwünschte Reaktionen im Gewebe verringern. Dass die Sensoren zuverlässige Werte liefern, konnte das Team durch Experimente mit Zellkulturen nachweisen. Mit einer durchschnittlichen Breite von 30 Mikrometern ermöglichen sie darüber hinaus Messungen an einzelnen oder wenigen Zellen, was mit etablierten Druckmethoden schwierig zu erreichen ist. „Die Schwierigkeit besteht im Feintuning aller Komponenten – sowohl der technischen Einstellungen des Druckers als auch der Zusammensetzung der Tinte“, sagt Nouran Adly, Erstautorin der Studie. „Im Fall von PDMS mussten wir beispielsweise auf einer von uns entwickelte Vorbehandlung zurückgreifen, damit die Tinte überhaupt auf der Oberfläche hält.“ Vielfältige Einsatzmöglichkeiten Gedruckte weiche Mikroelektroden-Arrays könnten in verschiedenen Bereichen zum Einsatz kommen. Sie eignen sich nicht nur für einen Rapid-Prototyping-Ansatz in der Forschung, sondern könnten auch die Behandlung von Patientinnen und Patienten verändern. „In Zukunft könnten ähnliche weiche Strukturen beispielsweise Nerven- oder Herzfunktion im Körper überwachen oder sogar als Schrittmacher dienen“, sagt Prof. Wolfrum. Derzeit arbeitet er mit seinem Team zum einen daran, auch komplexere, dreidimensionale Mikroelektroden-Arrays zu drucken. Zum anderen erforschen sie druckbare Sensoren, die nicht auf Spannungsschwankungen, sondern selektiv auf chemische Substanzen reagieren. Referenz N. Adly, S. Weidlich, S. Seyock, F. Brings, A.Yakushenko, A. Offenhäusser, B. Wolfrum. “Printed Microelectrode Arrays on Soft Materials: From PDMS to Hydrogels.” Npj Flexible Electronics 2:1 (2018). DOI:10.1038/s41528-018-0027-z. Volltext (Open Access) herunterladen.

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  • Tauchen ohne Motor - mit Muskeln aus Kunststoff

    Visualisierung eines einfachen Mini-U-Boots mit zwei Paddeln. Abb. ETH Zürich / Tim Chen Wissenschaftler entwickelten ein komplett im 3D-Druck hergestelltes Mini-U-Boot mit Paddeln. Es kommt ohne Motor, Treibstoff und Strom aus. Forschende der ETH Zürich unter der Leitung von ETH-Professorin Kristina Shea haben mit Kollegen am Caltech in Pasadena, Kalifornien, ein neues Antriebskonzept für Tauchroboter entwickelt. Der Antrieb nutzt Temperaturschwankungen im Wasser und kommt ohne Motor und ohne Treibstoff- und Stromversorgung aus. Im Rahmen einer Machbarkeitsstudie entwickelten die Wissenschaftler ein mit Paddeln ausgestattetes, 7,5 Zentimeter langes Mini-U-Boot, das sie vollständig auf einem 3D-Drucker herstellten. Die Forschenden berichten darüber in der Fachzeitschrift PNAS [http://dx.doi.org/10.1073/pnas.1800386115]. Bewegt werden die Paddel durch ein Antriebselement, dessen Kernstück zwei Streifen aus einem Kunststoff mit Formgedächtnis sind und das von ETH-Professorin Shea und ihrem Doktoranden Tim Chen entwickelt worden ist. Die Kunststoffstreifen dienen dem Boot als «Muskeln». Sie sind so beschaffen, dass sie sich in warmem Wasser ausdehnen. Wird das Wasser, in dem das Mini-U-Boot schwimmt, erwärmt, führt das Ausdehnen der "Muskeln" dazu, dass ein Hubelement rasch umklappt und so einen Paddelschlag auslöst. Die Bewegung, Stärke und das Timing des Paddelschlags sind durch die U-Boot-Konstruktion genau definiert. Vehikel mit mehreren Antriebselementen Derzeit sind die Minivehikel so beschaffen, dass jedes Hubelement einen Paddelschlag ausführen kann und danach wieder von Hand zurückgesetzt werden muss. Wie die Wissenschaftler betonen, ist es jedoch möglich, komplexe Unterwasserroboter mit vielen Antriebselementen zu bauen. So haben die Wissenschaftler bereits ein Mini-U-Boot konstruiert, das mit einem Schlag vorwärtspaddelt, eine Münze absetzt und sich schliesslich mit einem zweiten Paddelschlag in Gegenrichtung an den Ausgangspunkt zurückzieht. Über die Dimensionen der Kunststoffmuskeln definierten die Wissenschaftler, in welcher Reihenfolge die Paddelschläge ausgelöst werden: Dünne Kunststoffstreifen erwärmen sich in warmem Wasser schneller und reagieren daher auch schneller als dickere. Zu denkbaren Weiterentwicklungen gehört der Einsatz von Kunststoffen, die nicht auf die Wassertemperatur, sondern auf andere Umwelteinflüsse wie zum Beispiel den Säuregrad oder den Salzgehalt des Wassers reagieren. "Das Zentrale unserer Arbeit ist, dass wir eine neue und vielversprechende Antriebsart entwickelt haben, die vollständig 3D-gedruckt ist und ohne externe Stromquelle auskommt", sagt ETH-Professorin Shea. Eine mögliche spätere Anwendung wäre ein stromsparendes Vehikel zur Meereserkundung. Muskel aus Kunststoff im Video U-Boot ohne Motor Referenzen Chen T, Bilal OR, Shea K, Daraio C: Harnessing bistability for directional propulsion of soft, untethered robots, PNAS, 15. Mai 2018, doi: 10.1073/pnas.1800386115 [http://dx.doi.org/10.1073/pnas.1800386115] Chen T, Shea K: An Autonomous Programmable Actuator and Shape Reconfigurable Structures Using Bistability and Shape Memory Polymers, 3D Printing and Additive Manufacturing, 24. Mai 2018, doi: 10.1089/3dp.2017.0118 [http://dx.doi.org/10.1089/3dp.2017.0118]

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  • Die zwei Leben des Hermann Mark (Teil 1)

    Thema des Monats Von Hiltlers Wien ins amerikanische Exil Von Guido Deußing Vor 80 Jahren, in der Nacht vom 11. auf den 12. März 1938, ließ Hitler die deutsche Wehrmacht in Österreich einmarschieren. Den sogenannten Anschluss an das Deutsche Reich bestätigten vier Wochen später im Rahmen einer Volksabstimmung 99,73 Prozent der Österreicher. „Rassisch“ verfolgte Staatsbürger mussten sich beeilen, dem Zugriff der Nazis zu entgehen. Einer von ihnen war der an der Universität Wien lehrende Chemieprofessor Hermann Franz Mark (1895-1992), dessen 1927 verstorbener Vater, der Arzt Hermann Carl Mark, der jüdischen Glaubensgemeinschaft angehört hatte, bevor er zum Christentum konvertiert war. Der hoch angesehene Physikochemiker, Begründer der Wiener Schule der Hochpolymerforschung, wurde als sogenannter Halbjude zur Unperson erklärt und aus dem Staatsdienst entfernt. Nach kurzer Gestapohaft entkam er mit seiner Familie im April 1938 außer Landes. Der Bruch in Marks Biografie bedeutete keinen Karriereknick: Im US-amerikanischen Exil institutionalisierte, modernisierte und internationalisierte er die Polymerwissenschaft, sodass sein Stern dort heller leuchten sollte als zuvor in Europa. Weil er sich in den Vereinigten Staaten nicht mehr Hermann Franz, sondern Herman Francis Mark nannte, halten Unkundige ihn heute für einen gebürtigen Amerikaner. Wohl ein weiterer Grund dafür, dass der Exilant bei uns zunehmend in Vergessenheit geriet, überstrahlt von Nobelpreisträger Hermann Staudinger (1881-1965), der die Polymerchemie mit seinem Makromolekülkonzept theoretisch fundiert hatte (siehe „ Thema des Monats“ März 2018 ) – und der in Mark zu Unrecht einen Widersacher erblickte, den es zu bekämpfen galt. Gründe genug, auf k-online.de an Hermann Mark zu erinnern, zumal sich in diesem Monat sein Geburtstag zum 123. Mal jährt. Im Morgengrauen des 12. März 1938 überschritten 65.000 Soldaten der deutschen Wehrmacht, unterstützt von Polizei und SS, die Staatsgrenze zu Österreich – kampflos, ohne dass ein Schuss gefallen wäre. „Die Österreicher haben die deutschen Soldaten begrüßt, mit Freude, mit Flaggen, mit Hurrageschrei“, berichteten Zeitgenossen übereinstimmend. Doch nicht alle stimmten in den Jubel ein: Zwischen dem 12. und dem 22. März 1938 gab es in der Ostmark, wie Österreich fortan genannt wurde, offiziell 1.742 Festnahmen, 96 Menschen machten ihrem Leben ein Ende. Ins Visier nahmen die Nazis neben politischen Gegnern vorrangig die jüdische Bevölkerung. „Ich habe gesehen, wie man johlend den Juden die Bärte anzündete“, erinnerte sich der aus Wien geflüchtete Germanist Egon Schwarz (1922-2017) in seiner Autobiografie „Unfreiwillige Wanderjahre“. Betroffen waren Personen aus allen Gesellschaftsschichten; verschont wurden auch jene nicht, die bis dahin öffentliches Ansehen genossen, sich zum Beispiel als Akademiker einen Namen gemacht hatten. So erklärte ein Erlass des Unterrichtsministeriums am 22. April 1938 die Tätigkeit von 65 Mitgliedern der Philosophischen Fakultät der Universität Wien, an der auch die Institute für Chemie angesiedelt waren, mit sofortiger Wirkung für beendet. Unter den zehn entlassenen Chemiedozenten befand sich der 42-jährige Professor Hermann Franz Mark, geboren am 5. Mai 1895 in Wien. Die Nazigesetze stempelten Mark zum „Halbjuden“, weil seine Eltern eine sogenannte Mischehe eingegangen waren: Anders als die Mutter Lili Mark, geborene Müller, hatte der Vater, der Wiener praktische Arzt Hermann Carl Mark (1861-1927), dem Judentum angehört, bevor er zum Christentum konvertiert war. „Halbjuden“ aber wurden an der Alma Mater von den Nazis ebenso wenig geduldet wie „Volljuden“. Die Grundlage für Marks Entlassung bildete das im Altreich am 7. April 1933 erlassene „Gesetz zur Wiederherstellung des Berufsbeamtentums“, das die „Verordnung zur Neuordnung des österreichischen Berufsbeamtentums“ vom 31. Mai 1938 nach sich zog und die Entfernung von „Juden, jüdischen Mischlingen und jüdisch versippten Beamten“ aus dem öffentlichen Dienst anordnete. Noch eiliger hatten es die Nazis gehabt, die Nürnberger Rassegesetze im Lande Österreich einzuführen (Verordnung vom 20. Mai 1938), insbesondere das „Gesetz zum Schutze des deutschen Blutes und der deutschen Ehre“ vom 16. September 1935, das Eheschließungen, ja sogar sexuelle Kontakte zwischen Juden und Nichtjuden als „Rassenschande“ unter Strafe stellte. Zwei Beispiele für viele, wie die NS-Legislative Deutsche und Österreicher jüdischen Glaubens systematisch entrechtete, sie, wie es im Nazijargon hieß, „aus dem Volkskörper ausschied“. Totenwache für Dollfuß Mark war den neuen Machthabern auch deshalb ein Dorn im Auge, weil er mit Engelbert Dollfuß, Österreichs Bundeskanzler in den Jahren 1930 bis 1934, befreundet gewesen war. Beide hatten sich im Ersten Weltkrieg kennengelernt und im selben Bataillon gekämpft (Mark 1993, 65). Am Politiker Dollfuß scheiden sich bis heute die Geister: Der glühende Katholik und Nationalist höhlte die Demokratie aus, schwächte Parlament und Verfassungsgerichtshof, verbot erst die Kommunistische, später auch die Sozialdemokratische Partei, regierte per Notverordnung und machte aus Österreich einen autoritär geführten Staat auf ständischer Grundlage (sog. Austrofaschismus) – all dies allerdings, wie zu seiner Entlastung angeführt wird, in Opposition zum deutschen Nationalsozialismus: „He tried heroically to keep his country independent of the Nazis and the Socialists“ (Mark 1993, 65). Außenpolitisch paktierte Dollfuß mit Mussolini, um ein Bollwerk gegen Hitlers Expansionsgelüste zu bilden und den „Anschluss“ zu verhindern. Bei einem Putschversuch der österreichischen Nationalsozialisten am 25. Juli 1934 wurde Dollfuß im Kanzleramt angeschossen und verblutete. Die Totenwache an seinem Sarg hielt Hermann Mark, was die Nazis ihm übel nahmen. Der Putsch scheiterte zwar, doch der Naziterror hielt an: „The ‚Austro-Nazis‘ became increasingly aggressive, blowing up public telephone booths, burning cars that were owned by Jews, and preventing Jewish professors from giving their courses at the university.“ (Mark 1993, 83) Hinzu kam, dass Mussolini sich durch seinen Abessinienfeldzug 1935/1936 außenpolitisch isoliert und diplomatisch geschwächt hatte, woraufhin er sich enger an Deutschland band. Von nun an stand er dem Reich nicht länger im Wege, Österreich zu annektieren. Am 12. März 1938 war es schließlich so weit und Hitler begab sich sogleich nach Linz, wo er öffentlich verkündete: „Wenn die Vorsehung mich einst aus dieser Stadt heraus zur Führung des Reiches berief, dann muß sie mir damit einen Auftrag erteilt haben, und es kann nur ein Auftrag gewesen sein, meine teure Heimat dem deutschen Reich wiederzugeben. [...] Sehen Sie in den deutschen Soldaten, die aus allen Gauen des Reiches in diesen Stunden einmarschieren, opferbereite und opferwillige Kämpfer für des ganzen großen deutschen Volkes Einheit, für des Reiches Macht, für seine Größe und für seine Herrlichkeit jetzt und immerdar.“ Noch am selben Tag wurde Hermann Mark in Wien von der Gestapo verhaftet und verhört, insbesondere über seine Beziehungen zu Dollfuß und zu seinem früheren Arbeitgeber, dem bei der BASF in Ludwigshafen angesiedelten Hauptlaboratorium der I. G. Farben, für das er von 1927 bis 1932 tätig gewesen war. Nach einigen Tagen kam Mark wieder frei, sein Pass wurde allerdings einbehalten. Außerdem untersagte ihm die Gestapo nachdrücklich den Kontakt zu anderen Juden. Höchste Zeit, das Land zu verlassen – die Flucht hatte Mark mit Ehefrau Maria („Mimi“), geborene Schramek (1900-1970), bereits monatelang im Geheimen akribisch vorbereitet. Beiden war frühzeitig klar geworden, dass Hitler nicht ruhen würde, bis er Österreich einverleibt, ein „Großdeutsches Reich“ erzwungen hätte. Da keine Chance bestand, mit Geld oder sonstigen Wertsachen über die Grenze gelassen zu werden, hatte das seit 1922 verheiratete Paar seine Ersparnisse aufgelöst und in Platindraht umgesetzt. Diesen bog Mimi Mark, die als Gestalterin arbeitete, zu Kleiderbügeln und ummantelte sie zur Tarnung mit Stoffbezügen (Mark 1993, 85). Im Exil würde man das Platin dann einschmelzen lassen und wieder zu Geld machen. Kontakt nach Kanada Wohin die Flucht gehen sollte, stand ebenfalls fest: Das Ziel war Kanada, genauer gesagt das 6.000-Seelen-Städtchen Hawkesbury in der Provinz Ontario, auf halbem Wege zwischen Ottawa und Montreal. Mark hatte nämlich einen Job in der dortigen Papierfabrik, der Canadian International Pulp and Paper Mill (CIP), sicher, und zwar als Leiter des firmeneigenen Forschungslabors. Der technische Direktor der CIP, Carl Busch Thorne (1876-1945), hatte Mark schon im Sommer 1937 brieflich kontaktiert und dann im September in Dresden getroffen, um ihn für Hawkesbury zu gewinnen. Die CIP produzierte dort täglich um die 1.500 Tonnen Zellstoff („wood pulp“), das zu Fasern und Folien aus Viskose (Rayon, Zellophan) und Celluloseacetat weiterverarbeitet wurde. Gleichwohl ließ laut Thorne das Basis-Know-how der Firma zu wünschen übrig, der gesamte Herstellungsprozess fußte schlicht auf „trial and error“ (Mark 1993, 84). In Mark erblickte Thorne den idealen Kandidaten, das völlig veraltete Forschungslabor zu modernisieren, also hinsichtlich Methoden, Ausstattung und Personal rundzuerneuern. Schließlich hatte Mark in den Jahren 1922 bis 1927 am Kaiser-Wilhelm-Institut (KWI) für Faserstoffchemie in Berlin-Dahlem eingehend die molekulare Struktur der Cellulose und anderer natürlicher Hochpolymerer erforscht, indem er sich der damals neuen Methoden Röntgendiffraktometrie und Ultramikroskopie bediente. Er hatte dabei am KWI dem Team des Physikochemikers Michael Polanyi (1891-1976) angehört, der Pionier auf diesem Gebiet war. Die in Deutschland auch an einigen anderen Universitäts- und Industrielaboratorien betriebene Röntgenstrukturanalyse konzentrierte sich auf technisch verwertbare organische Hochpolymere. Aus Erkenntnissen über deren molekulare Architektur gewann man wichtige Anhaltspunkte, sie „auf synthetischem Weg billiger und unter Umständen auch besser zu erzeugen“ (Mark 1934, 65). Mark reizte Thornes verlockendes Angebot, doch gab er 1937 seinen Lehr- und Forschungsverpflichtungen an der Universität Wien den Vorrang. Er bot Thorne jedoch an, sich im Jahr darauf für ein paar Monate nach Hawkesbury zu begeben, um einen Plan für die Neuorganisation des CIP-Forschungslabors auszuarbeiten – für Mark ein Sprungbrett, falls die Nazis nach Österreich greifen sollten: „The word ‚Hawkesbury‘ never left my mind and, in fact, it provided an escape route for me.“ (Mark 1993, 85) Anfang 1938 begann er seine administrativen Aufgaben am Chemischen Institut an Kollegen zu delegieren, deren Zukunft an der Wiener Universität nicht gefährdet war und die sich nicht mit Abwanderungsgedanken trugen. Mark saß also auf gepackten Koffern, als es im März 1938 für ihn hart auf hart kam. Seinen Pass erhielt er durch Bestechung eines Nazianwalts zurück; das Schmiergeld, das er hinzublättern hatte, entsprach Marks damaligem Jahresgehalt (Mark 1993, 85 und Jaenicke 2006, 180). Schnurstracks begab er sich zur kanadischen Botschaft, die ihm das benötigte Visum ausstellte. Transitvisa durch die Schweiz, Frankreich und Großbritannien waren daraufhin ohne Probleme erhältlich. Flucht mit Hakenkreuz Ende April 1938 war es schließlich so weit: Mark schnallte Skiausrüstung aufs Dach seines Autos, so, als ginge es in den Urlaub, befestigte ein Hakenkreuzfähnchen am Kühler, ließ Ehefrau Mimi, die beiden Söhne Hans (geb. 1929) und Peter (1931-1979) sowie seine jüdische Nichte, die Pianistin und Cembalistin Greta Kraus (1907-1998), einsteigen – und verließ Wien Richtung Zürich, wo die Familie am nächsten Tag eintraf, ohne unterwegs behelligt worden zu sein. Von der Schweiz aus ging es zielstrebig weiter über Frankreich nach England, wo das Quintett schließlich in Manchester einen mehrmonatigen Zwischenstopp einlegte. Zeit, die sinnvoll genutzt wurde, um sich auf Kanada vorzubereiten, insbesondere die Englischkenntnisse zu verbessern. Hermann Mark hielt sich außerdem zeitweilig am Shirley Institute in Didsbury bei Manchester auf, das die britische Baumwollindustrie 1920 zu Forschungszwecken eingerichtet hatte, und beschäftigte sich dort mit Kunstfasern. Nach Kanada begab er sich zunächst alleine, schiffte sich Mitte September in Liverpool an Bord der „Duchess of Richmond“ ein, die am 26. des Monats im Hafen von Montreal anlegte. Während der Atlantikpassage fand er die nötige Muße, an einer Vorlesung über Cellulose zu feilen, die er in Montreal an der McGill University halten sollte. Professor Harold Hibbert (1877-1945) hatte Mark dazu eingeladen – und dieser liebäugelte bereits mit einem Neuanfang als Universitätsprofessor, sobald sein Job in Hawkesbury erfolgreich hinter ihm lag (Mark 1993, 86). Ob in Deutschland, Österreich oder jetzt in Amerika, charakteristisch für Mark war und blieb zeitlebens das Bestreben, Brücken zwischen universitärer und industrieller Forschung zu schlagen, um zu technisch verwertbaren Produkten zu gelangen. In seinem ins Deutsche übersetzten Spätwerk „Riesenmoleküle“ erinnert er sich an seine Zeit in Ludwigshafen: „Im Jahre 1927 warb der riesige I. G. Farbenkonzern einen Stab von mehr als 20 Wissenschaftlern (unter ihnen Herman F. Mark, der Autor dieses Buches) für ein Laboratorium an, in dem die Hochpolymere erforscht werden sollten. Die Erfolge dieser Gruppe waren beinahe sensationell; sie entwickelten eine solide theoretische Grundlage für den Aufbau von Makromolekülen und eine praktische Anleitung für ihre Synthese. Die Chemiker des I. G. Farbenkonzerns verfeinerten die ursprünglichen qualitativen Vorstellungen vom Aufbau der Polymere, so daß sie mit Bleistift und Papier die einzelnen Schritte planen konnten, die zur Entwicklung neuer Makromoleküle aus einer großen Menge von Ausgangsstoffen führten. Dies hatte zur Folge, daß das Team eine Fülle neuer Polymere im Laboratorium herzustellen begann, von denen viele sich in der Folgezeit als äußerst wertvoll erwiesen haben. Das erste der neuen Polymere, das ein wirtschaftlicher Erfolg zu werden versprach, war Polystyrol, das die I. G. Farbenindustrie 1929 fabrikmäßig herzustellen begann. [...] In der Zeit zwischen 1929 [...] und 1932 entwickelte die Gruppe synthetische Polymere mit einer Geschwindigkeit von etwa einem neuen Produkt pro Tag. Natürlich waren nicht alle brauchbar, einige aber waren von großer wirtschaftlicher Bedeutung. Zu dieser gehörten die ersten Polyacryl-Verbindungen, von denen einige später zur Herstellung vorzüglicher Stoffe – wie Orlon und Acrilan – [...] verwendet wurden.“ (Mark 1970, 103-104) Dabei betonte Mark stets, unabdingbare Voraussetzung einer, wie es oben hieß, planvollen Entwicklung neuer Hochpolymerer sei der Erkenntnisfortschritt in der wissenschaftlichen Grundlagenforschung. Erst gesichertes Wissen über jene „Gesetzmäßigkeiten [...], die den Zusammenhang zwischen (molekularem, Red.) Aufbau und (physikalischen, Red.) Eigenschaften beherrschen“, ermögliche es, „Werkstoffe von ganz bestimmten Qualitäten zielbewußt zu erzeugen“ (Mark 1938, 363), wofür sich der Begriff „molecular engineering“ einbürgerte (Anonymous 1980, 277): „Man weiß heute z. B., daß die Elastizität einer hochpolymeren Substanz damit zusammenhängt, daß sie aus biegsamen, kettenförmigen Molekülen besteht und mit steigender Länge der Ketten zunimmt; man hat erkannt, daß die Zerreißfestigkeit und die Widerstandsfähigkeit gegen Abreibung ebenfalls durch die Länge der Kettenmoleküle bedingt ist, sowie dadurch, daß sich zwischen den einzelnen Ketten Querverbindungen herstellen lassen, welche das ganze Molekulargefüge verfestigen und versteifen. Die Quellbarkeit einer hochpolymeren Substanz in Wasser oder Öl wird durch die Anwesenheit bestimmter Atomgruppen (OH, CH 3 usw.) begünstigt, durch ihre Abwesenheit sowie durch eine enge Vernetzung der Ketten untereinander hintangehalten. Das elektrische Isoliervermögen erreicht besonders hohe Werte, wenn der Kunststoff nur aus C- und H-Atomen besteht, die Wärmebeständigkeit wiederum ist durch starke gegenseitige Quer- und Ringbindungen zu erreichen. [...] Wenn man also etwa vor der Aufgabe steht, eine für die Konstruktion [...] von Autoreifen möglichst geeignete Substanz herzustellen, dann wird man nicht mehr ängstlich den natürlichen Kautschuk in all seinen Eigenschaften nachzuahmen versuchen, sondern man wird zunächst jene Eigenschaften (Abreibefestigkeit, Alterungsbeständigkeit etc., Red.) herstellen, die der neue Werkstoff auf Grund seiner ins Auge gefaßten Verwendung in besonderem Maße haben soll [...], wobei es gleichgültig sein kann, wenn ihm andere Qualitäten des Naturkautschuks in geringerem Grade zukommen als diesem selbst.“ (Mark 1938, 362-364) Universitäre und industrielle Forschung konnten voneinander profitieren, wenn sie unter das Primat wissenschaftlicher Erkenntnis gestellt waren. Und so brachte Mark nicht nur firmeneigene Forschungsabteilungen in Ludwigshafen (BASF), Hawkesbury (CIP) und anderswo auf Kurs, er etablierte die physikochemische Hochpolymerforschung auch an Universitäten und krönte damit seine akademische Laufbahn. Diese hatte während des Ersten Weltkrieges begonnen, als der Soldat Mark während eines Genesungsurlaubes infolge einer Kriegsverletzung sich an der Universität Wien für Chemie und Physik einschrieb: „Das war in einem zu studieren.“ (Kreuzer 1982, 43) Im Juli 1921 promovierte er bei Wilhelm Schlenk (1879-1943) „summa cum laude“ zum Dr. phil. – das Fach Chemie war damals an der Philosophischen Fakultät angesiedelt. Der Titel der Doktorarbeit lautete: „Das Pentaphenylethyl und über eine neue Darstellungsmethode von katalytisch wirksamem Nickel“. Im Zentrum stand das freie Pentaphenylmethylradikal mit dreiwertigem Kohlenstoff (Mark und Schlenk 1921). Mark 1993, 15 erinnerte sich augenzwinkernd: „The concept of ‚free radicals‘ was not known in 1920 – well, perhaps in politics, but not in chemistry.“ Als Schlenk im Jahr 1921 als Nachfolger von Chemienobelpreisträger Emil Fischer (1852-1919) an die Friedrich-Wilhelms-Universität Berlin berufen wurde, folgte Mark seinem Lehrer und wurde Assistent am Chemischen Institut. Forscher für die I. G. Farben Bereits 1922 wechselte Mark als wissenschaftlicher Mitarbeiter an das Kaiser-Wilhelm-Institut (KWI) für Faserstoffchemie in Berlin-Dahlem, wo er 1925 zum Abteilungsleiter aufstieg. Im selben Jahr habilitierte er an der Universität Berlin. Auf Empfehlung von Chemienobelpreisträger Fritz Haber (1868-1934), der ihn schon ans KWI vermittelt hatte, stieß Mark dann 1927 zum I.-G.-Farben-Forschungslabor in Ludwigshafen und wurde zum wichtigsten Mitarbeiter des Laborleiters Kurt Heinrich Meyer (1883-1952). Im Mittelpunkt stand hier die Erforschung des chemisch- physikalischen Aufbaus der natürlichen Hochpolymere Baumwolle, Wolle und Seide. Neuartige Aufschlüsse über die Struktur der natürlichen Fasern gab die von Hermann Mark und Mitarbeitern eingeführte Röntgenometrie, die 1928 auch auf Naturkautschuk und seine Umwandlungsprodukte, 1929 auf Viskosefäden und ihre Vorprodukte angewendet wurde (Hölscher 1972, 94) – und von der hier noch ausführlich die Rede sein wird. Ab 1927 wirkte Mark überdies als Privatdozent für physikalische Chemie an der Technischen Hochschule Karlsruhe, die ihn schon bald zum außerordentlichen Professor ernannte. Unter seinen Studenten befand sich Edward Teller (1908-2003), der „Vater der Wasserstoffbombe“. Einen Ruf als Nachfolger von Arnold Eucken (1884-1950) in Breslau lehnte Mark ab. Stattdessen nahm er im Herbst 1932 den Ruf auf das Ordinariat für physikalische Chemie der Universität Wien als Nachfolger von Rudolf Wegscheider (1859-1935) an. Mark wurde damit ordentlicher Professor und Institutsvorstand. Allerdings kehrte er Deutschland nicht ganz freiwillig den Rücken: Die Beweggründe waren in erster Linie politischer, nicht beruflicher Natur. Mark ahnte, dass es nicht mehr lange dauern würde, bis die Nationalsozialisten regierten, und brachte sich ein Vierteljahr vor Hitlers Wahl zum Reichskanzler vorerst in Sicherheit, indem er nach Österreich zurückkehrte. Pflichtlektüre „Völkischer Beobachter“ Marks Ahnungen waren wohlbegründet: Als Leser von „Mein Kampf“ hatte er erkannt, wie die zunehmende Brutalisierung sämtlicher Lebensbereiche in Deutschland genau das einlöste, was Hitlers Buch zum Programm erhoben hatte (Mark 1993, 83). Außerdem studierte Mark regelmäßig den „Völkischen Beobachter“. Kollegen, die ihn missbilligend fragten, warum er sich für das Naziblatt interessiere, klärte er auf: „If I want to know what is happening in Germany today, I shall read your newspapers, but I want to learn what will happen in Germany 4 or 5 years from now. Therefore, I read and believe the Voelkischer Beoachter.“ (Mark 1993, 49) Die Zeichen der Zeit erkannte auch BASF-Betriebsleiter Wilhelm Karl Friedrich Gaus (1876-1953), Marks Arbeitgeber. Er wandte sich schon im Sommer 1932 an Mark und gab ihm den Rat, sich nach einer Stelle außerhalb Deutschlands umzusehen. Wenn Hitler an die Macht käme, so Gaus, würde Mark nicht befördert werden, da er kein Deutscher und Sohn eines jüdischen Vaters sei (Mark 1993, 62; siehe auch Deichmann 2001, 183). Gaus bedauerte, diese Empfehlung geben zu müssen, unterstrich Marks hohe nationale wie internationale Reputation als Wissenschaftler und sicherte ihm die Fortsetzung der Gehaltszahlung bis zum Ablauf des bestehenden – ungekündigten – Arbeitsvertrages zu. Nicht zuletzt dank dieser Zuwendung konnte Mark in Wien ein großes Institut für interdisziplinäre Forschung und Lehre der Hochpolymerchemie einrichten, „das erste Institut dieser Art an einer Universität in Deutschland und Österreich“ (Deichmann 2001, 183) mit einem entsprechenden Curriculum. Der Studiengang genoss regen Zulauf, nicht zuletzt durch von der Industrie rekrutierte Studenten. 1934 wurde Mark mit der Wilhelm-Exner-Medaille ausgezeichnet. Diese ist benannt nach dem Ehrenpräsidenten des Österreichischen Gewerbevereins und wird Jahr für Jahr herausragenden Wissenschaftlern und Forschern verliehen, die durch ihre Leistungen die Wirtschaft gefördert haben. Vier Jahre später dann, 1938, der Schritt ins Exil. Für Mark eine Art Déjà-vu, begab er sich nun schon zum zweiten Mal in seinem Leben auf die Flucht vor den Nazis: „Ich hatte das Ganze schon in Deutschland mitgemacht und wußte: je schneller, desto besser. Andere Leute haben immer wieder gezögert, weil die sich sagten: Erstens wird es hier nicht gar so arg werden, zweitens habe ich hier diese oder jene Position, diesen und jenen Besitz. Solche Illusionen habe ich nicht gehabt.“ (Kreuzer 1982, 47-48) Ein Verlust in doppelter Hinsicht – Verlust der Heimat für Mark, Verlust einer Persönlichkeit mit großer Gestaltungskraft für die Wissenschaft: „Die Emigration Marks und vieler seiner Mitarbeiter [...] hatten Stagnation und Rückschritt in der akademischen Polymerchemie in Deutschland und Österreich zur Folge.“ (Deichmann 2001, 150) Für Mark hingegen sollte das Zwangsexil zur Erfolgsgeschichte, zu einer Art zweitem Leben werden, in dem er als Wissenschaftler reüssieren und von niemandem mehr als „jüdisch“ gebrandmarkt, scheel angesehen oder drangsaliert werden sollte. Zunächst holte ihn allerdings Hitlers Angriff auf Polen ein, der Kanada – als Mitglied des britischen Commonwealth – ab dem 10. September 1939 mit Deutschland in Kriegszustand brachte. Mark wurde gleichsam über Nacht zum feindlichen Ausländer (Mark 1993, 91). So zerschlugen sich seine Pläne, nach erfüllter Hawkesbury-Mission an einer kanadischen Universität anzuheuern. Anders als Kanada hatten die USA Deutschland noch nicht den Krieg erklärt, sodass Mark sich nach einer Perspektive in den Staaten umsah. Dazu nutzen ließen sich die in Hawkesbury bestehenden Kontakte zum Chemiekonzern Du Pont in Wilmington/Delaware, Abnehmer von Celluloseacetat und Rayon (Mark 1993, 88). Du-Pont-Chemiker William Frederick Zimmerli (1888-1972), der 1912 in Heidelberg promoviert hatte, machte Mark zum technischen Berater: „When I told Dr. Thorne of my intention to leave, he was not very happy. However, as soon as he understood that I would become a technical consultant of Du Pont, he realized that now, after the modernization of the Hawkesbury Laboratory, I could be more valuable to his company’s chemical pulp business in the United States than in Canada.“ (Mark 1993, 91) Da Zimmerli obendrein dem Vorstand des Polytechnic Institute of Brooklyn in New York City angehörte, setzte er sich auch dort für Mark ein – mit dem Erfolg, dass dieser an dem Institut als außerordentlicher Professor für organische Chemie anfangen konnte. Die Karawane zog weiter; Marks Familie musste in den sauren Apfel beißen, sich wieder auf ein neues Land mit anderen Lebensumständen einzulassen: „In the summer of 1940 (at the height of the war in France) we drove from Hawkesbury to New York City. This was a difficult transition for our two sons, who loved life in the Canadian countryside and were particularly excited about going to school on skis in the winter.“ (Mark 1993, 91) (Wird fortgesetzt!) Veröffentlichungen in Auswahl Hermann Mark und Wilhelm Schlenk. Über das freie Pentaphenyl-äthyl. (Ein Beitrag zur Kenntnis der Natur der Kohlenstoffbindung.) In: Chemische Berichte 55 (1922), S. 2285-2299 Hermann Mark: Die Verwendung der Röntgenstrahlen in Chemie und Technik. Ein Hilfsbuch für Chemiker und Ingenieure. Leipzig: Johann Ambrosius Barth 1926 (= Handbuch der angewandten physikalischen Chemie in Einzeldarstellungen, XIV), 528 S. Hermann Mark: Über die röntgenographische Ermittlung der Struktur organischer, besonders hochmolekularer Substanzen. Zusammenfassender Vortrag, gehalten auf Veranlassung der Deutschen Chemischen Gesellschaft auf der 89. Versammlung der Gesellschaft Deutscher Naturforscher und Ärzte in Düsseldorf am 23. September 1926. In: Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft 59 (1926), S. 2982-3000 Hermann Mark und Kurt Heinrich Meyer: Über den Bau des kristallisierten Anteils der Zellulose. In: Chemische Berichte 61 (1928), S. 593-613 Hermann Mark und Kurt Heinrich Meyer: Über den Aufbau des Seidenfibroins. In: Chemische Berichte 61 (1928), S. 1932-1936 Hermann Mark und Kurt Heinrich Meyer: Über den Kautschuk. In: Chemische Berichte 61 (1928), S. 1939-1948 Hermann Mark und Georg von Susich: Über geregelte Mizellstrukturen von Kautschuk. In: Kolloid-Zeitschrift 46 (1928), S. 11-21 Kurt H. Meyer und Hermann Mark: Der Aufbau der hochpolymeren organischen Naturstoffe auf Grund molekular-morphologischer Betrachtungen. Leipzig: Akademische Verlagsgesellschaft 1930, VII u. 264 S. Hermann Mark: Physik und Chemie der Cellulose. Berlin: Julius Springer 1932 (= Technologie der Textilfasern, I-1), XV u. 330 S. Hermann Mark: Über den Aufbau der hochpolymeren Substanzen. In: Scientia 51 (1932), S. 405-421 Hermann Mark: Kann man Elemente verwandeln und komplizierte Naturstoffe herstellen? In: Karl Menger et alii: Alte Probleme – neue Lösungen in den exakten Wissenschaften. Fünf Wiener Vorträge. Zweiter Zyklus. Leipzig und Wien: Franz Deuticke 1934, S. 56-68 Hermann Mark: Die Chemie als Wegbereiterin des Fortschrittes. Vortrag gehalten in der satzungsmäßigen Jahressitzung der Akademie am 2. Juni 1937. In Almanach für das Jahr 1937 der Akademie der Wissenschaften in Wien, 87. Jg. Wien und Leipzig: Hölder-Pichler-Tempsky 1938, S. 353-371 Hermann Mark: Kleine Ursachen – große Wirkungen im Fortschritt der Naturwissenschaften. In: Fritz A. Paneth et alii: Neue Wege exakter Naturerkenntnis. Fünf Wiener Vorträge. Vierter Zyklus. Wien: Franz Deuticke 1939, S. 63-74 Hermann Mark: Allgemeine Grundlagen der hochpolymeren Chemie. Leipzig: Akademische Verlagsgesellschaft 1940 (= Hochpolymere Chemie. Ein Lehr- und Übungsbuch für Chemiker und Biologen, 1), X u. 345 S. Kurt H. Meyer, Hermann Mark und A. J. A. van der Wyk: Makromolekulare Chemie. Ein Lehr- und Handbuch für Chemiker und Biologen. Leipzig: Akademische Verlagsgesellschaft 1950, 2., völlig neu bearb. Aufl. (v. Hochpolymere Chemie. 2 Bde. Leipzig 1930), 1023 S. Herman F. Mark: Riesenmoleküle. Weert: Time Life 1970 (= Life – Wunder der Wissenschaft), 200 S. Herman Mark: H. F. Mark. In: R. D. Ulrich (Ed.): Contemporary Topics in Polymer Science. Vol. 1: Macromolecular Science. Retrospect and Prospect. New York and London: Plenum Press 1978, pp. 123-131 Herman F. Mark: From Small Organic Molecules to Large. A Century of Progress. Washington, DC: American Chemical Society 1993 (= Profiles, Pathways, and Dreams. Autobiographies of Eminent Chemists), 148 pp. Sekundärliteratur Hellmut Andics: Alles Leben ist Chemie. [Dialoge aus der gleichnamigen ORF-Fernsehspielreihe.] In: Franz Kreuzer: Die ganz besonderen Säfte. Die Chemie und das Leben. Wien: Franz Deuticke 1982, S. 82-85 Anonymous: Mark, Herman Francis. In: Jay E. Greene (Ed.): McGraw-Hill Modern Scientists and Engineers. Vol. 2: H-Q. New York: McGraw-Hill 1980, p. 277 Klaus Beneke: Hermann Franz Mark (03. 05. 1895 Wien – 06. 04. 1992 Austin (USA)). Mitbegründer der Polymerwissenschaften. Kiel: Institut für Anorganische Chemie der Christian-Albrechts-Universität 2005, 21 S.; http://www.uni-kiel.de/anorg/lagaly/group/klausSchiver/mark.pdf (zuletzt abgerufen am 15. 5. 2018) Ute Deichmann: Flüchten, Mitmachen, Vergessen. Chemiker und Biochemiker in der NS-Zeit. Weinheim: Wiley-VCH 2001, 596 S. Johannes Feichtinger: Hermann Mark (1895-1992). Viennese born „Ambassador“ of Macromolecular Research. In: José Ramón, Bertomeu-Sánchez, Duncan Thorburn Burns und Brigitte Van Tiggelen (Hgg.): Neighbours and Territories. The Evolving Identity of Chemistry. Proceedings. The 6th International Conference on the History of Chemistry. Louvain-la-Neuve: Memosciences 2008, S. 219-229 Lothar Jaenicke: Hermann Franz (1895-1938) + Herman Francis (1938-1992) = H. F. Mark (1895-1992) – steht für die Wissenschaft von Polymeren. In: BIOspektrum 12 (2006), H. 2, S. 176-180 Franz Kreuzer: Gespräch mit Hermann Mark. In: F. K.: Die ganz besonderen Säfte. Die Chemie und das Leben. Wien: Franz Deuticke 1982, S. 39-65 Stephan H. Lindner: HOECHST. Ein I. G. Farben Werk im Dritten Reich. München: C. H. Beck 2005, 460 S. Claus Priesner: H. Staudinger, H. Mark und K. H. Meyer. Thesen zur Größe und Struktur der Makromoleküle. Ursachen und Hintergründe eines akademischen Disputes. Weinheim, Deerfield Beach (Florida) und Basel: Verlag Chemie 1980, 389 S. Wolfgang L. Reiter: Die Vertreibung der jüdischen Intelligenz: Verdopplung eines Verlustes – 1938/1945. In: Internationale Mathematische Nachrichten 187 (2001), S. 1-20 Wolfgang L. Reiter: Aufbruch und Zerstörung. Zur Geschichte der Naturwissenschaften in Österreich 1850 bis 1950. Wien: LIT 2017 (= Emigration – Exil – Kontinuität, 15), 472 S.

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  • Die zwei Leben des Hermann Mark (Teil 2)

    Thema des Monats Von Hiltlers Wien ins amerikanische Exil Von Guido Deußing Am Polytechnic Institute in Brooklyn wurde Hermann Mark im September 1940 dem sogenannten Shellac Bureau zugewiesen. Dieses von der U. S. Shellac Import Organization finanzierte Laboratorium hatte die aus Indien und Indonesien eintreffenden Schellacklieferungen zu kontrollieren und chemisch zu charakterisieren (Mark 1993, 93 und Deichmann 2001, 184). Weil die Einfuhr kriegsbedingt zurückging, die Handelswege auf den Weltmeeren nicht mehr sicher waren, bemühte sich der Leiter des Shellac Bureau, William Howlett Gardner (1902-1993), um natürliche oder synthetische Ersatzstoffe, mit denen die Schellack verarbeitenden US-Unternehmen zuverlässig beliefert werden konnten. Ein Projekt, für das Hermann Mark wie gerufen kam: „During my years in Ludwigshafen I was well informed about synthetic resins with properties similar to and even superior to those of Shellac. During my consulting years with I. G. Farben (1932-1938) I had kept up with the progress in field. Several vinyl ester polymers […] together with polyacrylic and polymethacrylic esters […] were close to natural shellac in many respects. Specifically, from 1928 to 1932 we had carried out work on the synthesis, characterization and application of such systems in other units of the company, Farbwerke Hoechst and the Wacker Chemie. They had worked out useful copolymers and polyblends, not only for the replacement of shellac but also for the preparation and production of an entire family of soluble resins. […] It was a lucky coincidence that I was able to transfer from Germany to the United States a science and technology that was interesting and valuable for my new employer.“ (Mark 1993, 93-94) 1942 wurde Mark zum ordentlichen Professor ernannt. Bald darauf bekam er von Dekan Raymond Kirk (1890-1957) grünes Licht, am Polytechnic Institute ein Forschungszentrum für Polymerchemie mit zugehörigem Lehrbetrieb aufzubauen, „dem ersten graduate program (etwa Hauptstudium) dieser Art an einer amerikanischen Universität“ (Deichmann 2001, 184). Als Polymer Research Institute löste es das Shellac Bureau ab (Mark 1978, 124). „Im Unterschied zu anderen Instituten [...], die entweder auf die Synthese oder die Eigenschaften der Polymere spezialisiert waren, bemühte sich Mark, alle Aspekte der Polymerchemie abzudecken. Indem er Physiker, Chemiker und Techniker zusammenbrachte, gelang es ihm, [...] moderne Polymerwissenschaft als multidisziplinäre akademische Forschungsrichtung zu etablieren“ (Deichmann 2001, 184-185) – nach dem Vorbild der Kaiser-Wilhelm-Institute und -Einrichtungen in Deutschland (Mark 1993, 104). Bei den „Pionieraktivitäten“ des Polymer Research Institute konzentrierten sich die Forscher, unter ihnen manch früherer Student Marks aus Deutschland oder Österreich, auf die Analyse der unterschiedlichen Polymerisationsmechanismen (Foto-, Emulsions- und Suspensionspolymerisation, später auch Festphasen- und Hochgeschwindigkeitspolymerisation) sowie Strukturaufklärung, Molekulargewichts- und Viskositätsmessungen bei Hochpolymeren (Mark 1978, 123, Mark 1993, 95 und Beneke 2005, 13). In Hitlerdeutschland war Mark mittlerweile ausgebürgert worden, sein Doktortitel wurde ihm am 7. November 1944 aberkannt. Erstaunlicherweise hatten es zuvor zwei Texte aus Marks Feder zur Publikation geschafft, trotz allgegenwärtiger Zensur: 1939 erschien im Wiener Verlag Franz Deuticke ein Vortragsband mit Marks Beitrag „Kleine Ursachen – große Wirkungen im Fortschritt der Naturwissenschaften“ und 1940 brachte die Leipziger Akademische Verlagsgesellschaft die 345 Seiten starke Monografie „Allgemeine Grundlagen der hochpolymeren Chemie“ heraus. Als Exilant ließ Mark sich nicht hemmen, weltweit Vorträge zu halten und zu Polymerforschern rund um den Globus Kontakt zu pflegen, um „eine internationale Gemeinschaft von Polymerwissenschaftlern zu schaffen“ (Deichmann 2001, 186). In seiner Wiener Zeit 1932-1938 war er zu einem internationalen Akteur der neuen Polymerwissenschaften aufgestiegen, als in Deutschland schon die Nazis regierten. Dort wurden Auslandsreisen von Wissenschaftlern streng reglementiert, zum Leidwesen auch des „Vaters der makromolekularen Chemie“, des in Freiburg im Breisgau wirkenden Hermann Staudinger, der jahrelang sogar mit einem Reiseverbot belegt war. In den USA trieb Mark die Internationalisierung seines Fachs weiter voran: „Toward the end of the war […] my main concern was to make the work and our institute internationally known. I planned to initiate and sponsor the founding of similar institutions that would constitute a network of polymer research centers cooperating as closely with each other as the prominent schools of organic chemistry did in Oxford and Munich.“ (Mark 1993, 103) Mobil wie Moleküle Seine „extramural activities“ führten Mark unter anderem nach Europa, Japan und in die Sowjetunion (Mark 1978, 128); trotz Kalten Krieges wurde Mark, der mittlerweile auch einen amerikanischen Pass besaß, auswärtiges Mitglied der Sowjetischen Akademie der Wissenschaften. In Israel richtete er als Vorsitzender des Komitees zur Gründung des Weizmann-Instituts ein Polymerforschungsprogramm ein (Deichmann 2001, 185; siehe ausführlich Mark 1993, 103-107). Insgesamt brachte es Mark während seiner Laufbahn auf mehr als 500 Auslandsreisen und besuchte dabei mehr als tausend Wissenschaftler (Beneke 2005, 12). Seine rastlose Mobilität kommentierte Mark humorvoll, indem er sie mit der Brown’schen Molekularbewegung verglich: „I do not travel, [...] I’m being traveled. It is a form of Brownian motion!“ (Mark 1993, XXI) Auf die globale Gemeinschaft der Polymerforscher zielte übrigens auch Marks rege Publikations- und Herausgebertätigkeit: 1940 brachte er im neu gegründeten Verlag Interscience die Monografien-Reihe „High Polymers and Related Substances“ auf den Weg, deren erster Band die Arbeiten von Wallace Hume Carothers (1896-1937), dem für Du Pont tätigen Erfinder des Nylons, behandelte. 1946 hob Mark zusammen mit dem Chemiker und Verleger Maurits Dekker (1899-1995) und dem Chemiker Eric S. Proskauer (1903-1991) das „Journal of Polymer Science“ aus der Taufe. Nach Ende der Naziherrschaft begann man sich in Österreich wieder lebhaft an Mark zu erinnern. Die Philosophische Fakultät der Universität Wien machte sich am 8. April 1946 für die Rückkehr vier exilierter Naturwissenschaftler stark, unter ihnen Hermann Mark (Reiter 2017, 416). Dieser hatte keine Berührungsängste: Zwar sollte es bis 1955 dauern, ehe er für ein Semester eine Gastprofessur für physikalische Chemie der Hochpolymere an der Wiener Uni wahrnahm, zumal diese ebenso lange brauchte, ihm das Doktorat wieder zuzuerkennen. Doch hatte er sich schon 1947 erstmals wieder nach Wien begeben und Professor Ludwig Ebert (1894-1956) kontaktiert, der den von Mark 1938 geräumten Lehrstuhl am Chemischen Institut I übernommen hatte. Mark versicherte Ebert, er werde ihn aus dieser Position nicht verdrängen, und attestierte ihm, sie exzellent ausgefüllt zu haben (Mark 1993, 86). Ebert war kein Mitglied der NSDAP gewesen. Gleichwohl musste Mark ständig damit rechnen, in Wien Altnazis und persönlichen Gegnern über den Weg zu laufen, scheute solche Begegnungen aber nicht: „Marks Bereitschaft, unangenehme Dinge zu vergessen, bezog sich auch auf seine Kontakte mit früheren Nazis. In dieser Hinsicht bildete er eine Ausnahme unter den Emigranten“ (Deichmann 2001, 186). Mark hegte keinen Groll; weder beklagte er sein Schicksal, noch klagte er jemanden an. Der erstgeborene Sohn, Hans Mark, berichtete, sein Vater habe sich bewusst dagegen entschieden, die Vergangenheit zum Maßstab der Zukunft zu machen (Mark 1993, XXIII). Ihm lag vielmehr daran, „auch Kollegen aus Deutschland schnell in die internationale Gemeinschaft der Polymerwissenschaftler zu integrieren“ (Deichmann 2001, 187). So hatte Mark an seinem Polymer Research Institute in Brooklyn politisch schwer belastete Personen wie den Chemiker Kurt Hess (1888-1961) zu Gast, „der nicht nur ein ehemaliges Mitglied der NSDAP, SA und SS war, sondern auch (die Kernphysikerin, Red.) Lise Meitner (1878-1968, Red.) als Jüdin denunziert hatte“ (Deichmann 2001, 186). Mark beurteilte Nazis nachsichtig als „misguided“ („irregeleitet“) und Wissenschaftler, die ihnen zu Diensten waren, als „unfortunate“ („bedauernswert“): „He doesn’t seem bitter, yet he has a right to be.“ (Mark 1993, 86) Herbert Morawetz (1915-2017), einer von Marks Weggefährten am Brooklyner Institut, erblickte „eine der Triebkräfte hinter Marks außergewöhnlichem Bestreben, gute Beziehungen zu Kollegen unabhängig von ihrer politischen Vergangenheit und von früheren Feindschaften aufzubauen oder wiederherzustellen, in seinem Wunsch, ‚der Vater der Polymerchemie‘ zu sein. Daher habe er keiner Art von Politik erlaubt, seine Arbeit zu behindern“ (Deichmann 2001, 187). Vor diesem Hintergrund wird verständlich, warum Frederick Roland Eirich (1905-2005), der ebenfalls bis 1938 in Wien Chemie gelehrt hatte und nach dem Krieg einen Ruf nach Brooklyn annahm, Mark nicht nur als bedeutenden Chemiker bezeichnete, sondern auch als ebenso großen Politiker (Deichmann 2001, 186). Was Mark und Staudinger verband Auch um Hermann Staudinger machte Mark nach 1945 keinen Bogen, obwohl dieser ihn vehement bekämpft, nach 1933 sogar als Speerspitze angeblicher jüdischer Machenschaften gegen seine Person verunglimpft hatte (Deichmann 2001, 407). Dabei war Mark im Deutschland der Zwanzigerjahre einer der ersten Chemiker gewesen, der Staudingers Makromolekülkonzept nicht rundweg abgelehnt, sondern unterstützt hatte, allerdings nicht unkritisch, so, wie es sich für einen Wissenschaftler geziemt. Staudinger aber tat sich mit Kritik schwer, neigte dazu, die Welt in Freund und Feind einzuteilen (Lindner 2005, 296) und jeden, der ihm nicht bedingungslos beipflichtete, als Gegner zu betrachten. Hinzu kam ein ausgeprägtes Geltungsbedürfnis. Kollegen auf Professorenebene, die sich thematisch auf sein Terrain begaben, empfand Staudinger als Eindringlinge, Konkurrenten, Plagiatoren, selten als potenzielle Mitstreiter. Als einen solchen begriff sich jedenfalls Hermann Mark, als er auf der 89. Tagung der Gesellschaft Deutscher Naturforscher und Ärzte vom 20.-24. September 1926 in Düsseldorf über die von ihm durchgeführten Röntgenstrukturanalysen Hochpolymerer referierte und als Pointe erklärte, seine Ergebnisse seien vereinbar mit Staudingers Makromolekül-Hypothese. Die im Röntgenbild von Kristallen sichtbar gemachten kleinen Elementarkörper sprächen jedenfalls nicht gegen die Möglichkeit, dass „der ganze Krystallit“ ein einziges „großes Molekül“ sei (zit. nach Deichmann 2001, 253). Ein Affront für die meisten anwesenden Chemiker, die vermeintliche Riesenmoleküle als Aggregate kleiner Moleküle, zusammengehalten durch schwache Bindungskräfte (Nebenvalenzen), entlarven zu können glaubten – eine Position, die z. B. der schon erwähnte Kurt Hess, einer der schärfsten Opponenten Staudingers, bei der Cellulose einnahm (siehe Deichmann 2001, 403-408). Ein Makromolekül stellt demgegenüber per definitionem etwas Ganzheitliches dar, eine Art Faden- oder Kettenmolekül, das durch starke Bindungskräfte (Hauptvalenzen) zusammengehalten wird, die äußeren Einflüssen trotzen. Historisch stellte sich die Kontroverse wie folgt dar: Es „galt bis etwa zum Jahre 1920 als gesicherter Besitz von Forschung und Lehre: Substanzen wie Cellulose und Eiweiße standen den synthetischen Verbindungen mit hohem Molekulargewicht nahe und galten daher als sehr hochmolekular. [...] Eine Reihe von Forschern hat (dann, Red.) in den Jahren 1920-1934 die Meinung vertreten, daß Naturstoffe wie Cellulose, Kautschuk und Stärke aus kleinen Molekülen bestehen, die durch besondere, ihnen allein eigentümliche Assoziationskräfte ausgezeichnet sind und eben wegen dieser Kräfte hoch assoziieren [...]. Trotz der Argumente, die für ‚kleine, hochassoziierende Bausteine‘ sprachen, hielt die Mehrzahl der Fachleute, unter ihnen z. B. [...] H. Mark, K. H. Meyer, [...] H. Staudinger [...] an der ‚klassischen‘ Auffassung fest. Allmählich stellte sich heraus, daß keines der zugunsten der ‚kleinen Bausteine‘ angeführten Argumente stichhaltig war; manche Beobachtungen wurden bei Nachprüfungen nicht bestätigt, andere [...] erfuhren eine Deutung, die mit der Annahme von sehr großen Molekulargewichten verträglich war. Entscheidend aber für die Frage, ob Hauptvalenzbindungen oder Assoziationskräfte die Reste in der Cellulose oder im Eiweiß zusammenhalten, war die Erforschung und Systematisierung der zwischen Atomen herrschenden Bindungskräfte [...]. Bindungen hoher Festigkeit, deren Trennung sowohl erhebliche Energiebeträge als auch erhebliche Aktivierungswärme beansprucht, kann man unbedenklich als homöopolare Hauptvalenzbindungen ansprechen. Die Theorie der kleinen assoziierenden Moleküle kann danach als aufgegeben gelten und nur historisches Interesse beanspruchen.“ (Meyer, Mark und van der Wyk 1950, 2-3) Staudinger war der erste Chemiker, der die Existenz von Makromolekülen experimentell bestätigte. Er untersuchte dazu synthetische Moleküle, während sich Mark und Kurt Heinrich Meyer, sein Chef bei der BASF, primär mit natürlichen Hochpolymeren wie beispielsweise der Cellulose beschäftigten, der sich Staudinger erst ab 1929 zuwandte (Deichmann 2001, 254). Hinzu kommt, dass Staudinger bevorzugt Polymere in Lösung untersuchte, um vom Grad ihrer Viskosität Rückschlüsse auf die molekulare Struktur zu ziehen, während Mark primär Kristallstrukturen in festem Aggregatzustand in den Blick nahm (Mark 1926, 436). Entsprechend arbeiteten der organische Chemiker Staudinger und die Physikochemiker Mark und Meyer mit gänzlich unterschiedlichen Methoden, um die Existenz von Makromolekülen nachzuweisen. Mark hatte sich ab 1922 am KWI für Faserstoffchemie in Berlin-Dahlem auf Kristallstrukturuntersuchungen mittels Röntgenfraktometrie spezialisiert. Dazu kam es folgendermaßen: „Die deutsche Chemieindustrie hatte nach dem Krieg die (Sprengstoff produzierenden, Red.) Nitrozellulosefabriken übernehmen müssen, durfte aber natürlich keine Nitrozellulose machen, sondern versuchte es mit Kunstseide. Die Produkte, die dabei herauskamen, waren aber nicht zufriedenstellend. Professor Haber sagte damals zu meinem Wiener Chef, Professor Schlenk: ‚Ich bin der Überzeugung, daß man mehr über die Struktur der Fasern erfahren muß. Es gibt eine Methode: die Analyse mit Röntgenstrahlen. Nun habe ich genug physikalische Chemiker und Physiker in Dahlem, aber Zellulose und Seide sind organische Substanzen. Ich brauche einen organischen Chemiker. Haben Sie einen organischen Chemiker, der sich für Physik interessiert?‘ Und da hat mich Schlenk gerufen und mir das übermittelt. [...] So kam ich nach Dahlem.“ (Kreuzer 1982, 45-46) Was Mark und Staudinger trennte Staudinger habe die Existenz der Makromoleküle vollkommen zufriedenstellend belegt, nur dürfe man dabei, so Mark, nicht stehenbleiben: „Wir haben ja nichts davon, wenn wir wissen, ein Molekül hat ein Molekulargewicht von hunderttausend. [...] Wir müssen wissen: Wie sind denn die einzelnen Atome aneinandergefügt? Ist es eine Kette oder schaut es aus wie ein Christbaum? Das war die brennende Frage damals, und da konnte nur die Röntgenstrahlenanalyse helfen. [...] Die Röntgenstrahlen liefern ein Beugungsbild, das heißt eine Menge von Tupfen, und wenn man die genau vermißt in bezug auf ihre Lage und Intensität, kann man zurückrechnen, wo die Atome liegen müssen, damit sie dieses Bild erzeugen.“ (Kreuzer 1982, 48-49) Aus diesem Bild, also einer genaueren Kenntnis der Struktur von Zellulose, Seide oder Kautschuk, ließen sich dann die entscheidenden Schlüsse für das schon erläuterte „molecular engineering“ ziehen, das heißt die Gretchenfrage beantworten: „Wie müssen [...] synthetische( ) Moleküle aussehen, die ähnliche Eigenschaften haben?“ (Kreuzer 1982, 50) Auch wenn Mark also im Grundsatz mit Staudinger übereinstimmte, hielt er dessen Makromolekülkonzept für nicht differenziert genug und mithin für ausbaufähig. Die Kritik im Einzelnen: „Die [...] von Staudinger durch Polymerisation erhaltenen Verbindungen bilden nur eine Gruppe der hochmolekularen Substanzen.“ (Meyer und Mark 1930, 72) Es gehe folglich nicht an, Arbeitsergebnisse über synthetische Polymere eins zu eins auf natürliche Hochpolymere zu übertragen (ebd., 71), zum Beispiel Polyoxymethylen als Modell der Cellulose zu betrachten, wie Staudinger es getan habe (ebd., 91). Bestimmte Polymere, z. B. das von Staudinger analysierte Paraformaldehyd, seien „sicher kein einheitliches Produkt, sondern ein Gemisch von Polymerisationsprodukten bzw. von Fadenmolekülen oder Hauptvalenzketten verschiedener Länge, so daß der gefundene Wert für das Molekulargewicht nur einen Durchschnittswert darstellt“ (Meyer und Mark 1930, 66). In einem Brief an Staudinger vom 2. November 1928 rechtfertigt Mark deshalb die Einführung des Begriffs „Hauptvalenzkette“: „Mit dem Wort ‚Molekül‘ verbinde ich immer den Begriff einer grossen Menge miteinander völlig gleichartiger Gebilde, während der Begriff der Hauptvalenzkette eben gerade die Tatsache mitumfassen soll, dass in demselben Präparat durch chemische Methoden nicht voneinander zu trennende, einander sehr ähnliche Gebilde vorliegen, die sich aber in ihrer Grösse voneinander ein wenig unterscheiden, sodass man nicht ein scharfes Molekulargewicht, wohl aber eine mittlere Länge der Hauptvalenzkette angeben kann. Wenn man bei Ihrem Makromolekül diese Tatsache noch besonders hinzusagt, dann werden die beiden Begriffe, soviel ich sehe, identisch“ (zitiert nach Priesner 1980, 93-94). Staudingers sogenanntes Viskositätsgesetz postulierte „eine quantitative Verknüpfung zwischen Viskosität und Molekulargewicht“ (Mark 1940, 262), eine „lineare Abhängigkeit der Viskosität vom M. G.“ (Meyer und Mark 1930, 178), eine „Proportionalität zwischen Viskosität und Moleküllänge“ (ebd.). „Sucht man aber aus der dieser Annahme gerecht werdenden, von Staudinger aufgestellten Gleichung aus der Viskosität natürlicher hochpolymerer Stoffe [...] ihre Kettenlänge zu berechnen, so erhält man Werte von mehreren μ. Dies ist mit der röntgenographischen Bestimmung sowie mit den sonstigen physikalischen Eigenschaften nicht leicht in Einklang zu bringen.“ (ebd.) Mark 1940, 293-294 befand, dass „die Staudingersche Beziehung [...] nur mit mäßiger Genauigkeit gilt“ und von einem „exakten Gesetz“ nicht gesprochen werden könne: „Nach Wo[lfgang, Red.]. Ostwald (1883-1943, Red.) hat [...] die Staudingersche Formel nur die Bedeutung einer Tangente an beliebige, z. B. s-förmige Kurven, welche die wirkliche Funktion Viskosität – Molekulargewicht darstellen.“ (ebd., 297) Marks Urteil fällt trotzdem recht wohlwollend aus: „Alles in allem stellt die Staudingersche Beziehung eine in vielen Fällen brauchbare einfache und daher wertvolle Näherung zur Abschätzung von Molgewichten dar. Irgendwelche verläßliche Schlüsse auf molekulare Einzelheiten läßt sie aber nicht zu.“ (ebd., 299) Staudinger war der Ansicht, sein Viskositätsgesetz stehe und falle mit der Annahme, „daß die Fadenmoleküle in der Lösung lange, starre Stäbchen seien, die durch gegenseitige Behinderung im Laufe ihrer Bewegungen die hohe Viskosität der Lösungen bewirken“ (Mark 1940, 294): „Wenn diese Riesenmoleküle keine Stäbchen sind oder starre Ketten, wie erklären Sie dann die große Viskosität? [...] Wenn Sie Baumwolle oder Seide oder Kautschuk lösen, was bekommen Sie? Eine zähe Flüssigkeit! Und warum ist sie zähe? Weil die einzelnen Moleküle starr sind. [...] Wie die Stäbchen. Wie Baumstämme, die man in einen Fluß wirft. Die Baumstämme hindern den Lauf des Wassers.“ (Andics 1982, 82) Marks Einwand lautete, „daß man angesichts der zahlreichen Erkenntnisse über die innere Beweglichkeit von Molekülen so überaus lange starre fadenförmige Teilchen gar nicht annehmen kann“ (Mark 1940, 295): „Die Behauptung der Starrheit der gelösten Fadenmoleküle läuft [...] allen Kenntnissen vom Bau und Verhalten der Moleküle zuwider. Insbesondere W[erner, Red.] Kuhn (1899-1963, Red.) hat in sehr interessanter Weise versucht, die Gestalt langer Kettenmoleküle auf Grund einer angenähert freien Drehbarkeit zu beschreiben und kommt zu losen Knäueln mit Längs- wie Querdimensionen“ (ebd., 296). Staudinger generalisierte die Morphologie der Makromoleküle und wurde damit der Vielfalt der physikalischen Eigenschaften Hochpolymerer nicht gerecht, die beispielweise zur Unterscheidung von Duroplasten, Thermoplasten und Elastomeren geführt hatte: „Wenn es starre Ketten wären, Stäbchen, wie erklären Sie dann die Elastizität des Materials?“ (Andics 1982, 83) Die des Kautschuks erläutert Mark wie folgt: „Die Molekülketten sind unregelmäßig verknüpft – wie viele ineinanderverschlungene gekochte Spaghetti. Es ist diese unregelmäßige oder amorphe Struktur, die Kautschuk und ähnlichen Substanzen ihre Elastizität verleiht. Das Strecken des Kautschuks verändert seinen molekularen Aufbau so stark, daß seine physikalischen Eigenschaften umgewandelt werden. Die verschlungenen Fäden entwirren sich zu einheitlichen parallelen Bündeln. Das Molekül besitzt nicht mehr die unregelmäßige Struktur der weichen und elastischen Substanzen; es gehört jetzt zu den regelmäßigen Atomanordnungen der kristallinen Festkörper [...]. Und es gewinnt Zähigkeit und Steifheit, die der Kristallbau den Festkörpern verleiht.“ (Mark 1970, 127) Ganz wichtig: Den Kettenpolymeren Netz- und Raumpolymere an die Seite zu stellen, läuft Staudingers Makromolekülkonzept nicht zuwider, weil die „Querverbindungen“ zwischen den Hauptvalenzketten sich ebenfalls als „hauptvalenzmäßig“ darstellten (Meyer, Mark und van der Wyk 1950, 2). Vor diesem Hintergrund entwickelte Hermann Mark zusammen mit dem holländischen Physikochemiker Roelof Houwink (1869-1945) Staudingers Viskositätsgleichung empirisch zur Mark-Houwink-Gleichung weiter (Deichmann 2011, 410). Ein Fiasko erlebte Staudinger auf dem 1. Faraday Society Meeting, das vom 26.-28. September 1935 im britischen Cambridge stattfand und an dem auch Mark teilnahm: „ I recall that [...] he (= Staudinger, Red.) showed such sticks, broke one, and said, ‚ If molecules are degraded, their strength is reduced and the viscosity drops dramatically.‘ Then, turning to E[ric, Red.] K[eightley, Red.] Rideal (1890-1974, Red.), who was in the chair, he said, ‚ Professor Rideal, what I just said – isn’t it clear?‘ Rideal looked at he broken sticks and said calmly, ‚ Yes, I think it is perfectly clear, but wrong.‘ That terminated any further discussion of the point.“ (Mark 1993, 82) Staudinger aber behauptete weiter verbissen, Makromoleküle seien samt und sonders starre, stäbchenähnliche Gebilde. Ebenso wenig ließ er sich auf Modifikationen seines Gesetzes über die Beziehung zwischen Molekülgröße und Viskosität ein: „Noch in den 1950er Jahren hielt er an seinem Konzept fest“ (Deichmann 2001, 150; vgl. ebd., 254). So blieb Hermann Mark für ihn ein rotes Tuch: „Mark once sent Staudinger a gift of one of his books. It was returned, marked ‚unopened‘. And Herbert Morawetz recalls that when visiting Professor Staudinger’s widow, he saw another of Mark’s books flagged with a note in the Professor’s handwriting stating, ‚Not science, propaganda.‘“ (Mark 1993, XXIV) Umso erstaunter musste Staudinger darüber sein, dass Mark ihn 1957 und 1961 zu Vorträgen in die Vereinigten Staaten einlud und wie zuvorkommend er von seinem Gastgeber behandelt wurde (Mark 1993, XXIV und Deichmann 2001, 186). Zurück in der Bundesrepublik konnte er sich allerdings die Spitze „Nun glaubt Mark an Makromoleküle!“ (Mark 1993, 122) nicht verkneifen – Mark „glaubte“ an sie schon 1926! – und brachte damit unfreiwillig zum Ausdruck, dass er Mark stets als Widersacher verkannt hatte. Hoch dekorierter Wissenschaftler Mark arbeitete weiterhin umtriebig und unermüdlich, engagierte sich als Organisator und Strippenzieher in Wissenschaft und Industrie, national wie international. Hier ein paar Schlaglichter: 1956 nahm ihn die American Academy of Arts and Sciences als Mitglied auf. 1961 wurde er Dekan am Polytechnic Institute of Brooklyn. 1963 wählte man ihn in die National Academy of Science der Vereinigten Staaten (Anonymous 1980, 277). Von 1946 bis 1964 stand er dem Polymer Research Institute in Brooklyn als Direktor vor. Nach der Emeritierung 1965 übernahm er die Patronanz über das Österreichische Kunststoffinstitut (Reiter 2017, 416) und vollendete sein Buch „Giant Molecules“, das 1970 auf Deutsch erschien. 1975, anlässlich seines 80. Geburtstags, wurde am Polytechnic Institute in Brooklyn der Herman-F.-Mark-Lehrstuhl für Polymerwissenschaften eingerichtet. Das Österreichische Forschungsinstitut für Chemie und Technik (OFI) stiftete die Hermann-F.-Mark-Medaille – eine Auszeichnung, die seither alljährlich an bedeutende Persönlichkeiten der Polymerwissenschaft und der Kunststoffindustrie verliehen wird. 1978 präsentierte Mark die vom österreichischen Journalisten und Drehbuchautor Hellmut Andics (1922-1998) verfasste und vom Österreichischen Rundfunk (ORF) produzierte zehnteilige Fernsehsendung „Alles Leben ist Chemie“. Am 14. Januar 1980 empfing er aus der Hand von US-Präsident Jimmy Carter die National Medal of Science: „The award was made in recognition of a lifetime of contributions to the development of polymer science. I was very gratified by this award, not so much for myself, but for the recognition that polymer science was now in the mainstream of chemistry.“ (Mark 1993, 121) Eine Bemerkung ganz im Geist seines 43 Jahre zuvor gehaltenen Wiener Vortrags „Die Chemie als Wegbereiterin des Fortschrittes“: „(E)s sind nicht große ins Auge springende Einzelleistungen besonders hervorragender chemischer Forscher, welche den Fortschritt an ihre Fersen heften, sondern es ist eine große, fast unübersehbare Kleinarbeit vieler fleißiger Köpfe und Hände, die in ihrer Gesamtheit eine immer intensivere Ausnutzung der Stoffe ermöglicht und unsere Herrschaft über die Materie zwar langsam, aber unaufhaltsam festigt. Neben den wenigen großen Geistern unserer Wissenschaft, die mit kühnem Griff die Bahn des Fortschrittes aufreißen und sich mit unvergänglichen Lettern in das Buch von der Entwicklung des Menschengeschlechtes eintragen, muß daher auch der großen Menge braver Soldaten gedacht werden, deren jeder nur einen kleinen Stein in das große Mosaik der Gemeinschaftsarbeit fügt, die aber in ihrer Gesamtheit doch eine wichtige Leistung vollbringen, nämlich die unaufhaltsame systematische Förderung und Hochzüchtung der Beherrschung von Kraft und Stoff.“ (Mark 1938, 371) Hermann Mark starb am 6. April 1992, einen Monat vor Vollendung des 97. Lebensjahres, im Haus seines Sohnes Hans in Austin/Texas. Seine Asche wurde in Wien auf dem Matzleinsdorfer Friedhof gleich neben seiner 1970 verstorbenen Ehefrau beigesetzt (Mark 1993, XXIII). Ein letztes Bekenntnis zu seiner Geburtsstadt, die sich 2009 im 10. Bezirk (Favoriten, Stadtteil Rothneusiedl) mit der Hermann-Mark-Gasse revanchierte. Marks Vita zerfällt in zwei Leben: „Hermann Franz (1895-1938) + Herman Francis (1938-1992) = H. F. Mark (1895-1992)“ (Jaenicke 2006, 176), die sich in der Rückschau des Alters aber wieder zur Einheit zusammenfügten: „I have had the good fortune to participate in many areas of science for almost an entire century. It has been an amazing experience; our century has seen astounding intellectual progress …“, tat Mark anlässlich seines 95. Geburtstages kund (Mark 1993, XXII). Im Bewusstsein der Nachwelt bleibt er als „Pionier der Makromolekularchemie“ (Priesner 1980, 53) lebendig, als „pioneer in applying modern physics to chemistry“ (Mark 1993, XXII), als „‚founding father‘ of polymer science and technology“ (ebd.). Für Deichmann 2001, 185 ist „Herman Marks Erfolg [...] im Hinblick auf den Einfluß, den ein einziger deutscher oder österreichischer Emigrant ausübte, einzigartig“. Als Marks Vermächtnis an die Menschheit kann folgende Mahnung aus dem Jahr 1982 gelten, die heute aktueller denn je ist: „Auf der Erde besteht ein Gleichgewicht zwischen den Pflanzen, das sind sonnenbetriebene chemische Fabriken, und den Tieren, das sind Verbrennungsmotoren. Die Pflanzen nehmen CO 2 aus der Atmosphäre und geben Sauerstoff ab, die Tiere nehmen Sauerstoff aus der Atmosphäre und geben CO 2 ab [...] und zwischen diesen Dingen hat sich eben im Lauf von drei-, vierhundert Millionen Jahren auf der Erde ein gewisses Gleichgewicht eingependelt. Und jetzt, durch die gegenwärtige massenweise Verwendung von fossilen Brennstoffen [...], das heißt von CO 2 -erzeugenden Materialien für Wärme, für Transport, für Automobile, für Elektrizität, also für alles, erhöht sich der CO 2 -Gehalt der Atmosphäre merklich. Und das hat dieselben Folgen wie das Ausströmen der fluorinierten Kohlenwasserstoffe aus den Spraydosen: Die Einstrahlung der Sonne wird gefiltert, weil CO 2 wie Fluorkohlenwasserstoff einen Teil des Sonnenlichtes absorbiert. [...] Es käme entweder zu einer Eiszeit oder zu einer Wüstenbildung (= Treibhauseffekt, Red.) der gesamten Erde. [...] Das Schreckliche ist, daß wir tatsächlich auf einem Vulkan leben. Wenn sich die durchschnittliche Temperatur der Erde nur um ein oder zwei Grade hinauf oder hinunter verändert, ist alles aus.“ (Kreuzer 1982, 61-62) Hermann Marks Leben im Zeitraffer 8. Mai 1895 : Geburt in Wien 1900-1913 : Schulbesuch; Abitur am Wiener „Theresianum“ 1913 : freiwilliges Jahr bei der österreichisch-ungarischen Armee 1914-1918 : 45 Monate Soldat, u. a. als Offizier im k. k. Kaiserschützen-Regiment Nr. II der österreichisch-ungarischen Armee in Bozen (Gebirgsinfanterie); Beginn des Chemiestudiums an der Universität Wien Juli 1921 : Promotion an der Universität Wien (Doktorvater: Wilhelm Schlenk) 1921-1922 : Assistent am Chemischen Institut der Friedrich-Wilhelms-Universität Berlin 1922-1927 : wissenschaftlicher Mitarbeiter und ab 1925 Abteilungsleiter am Kaiser-Wilhelm-Institut für Faserstoffchemie in Berlin-Dahlem 1925 : Habilitation an der Friedrich-Wilhelms-Universität Berlin 1927-1932 : Hauptlaboratorium der I. G. Farben bei der BASF in Ludwigshafen; außerordentlicher Professor für physikalische Chemie an der Technischen Hochschule Karlsruhe 1932-1938 : ordentlicher Professor für physikalische Chemie an der Universität Wien; Beratertätigkeit für die I. G. Farben 1938-1940 : Leiter des Forschungslabors der Canadian International Pulp and Paper Mill (CIP) in Hawkesbury/Ontario (Kanada) 1940 ff. : technischer Berater des Chemiekonzerns Du Pont in Wilmington/Delaware (USA) 1940-1965 : außerordentlicher Professor, ab 1942 ordentlicher Professor für organische Chemie am Polytechnic Institute of Brooklyn und Polymer Resarch Institute of Brooklyn in New York City; 1965: Emeritierung 1979 : Träger der National Medal of Science (USA), Verleihung am 14. Januar 1980 im Weißen Haus in Washington April 1992 : Tod in Austin/Texas

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  • Fussball-WM 2018: Die Vermessung des perfekten Runds

    Empa-Forscher untersuchen Turnier-Fussbälle – auch für die WM 2018 in Russland. Quelle: EMPA Der offizielle Ball für die FIFA-Fussball-WM 2018 in Russland hat nach zahlreichen Tests das "OK" der Empa erhalten. Manche Torhüter sehen dessen Flugeigenschaften zwar eher kritisch. Die Ursache ihrer Kritik könnte jedoch ganz woanders liegen – am eher unkonventionellen Äußeren des neuen Balls. Fussball lebt von Emotionen. Wenn es um den diesjährigen WM-Ball geht, sind die Experten der Empa allerdings völlig emotionslos. Fragt man sie nach ihrem Eindruck zu den bereits des Öfteren bemängelten Flugeigenschaften des Adidas-Modells "Telstar 18" wehren sie ab: "Eindrücke sind etwas Subjektives", sagt Martin Camenzind vom "Laboratory for Biomimetic Membranes and Textiles" und ergänzt: "Wir verlassen uns auf objektive Parameter, die den Telstar 18 charakterisieren." Dass Kritiker, wie Spaniens Torhüter David De Gea und Pepe Reina oder der Deutsche Keeper Mark-Andre ter Stegen dem Ball "Flatterhaftigkeit" unterstellen, beeindruckt Camenzind daher kaum. Die eigens an der Empa in St. Gallen für offizielle Turnierfussbälle entwickelte Testreihe hat der Telstar 18 jedenfalls erfolgreich bestanden, und nur das zählt für den Empa-Forscher. Seit 22 Jahren führt die Empa im Auftrag der FIFA die unbestechlichen Versuchsreihen mit Fussbällen durch, die das Gütesiegel des FIFA-Qualitätsprogramms anstreben. Längst nicht jeder Ball besteht die Probe. Hier werden nicht nur Umfang und Gewicht des Balls gemessen. Er darf ausserdem trotz 250-maligem Quetschen in einem Wasserbehälter nur minimale Mengen an Flüssigkeit aufnehmen, muss seine Luft halten können und immer wieder gleich hoch abspringen, wenn er aus zwei Metern Höhe aufprallt. Um zu beweisen, dass es sich um eine perfekte Kugel handelt, wird der Ball zudem an sage und schreibe 4000 Punkten vermessen. Und schliesslich muss diese Kugel ihre Form auch behalten, wenn sie 2000 Mal mit 50 Stundenkilometern gegen eine Stahlwand geschossen wurde. Derartige Standards entscheiden mit über die Qualität und Konsistenz der Sportart. Als die Testreihen eingeführt wurden, gelang es noch nicht allen Herstellern, die verlangten Eigenschaften zu erzielen: «Es fielen immer wieder Exemplare durch», erinnert sich Camenzind. Mancher Lederball hätte etwa deutlich an Grösse zugenommen nach der Prozedur oder zu viel Wasser aufgesogen. Die heutigen Bälle seien denn auch geklebt oder geschweisst, da Nähte mit der Zeit nachgeben könnten. Ebenso ist das traditionelle Leder mehrheitlich Kunststoffen gewichen, deren Oberfläche gezielt strukturiert wird, was besonders bei Nässe auf dem Feld eine griffigere Führung des Balls ermöglichen soll. Angewandte Physik statt Magie Und eben diese Oberfläche sei es, melden Kritiker, die für den unberechenbaren Flug des Balles sorge. Telstar 18 sei ein merkwürdiges, flatterndes Exemplar, behaupten Torhüter verschiedener WM-Teams, die den Ball bereits testen durften. Doch Camenzind kontert: "Hier kommt auch die Optik mit ins Spiel", erklärt der Ingenieur. Telstar 18 ist nicht aus den traditionellen Sechs- und Fünfecken aufgebaut, sondern aus unregelmässigen Elementen, die unsymmetrisch bedruckt sind. So könne der fliegende Ball bei entsprechenden Lichtverhältnissen durchaus ein ungewohnter Anblick sein. "Wir konnten in einer Studie mit einem computergesteuerten Fuss zeigen, dass Bälle, bei denen ein flatterndes Flugverhalten bemängelt wurde, sich im Experiment bei definierten Verhältnissen keineswegs so verhielten." Dass die Flugbahn eines Fussballs ohnehin eine komplexe und mitunter, gemäss Theorie der Aerodynamik auch chaotische Angelegenheit ist, machen sich die wahren Könner zu nutze. Denn anders als ein stromlinienförmiges Geschoss, das eine perfekte Parabel beschreibt, verformt sich der Ball, beispielsweise wenn ihn der Spieler tritt. "Die Deformation durch den auftreffenden Fuss gibt dem Ball zunächst eine etwas wabbelige Bewegung", erklärt Camenzind. Gute Spieler machten sich diesen Effekt zu Nutze, nach dem Motto "bend it like Beckham". Hierbei handele es sich jedoch eigentlich nicht um Zauberkunst, sondern um akkurat angewandte Physik. Und die muss gut einstudiert sein, denn sobald der Fuss wenige Millisekunden am Ball ist, kann der Spieler seine Bewegung nicht mehr willentlich beeinflussen. Die Zeit reicht einfach nicht aus, um Nervenimpulse vom Fuss bis ins Gehirn zu leiten und ein taktisch ausgefeiltes Feedback an die Muskulatur des Spielers zu senden. Und so muss in der Kürze des Schusses die Physik von Fuss und Ball perfekt sitzen. Bälle von gleichbleibender Qualität tragen dazu bei, dass dies gelingt. Weitere Informationen Fussball-WM 2018: Die Vermessung des perfekten Runds im Film

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  • Neue Serie: 90 Jahre Plexiglas

    Thema des Monats Teil 1: Chemische Grundlagen und Pionier-Patente Von Guido Deußing Liegestuhl hergestellt aus Plexi- bzw. Acrylglas. Quelle: istock / fotokostic Ein moderner Klassiker unter den Kunststoffen ist Polymethylmethacrylat (PMMA), besser bekannt als Plexiglas. Der Weg zu seiner Entwicklung war steil und langwierig. Beherzt in Angriff genommen und beharrlich zum Ziel geführt hat sie die 1907 in Eßlingen gegründete, ab 1909 in Darmstadt ansässige Chemiefabrik Röhm & Haas OHG (heute Evonik Röhm GmbH, eine Tochtergesellschaft der Evonik Industries AG). Ihr Mitbegründer und Leiter, der Chemiker Dr. Otto Karl Julius Röhm (1876-1939), hatte 1901 seine Dissertation den Polymerisationsprodukten der Acrylsäure gewidmet. Es sollte bis 1928 dauern, bis PMMA zur technischen Reife geführt und als Kunststoff patentiert war. Plexiglas gibt es also seit 90 Jahren, auch wenn der Markenname erst am 4. Dezember 1933 unter der Nummer 461639 ins Warenzeichenregister eingetragen wurde. Der neue Kunststoff machte weltweit Furore, in anderen Ländern unter den Namen „Perspex“ (Großbritannien) oder „Lucite“, später „Acrylite“ (USA). Eine Erfolgsgeschichte, die bis heute andauert, in ihren Anfängen allerdings überschattet wurde vom Streit, wem im Hause Röhm & Haas der Erfinderlorbeer gebührte. k-online.de beleuchtet in loser Folge die Geschichte des „organischen Glases“ und seiner Anwendungen. Den Auftakt unserer Serie machen die chemischen Grundlagen und Pionier-Patente. Den Erkenntnissen der Organischen Chemie ist zu verdanken, dass aus Steinkohle, Erdöl und Erdgas eine Großfamilie völlig neuartiger Materialien geschaffen werden konnte, die in der Natur nirgends anzutreffen sind – und deshalb als Kunststoffe bezeichnet werden. Der Begriff „organisch“ ist bekanntlich für jene chemischen Verbindungen reserviert, die Kohlenstoff enthalten. Dem Kohlenstoffatom kommt im Reich der Chemie eine Sonderstellung zu, weil es sich mit seinesgleichen zu Ketten oder Ringen zusammenschließen kann, die obendrein offen für Bindungen mit anderen Elementen, zum Beispiel Wasserstoff, Sauerstoff oder Stickstoff, sind. Auf diese Weise bringt die Natur Abermillionen von Kohlenstoffverbindungen mit vielgestaltiger Molekülstruktur hervor. Verbindungen, die aus Kohlenstoff (C) und Wasserstoff (H) bestehen, werden schlicht als Kohlenwasserstoffe bezeichnet. Sie kommen erwartungsgemäß in Kohle, Erdöl und Erdgas vor, als Terpene, Carotinoide oder Kautschuk aber auch in vielen Pflanzen. Von den Kohlenwasserstoffen lässt sich der Bogen zum Plexiglas schlagen. Dessen Summenformel (C5H8O2)n lässt erahnen, dass die Materie komplex ist und dass vom Laboratorium bis zur industriellen Fertigung ein weiter Weg zurückzulegen war, der im Folgenden nachgezeichnet wird. Im Zentrum steht dabei jener Prozess, der Plexiglas und viele andere Kunststoffe schlussendlich generiert, die sogenannte Polymerisation. Von Polymeren und Monomeren Begonnen sei damit, dass Plexiglas, wegen des Kohlenstoffanteils als „organisches Glas“ bezeichnet, auch den Begriff „Acrylglas“ zum Synonym hat. Plexiglas geht nämlich hervor aus Methylmethacrylat (MMA), einer wasserklaren Flüssigkeit, die im Ursprung ein Abkömmling der „heimischen Rohstoffe Holz, Kohle und Kalk“ ist, wie es in einer Plexiglas-Informationsschrift des Herstellers Röhm & Haas aus dem Jahre 1938 heißt. Kommen Licht und Wärme ins Spiel, schließen sich die Moleküle des Methylmethacrylats zu langen Ketten zusammen, forciert noch durch Zugabe von Initiatoren. Diese Kettenbildung wird Polymerisation genannt; es entsteht das Makromolekül Polymethylmethacrylat (PMMA) oder Plexiglas. Ein Stoff, der aus Makromolekülen aufgebaut ist, wird entsprechend als Polymer bezeichnet, wobei die griechische Vorsilbe „Poly-“ auf die Vielzahl der Kettenglieder anspielt. MMA hingegen ist ein Monomer, das heißt ein Stoff mit dem Potenzial zu polymerisieren, weil seine Kohlenstoffatome ungesättigt, mit anderen Worten bindungshungrig sind. „Polymerisieren“ bedeutet auf den Punkt gebracht also, „eine Verbindung zwischen gleichartigen ungesättigten Molekülen herzustellen“ (Röhm 1901, 8), die „unter Kohlenstoffbindung zusammen( )treten“ (ebd., 18). Auf welche Länge die Molekülkette es dabei bringt, entscheidet über die Attribution „niedermolekular“ oder „hochmolekular“ und über die physikalischen Eigenschaften des Polymers wie Härte, Verformbarkeit und Altersbeständigkeit. Nun ist Methylmethacrylat kein Stoff, der in der Natur vorfindbar wäre, er ist vielmehr ein Methylester der Methacrylsäure, das heißt durch Verbindung der Säure mit einem Alkohol („Veresterung“) entstanden. Die Methacrylsäure selbst findet sich zwar im Öl der Kamille, zwecks Herstellung von Plexiglas ist aber damit kein Staat zu machen. Methacrylsäure muss deshalb genauso synthetisiert werden wie die Acrylsäure, mit der sie chemisch nah verwandt ist. Für die Ester gilt übrigens, dass sie weniger leicht spontan („von sich aus“) polymerisieren als die unveresterten Säuren, mithin stabiler als diese sind; Chemiker bedienen sich deshalb vorzugsweise der Ester, um den Polymerisationsprozess besser kontrollieren und steuern zu können. Pioniere der Acrylforschung Zuerst beschäftigt, und das bereits im 19. Jahrhundert, haben Wissenschaftler sich mit der Acrylsäure, auch Propensäure genannt. Es handelt sich um eine farblose, bei Raumtemperatur flüssige chemische Verbindung mit stechendem, essigähnlichem Geruch, die entzündlich und stark ätzend ist. Acrylsäure lässt sich näher charakterisieren als Monocarbonsäure. Als Carbonsäure ist sie durch die Carboxylgruppe (-COOH) gekennzeichnet, hier lediglich eine an der Zahl (Monocarbonsäure). Mit der Carboxylgruppe der Acrylsäure verbunden ist als sogenannter Rest (R) eine Kohlenwasserstoffkette, die ungesättigte Doppelbindungen (C=C) aufweist, worauf die Neigung zur Polymerisation beruht. Die Methacrylsäure, auch Methylpropensäure oder Isobutensäure genannt, ist ebenfalls eine ungesättigte Monocarbonsäure, die im Unterschied zur Acrylsäure eine Methylgruppe (-CH3) aufweist bzw. die sich, wie Frankland/Duppa 1865, 13 es ausdrückten, „von der Acrylsäure durch die Ersetzung von 1 At. Wasserstoff in derselben durch 1. At. Methyl ableitet“. Die Rede ist von dem englischen Chemiker Edward Frankland (1825-1899), promoviert in Marburg, und seinem Mitarbeiter Baldwin Francis Duppa (1828-1873). Das Duo zählt zu den ersten Forschern, die sich eingehend mit der Acrylsäure-Reihe beschäftigten: „Dass diese Reihe vergleichungsweise so vernachlässigt worden ist, beruht ohne Zweifel darauf, dass die zu ihr gehörigen Säuren [...] nur wenig Verknüpfungspunkte nach anderen Familien organischer Verbindungen hin boten, von welchen aus sich eine wahrscheinliche Hypothese über ihre innere Architectur hätte bilden lassen.“ (ebd., 1) Die beiden Engländer versuchten sich an der „Umwandlung der Säuren aus der Milchsäure-Reihe in die der Acryl-Reihe“ (ebd., 1) und berichteten darüber in den „Annalen der Chemie und Pharmacie“: „Die Umwandlung der Säuren aus der Milchsäure-Reihe in Säuren aus der Acrylsäure-Reihe stellt eine sehr einfache Beziehung zwischen beiden Reihen fest; in der That ist gezeigt worden, dass das Wegnehmen der Elemente von 1 At. Wasser aus dem basylen Theil einer Säure aus der Milchsäure-Reihe die Umwandlung dieser Säure in die entsprechende aus der Acrylsäure-Familie bedingt“ (ebd., 25). Die Methacrylsäure zu erhalten gelang ihnen, indem sie den Ethylether der – zur Milchsäure-Reihe zählenden – Dimethoxalsäure (Isobuttersäure) mit Phosphorpentachlorid zur Reaktion brachten. Die „farblose durchsichtige, sehr leicht bewegliche Flüssigkeit, welche den ekelerregenden Geruch abgewelkter Pilze in sehr hohem Grade besitzt“ (ebd., 12), bestimmten Frankland und Duppa als „die Äthylverbindung der Methacrylsäure“ (ebd., 13). Diese „wird durch kochende alkoholische Kalilösung leicht zersetzt, unter Bildung von Alkohol und dem Kaliumsalz der Methacrylsäure [...]. Dieses Kaliumsalz giebt bei der Destillation mit überschüssiger verdünnter Schwefelsäure freie Methacrylsäure, die zuerst als ölige Schichte an der Oberfläche des Destillats aufschwimmt, sich aber in dem zugleich mit ihr übergehenden Wasser auflöst.“ (ebd., S. 13) Über die Polymerisation der Methacrylsäure zu einer festen harzigen Substanz berichtete 1877 Rudolph Fittig (1835-1910), Professor der Chemie an der Universität Tübingen, zusammen mit seinem Schüler Ludwig Paul. Sie hatten festgestellt, dass „bei jeder neuen Destillation, vielleicht in Folge der Gegenwart von etwas Phosphorchlorür oder Salzsäure, sich ein Theil (der Methacrylsäure, Red.) zersetzte und ein weißes harziges Zersetzungsproduct im Destillationsgefäß zurückblieb“ (Fittig/Paul 1877, 55). Paul hatte bereits im Jahr zuvor in seiner Dissertation die „harzigen Zersetzungsprodukte( ) der Methacrylsäure“ erwähnt, die „wahrscheinlich als Polymere derselben anzusehen sind“ (Paul 1876, 27-28), und klargestellt: „Dass aber die Salzsäure nicht allein polymerisirend wirkt, sondern noch andere unaufgeklärte Bedingungen obige Veränderungen herbeiführen, beweist schon die Thatsache, dass sich selbst nach Entfernung der Salzsäure [...] harzige Produkte bei der Destillation abschieden. Zudem tritt dasselbe bei [...] Operationen ein, wo die in Arbeit genommenen Körper nicht mit Salzsäure in Berührung kommen.“ (ebd., 13) Kahlbaums Lichtpolymerisat In der Literatur der Zeit wurden Acrylsäuremethylester (Methylacrylat, C4H6O2) und Methacrylsäuremethylester (Methylmethacrylat, C5H8O2) nicht immer eindeutig abgegrenzt, was ihrem synonymen Gebrauch Vorschub leistete. Expressis verbis über polymere Acrylsäuremethylester forschte der deutsche Chemiker Georg Wilhelm August Kahlbaum (1853-1905), der ab 1876 in Basel wirkte, zunächst in einem aus eigenen Mitteln errichteten Privatlaboratorium, ab 1892 dann als Professor an der Basler Universität. In die Zeit vor seiner Lehrtätigkeit fällt seine Veröffentlichung über Polymethylacrylat: „Zum Zweck physikalischer Untersuchungen habe ich zu verschiedenen Malen [...] Acrylsäuremethylester dargestellt, der in mehreren gut verschlossenen Gefässen aufbewahrt wurde; der Ester war anfangs eine leicht bewegliche bei 85° siedende Flüssigkeit von durchdringendem, zu Thränen reizendem Geruch. Nach Verlauf von 6 Monaten zeigte er sich unverändert, war aber kurze Zeit später in eine gallertartige von blasenförmigen Zahlräumen durchsetzte Masse übergegangen, ohne im mindesten seine Durchsichtigkeit einzubüssen. Aehnliche Umwandlungen sind unter den ungesättigten Verbindungen, besonders den Acrylsäurederivaten nicht selten; (Bernhard, Red.) Tollens (1841-1918, Red.) [...] hat sie beim Allylester dieser Säure nachgewiesen, konnte sie jedoch beim Methylester nicht herbeiführen.“ (Kahlbaum 1880, 2348) Eine gallertartige von blasenförmigen Zahlräumen durchsetzte Masse – aus dieser Angabe „konnte die Verwendbarkeit des Polymerisats [...] als technisch brauchbarer, vielseitig anwendbarer geformter Kunststoff nicht geschlossen werden“, wird es später im Begleittext zum Deutschen Reichspatent 656421 heißen, das der Röhm & Haas AG in Darmstadt am 7. Februar 1928 erteilt wurde und die Überschrift „Geformte Kunststoffe aus Polyacrylsäure, ihren Verbindungen oder Mischungen derselben“ trägt. Weiter heißt es dort: „Aus den durchsichtigen Teilen dieser festen Masse ließ Kahlbaum ein Prisma schleifen, mit dem er optische Messungen durchgeführt hat. Später brachte er den Ester in einem Glasprisma durch Belichtung zum Erstarren.“ Auch wenn es sich bei Kahlbaums Lichtpolymerisat um Polyacrylsäuremethylester, nicht um Polymethacrylsäuremethylester handelte – oder mit heutigen Termini: um Polymethacrylat (PMA), nicht um Polymethylmethacrylat (PMMA) –, wirft es einen Vorschein auf Plexiglas. Bei der Lichtpolymerisation entstehen nämlich „ausschließlich hochmolekulare Produkte“ (Ackermann 1967, 109), die nicht verseifbar sind, ergab eine Nachuntersuchung von Dr. Walter Hermann Bauer (1893-1968), der bei Röhm & Haas 26 Jahre als Chemiker angestellt war und als Leiter des dortigen Forschungslabors sein berufliches Wirken der Acrylatchemie widmete. Für die Polymer-Pioniere Ende des 19. Jahrhunderts sprach zunächst nichts dafür, ausgerechnet bei der Methacrylsäure anzusetzen; im Fokus stand die Acrylsäure. Über deren „freiwillige( ) Umwandlung“ hatte Eduard Linnemann (1841-1886), Professor für allgemeine und pharmazeutische an der Universität Lemberg, am 1. Juni 1872 in den „Annalen der Chemie und Pharmacie“ mitgeteilt: „Das Product [...] schwillt in Wasser und Alkohol allmälig auf, um sich als eine dem Gummi vergleichbare Säure zu lösen.“ (Linnemann 1872, 369) Der schon erwähnte Chemiker Tollens und sein Schüler W. A. Caspary berichteten 1873 in derselben Zeitschrift über die Lichtpolymerisation des Acrylsäureallyläthers: „(B)ei gewöhnlicher Temperatur wandelt sich nach einiger Zeit, besonders im Sonnenlicht, der Ester in einen klaren harten durchsichtigen Körper um.“ (Caspary/Tollens 1873, 251) Zehn Jahre später beobachtete Felix Weger (1859-?), Doktorand an der Universität Königsberg, die „Bildung dieser eigentümlichen Modifikation der Akrylsäureester [...] am Methyl-, Äthyl- und Propylester“ (Röhm 1901, 11-12). Otto Röhms Doktorarbeit Noch war der Prozess der Polymerisation weitgehend undurchschaut und ließ sich entsprechend nicht beherrschen. Gleichwohl versprachen sich immer mehr Chemiker – nach den Erfolgen mit Gummi, Zelluloid und Galalith – reiche Früchte davon, auf dem eingeschlagenen Weg Kurs zu halten und zusätzliche Forschungsanstrengungen zu unternehmen. Der Tübinger Chemieprofessor Hans Freiherr von Pechmann (1850-1902) etwa witterte im Polyacrylsäuremethylester das Potenzial, technische Bedeutung zu erlangen. Pechmann war es gelungen, mithilfe von alkoholfreiem Natriumalkoholat „die Ester ungesättigter Säuren unter Kohlenstoffbindung zu höher molekularen Verbindungen zu polymerisieren“ (Röhm 1901, 8). Daraufhin betraute er seinen 24-jährigen Studenten Otto Röhm mit einer Doktorarbeit auf diesem Gebiet, um „festzustellen, wie sich der Akrylsäureester bei Behandlung mit Natriumalkoholat verhält“ (ebd., 9). Die Untersuchung ergab, dass sowohl der Acrylsäuremethylester als auch der Acrylsäureäthylester polymerisieren, wobei „der Methylester leichter in die feste Form übergeht als der Äthylester“ (ebd., 12). Röhm konzentrierte sich daher im Weiteren auf den Methylester und dessen feste Modifikation, erzeugt durch das Zusammenwirken von Licht und Wärme (ebd., 25). Er charakterisierte sie als „farblose, durchsichtige, sehr elastische, nur noch schwach nach dem flüssigen Ester riechende Masse“ (ebd., 12), deren physikalische Eigenschaften irgendwo „zwischen einem zähen, biegsamen Glas und einem steifen Kautschuk“ (Trommsdorff 1976, 193) anzusiedeln waren. Bauer deutete dieses „bisher noch nicht beschriebene( ) feste( ) spröde( ) Produkt“ aufgrund seiner Nachuntersuchung zwölf Jahre nach Röhms Tod als nieder- bis mittelmolekulares ionisches Polymerisat, das nicht mit Kahlbaums hochmolekularem Lichtpolymerisat verwechselt werden durfte, wie es laut Bauer dem jungen Röhm unterlaufen sei (Ackermann 1967, 109): „Dem Experimentator, der die Langsamkeit der Lichtpolymerisation [...] kennt, fällt die außergewöhnliche Geschwindigkeit auf, mit der sich hier [...] das Polymerisationsprodukt bildet. Es handelt sich augenscheinlich um eine Ionenkettenpolymerisation.“ (ebd., 110) Als die Dissertation im August 1901 der Prüfungskommission der Universität Tübingen vorlag, war Pechmann nicht mehr Röhms Doktorvater. Der Gelehrte war infolge einer Angstdepression – die damalige ärztliche Diagnose lautete „schwere Melancholie“ – aus dem Dozentenkreis ausgeschieden, woraufhin Professor Carl Bülow (1857-1933) das chemisch-pharmazeutische Institut samt Pechmanns Doktoranden übernommen hatte. Im November 1901 erhielt Röhm „magna cum laude“ den Doktortitel. Hatte ihm Pechmann in gesunden Tagen noch eine Assistentenstelle und damit eine Universitätskarriere in Aussicht stellen können (Edschmid 1957, 16), zerschlug sich diese Perspektive endgültig am 19. April 1902, als der nervlich zerrüttete Professor sich das Leben nahm. Röhm legte seine Dissertation in die Schublade, um erst zehn Jahre später wieder an ihre Ergebnisse anzuknüpfen – nicht mehr als Wissenschaftler, sondern als Unternehmer. In der Zwischenzeit hatte er nämlich zusammen mit dem Bankkaufmann Otto Haas (1872-1960), Schwabe wie er, anno 1907 in Eßlingen die Chemiefabrik Röhm & Haas OHG gegründet und 1909 ins hessische Darmstadt verlegt. Hier produzierte und vertrieb Röhm eine von ihn entwickelte enzymatische Lederbeize, die weltweit auf stetig wachsende Nachfrage stieß und so das Unternehmen auf eine solide wirtschaftliche Basis stellte, was Röhm befähigte, ab 1911 im firmeneigenen Laboratorium die Forschungen zur Acrylchemie wiederaufzunehmen. Auf dem Weg zum „Estergummi“ Im Vordergrund stand nun das unternehmerische Ziel, einen Kunststoff mit Eigenschaften zu entwickeln, die ihn marktfähig machten und geeignet erscheinen ließen, andere Werkstoffe bei Bedarf zu ersetzen oder gänzlich zu verdrängen, weil er ihnen überlegen war. Eine Vision, die als „Estergummi“ (Edschmid 1957, 51) auf den Begriff gebracht wurde, angespornt von den Erfolgen russischer und deutscher Chemiker, die künstlichen Kautschuk geschaffen hatten. 1899 synthetisierte Iwan Lawrentjewitsch Kondakow (1857-1931) Dimethylbutadien und gewann daraus 1901 den ersten vollsynthetischen Kautschuk. Dr. Fritz Hofmann (1866-1956) führte diese Arbeiten in den Elberfelder Farbenfabriken weiter und erzeugte im Jahre 1909 unter Hitze und Druck aus Dimethylbutadien den sogenannten Methylkautschuk, der sich als stabiler erwies als das Kondakow’sche Autopolymerisat (Röker 2007, 202). Zuvor hatte Hofmann bereits von ihm synthetisiertes Isopren, dessen natürliches Pendant in kautschukhaltigen Pflanzen vorkommt, zu künstlichem Kautschuk polymerisiert. Der polymere Acrylsäuremethylester, wie er von Kahlbaum durch Lichtpolymerisation erhalten wurde, unterschied sich vom künstlichen Kautschuk durch höhere Plastizität, geringere Elastizität, Wasserempfindlichkeit und Klebrigkeit. Der Naturkautschuk wies ähnliche Mängel auf, war aber durch Vulkanisation (Umwandlung in Gummi mithilfe von elementarem Schwefel) genügend elastisch und dadurch technisch brauchbar geworden. Röhm kam deshalb auf die Idee, den Polyacrylsäuremethylester ebenfalls zu vulkanisieren. Auf das „Verfahren zur Herstellung eines Produkts mit den Eigenschaften des vulkanisierten Kautschuks“ erhielt er am 31. Januar 1912 das Deutsche Reichspatent 262707. In der ihn als Erfinder ausweisenden Patentschrift wird ausgeführt: „Es wurde gefunden, daß man auch den durch Polymerisieren in eine elastische Masse übergeführten Akrylsäureester durch die bekannten Methoden der Vulkanisierung in einen technisch verwertbaren Kautschukersatz überführen kann. Dieser Erfolg war bei der chemischen Verschiedenheit der Akrylsäureester einerseits und des Isoprens andererseits nicht vorauszusehen. Gegenüber dem Verfahren der Kautschukgewinnung aus Isopren usw. hat das vorliegende Verfahren den Vorzug größerer Billigkeit. Denn das Ausgangsprodukt bei Isopren ist das teure Terpentinöl, beim Akrylsäureester dagegen das weit billigere Glyzerin bzw. Milchsäure und ähnliche Verbindungen. Die durch Vulkanisation der Akrylsäureester hergestellte Masse bietet die gleichen Verwendungsmöglichkeiten wie die aus natürlichem Kautschuk erhaltene.“ Um die Vulkanisation des polymeren Acrylsäureesters durchzuführen, wurde bei Röhm & Haas in Darmstadt eigens ein Versuchswalzwerk eingerichtet (Ackermann 1967, 16). Doch es ist Wasser in den Wein zu gießen, denn das Patent war technisch nicht verwertbar: „Die polymeren Acrylester lassen sich im Gegensatz zu Kautschuk nicht vulkanisieren. Dies ist verständlich, da die polymeren Acrylester gesättigte Verbindungen darstellen, also keine ungesättigten Bindungen enthalten, an die Schwefel angelagert werden kann.“ (ebd., 13) Walter Bauer stellte Röhm, seinem einstigen Chef, in der Rückschau kein gutes Zeugnis aus: „Der Polyacrylester hat äußerlich eine ähnliche Beschaffenheit wie Natur- und Kunstkautschuk. Es war also naheliegend anzunehmen, daß auch der Polyacrylester sich mit Schwefel zu einem technisch brauchbaren Vulkanisationsprodukt verarbeiten lassen müsse. Wir haben es hier also mit einer Eingebung des menschlichen Geistes zu tun, die von vornherein vernünftig zu sein scheint. Aber der Polyacrylester hat einen anderen molekularen Aufbau, und infolgedessen läßt er sich nicht [...] mit Schwefel vulkanisieren, wie das Experiment zeigt. Dem Patent fehlte damit seine technische Durchführbarkeit. Vom Patentamt hätte es nicht erteilt werden dürfen. Ohne Hinweise auf seine Unbrauchbarkeit ist dieses Patent immer wieder in der Literatur usw. herausgestellt und der Eindruck einer erfinderischen Leistung erweckt worden.“ (ebd., 239) Um aus dieser Sackgasse herauszugelangen, konzentrierte sich Röhm wieder auf die Syntheseversuche für den Acrylsäureester, stellte 1915 über zwanzig verschiedene Synthesewege zusammen und legte sie seinen Chemikern als Programm vor (Edschmid 1957, 51). Den Ester im Labor zu gewinnen, war schließlich etwas völlig anderes, als ihn für industrielle Zwecke bereitzustellen; hier galt es, auf möglichst ökonomische Weise ein quantitativ wie qualitativ überzeugendes Substrat für die Polymerisation zu erzeugen und darüber hinaus ein Polymerisationsverfahren für ein wirklich markttaugliches Produkt zu entwickeln. Der Erste Weltkrieg ließ die Forschungsarbeiten auf dem Acrylgebiet unweigerlich erlahmen, sodass sie erst ab 1918 mit ganzem Einsatz fortgeführt werden konnten. Bis die Chemiefabrik Röhm & Haas sich mit dem Patent „Kunststoff“ (DRP 656642), gemeint war Polymethylmethacrylat, schmücken konnte, sollte es trotzdem bis 1928 dauern. ( Wird fortgesetzt !) Teil 2 der Serie Literatur Katharina Ackermann (Bearb.): Dr. Walter H. Bauer und seine 67 Deutschen Reichspatente. Leistungen und Erfahrungen eines deutschen Forschungschemikers, zusammengestellt nach Dokumenten. Jugenheim/Bergstraße: Selbstverlag 1967, 264 S. W. Caspary: Ueber Acrylsäure und Acrylsäure-Aether. Diss. Göttingen 1873, 30 S. W. Caspary und B[ernhard] Tollens: Ueberführung der β-Bibrompropionsäure in Acrylsäure. In: Annalen der Chemie und Pharmazie 167 (1873), S. 240-257 Kasimir Edschmid: In memoriam Otto Röhm. Zum 50jährigen Bestehen der chemischen Fabrik Röhm & Haas Darmstadt. Darmstadt: Carl Winter 1957, 75 S. R[udolph] Fittig und L[udwig] Paul: Untersuchungen über die ungesättigten Säuren. Über die Methacrylsäure. In: Justus Liebig’s Annalen der Chemie 188 (1877), S. 52-59 E[dward] Frankland und B[aldwin] F[rancis] Duppa: Untersuchungen über Säuren aus der Acrylsäure-Reihe. In: Annalen der Chemie und Pharmacie 136 (1865), S. 1-31 Georg W. A. Kahlbaum: Ueber polymere Acrylsäuremethylester. In: Berichte der Deutschen chemischen Gesellschaft 13 (1880), S. 2348-2351 Eduard Linnemann: Vorläufige Mittheilungen. In: Annalen der Chemie und Pharmacie 163 (1872), S. 369-370 Ludwig Paul: Untersuchungen über die Methacrylsäure und eine neue aus der Citronensäure entstehende Säure, Diss. Tübingen 1876, 41 S. Otto Röhm: Ueber Polymerisationsprodukte der Akrylsäure. Diss. Tübingen 1901, 33 S. Röhm & Haas AG: Plexiglas – ein neuartiger Werkstoff mit außergewöhnlichen Eigenschaften. o. O.: o. V. o. J. (1938), 27 S. Klaus-D. Röker: Die ersten Versuche zum Einsatz von künstlichem Kautschuk. In: Gesellschaft Deutscher Chemiker – Fachgruppe Geschichte der Chemie (Hg.): Mitteilungen 19 (2007), S. 199-216 Ernst Trommsdorff: Dr. Otto Röhm. Chemiker und Unternehmer. Düsseldorf und Wien: Econ 1976, 294 S. Felix Weger: Untersuchung gesättigter und ungesättigter Ester und einiger verwandter Verbindungen. In: Justus Liebig’s Annalen der Chemie 221 (1883), S. 61-107

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  • Böden in Schweizer Naturschutzgebieten enthalten beträchtliche Mengen Mikroplastik

    Grosser Mikroplastik (1-5mm), Mineralpartikel und Pflanzenreste aus einem Auenboden an der Maggia (TI). Abb. Geographisches Institut der Universität Bern Es ist eine der ersten Forschungen über das Vorkommen von Mikroplastik in Böden überhaupt: Wissenschaftler der Universität Bern haben Auenböden in Schweizer Naturschutzgebieten auf Mikroplastik untersucht und wurden fündig. Sie schätzen, dass in den obersten fünf Zentimeter der Auen rund 53 Tonnen Mikroplastik liegen. Selbst viele Böden entlegener Berggebiete sind mit Mikrokunststoff kontaminiert. Die Bilder von Mikroplastik verseuchten Weltmeeren und Binnenseen sind nicht neu. Beinahe unbekannt ist hingegen, dass auch Böden mit Mikrokunststoffen kontaminiert sind. Das Problem: Bisher fehlten Methoden, um die kleinsten Plastikteilchen in einem Boden messen und quantifizieren zu können. Die Forscher des Geographischen Instituts der Universität Bern haben deshalb eine neue Methode entwickelt und zum ersten Mal in der ganzen Schweiz von Genf bis Graubünden 29 Auenböden untersucht. Fast alle Naturschutzgebiete betroffen Auch aus kleinen Luftballons wird irgendwann Mikroplastik: Ballonreste in einem Auenboden im Vallée de Joux (VD). Abb. Geographisches Institut der Universität Bern "Obwohl die Standorte in Naturschutzgebieten liegen, wurden in 90 Prozent der Böden Mikroplastik gefunden", sagt Moritz Bigalke, einer der Ko-Autoren der Studie vom Geographischen Institut der Universität Bern. Selbst in vielen abgelegenen Berggebieten konnten Mikrokunststoff-Teilchen nachgewiesen werden – ein Indiz, dass Mikroplastik über die Luft transportiert wird. Die Forscher schätzen die Menge Mikroplastik in den obersten 5 cm der Schweizer Auenböden auf 53 Tonnen. Diese Ergebnisse wurden kürzlich im Journal Environmental Science and Technology publiziert. Die grössten Konzentrationen von Mikroplastik treten dort auf, wo grösserer Plastikmüll im Boden gefunden wurde. Hier entsteht Mikroplastik wahrscheinlich durch die Zerkleinerung von grösseren Plastikteilen. Allerdings findet sich auch in vielen Böden ohne grössere Plastikteile Mikroplastik. Dieses Mikroplastik ist äusserst fein (< 0,5 mm Durchmesser), unterscheidet sich in seiner Zusammensetzung (Art des Kunststoffs) von dem grösseren Plastikmüll und kommt selbst in einigen abgelegenen Berggebieten vor. Darüber hinaus konnten die Forscher einen Zusammenhang zwischen der Bevölkerung in dem Einzugsgebiet des Flusses, der durch die Aue fliesst, und der Konzentration von Mikroplastik im Boden nachweisen: Je mehr Personen in dem Gebiet leben, desto stärker kontaminiert sind die Böden. "Diese Befunde sind alarmierend", erklärt Ko-Autor Michael Scheurer. Denn: "Neue Studien deuten darauf hin, dass Mikroplastik im Boden zum Beispiel Regenwürmer töten kann." Da Regenwürmer im Boden wichtige Funktionen erfüllen, könnte dadurch auch die Bodenfruchtbarkeit beeinträchtigt werden. Auswirkungen auf Pflanzen und Nahrungskette unbekannt Was die genauen Auswirkungen auf Pflanzen und die Bodenfruchtbarkeit sind und wie der Transport über Nutzpflanzen in die menschliche Nahrungskette im Detail geschieht, ist indes unerforscht. Hochrechnungen gehen davon aus, dass allein die Menge Mikroplastik, die mit Klärschlämmen jährlich in den Boden gelangt, grösser ist, als die Menge, die in den Weltmeeren landet. Der Forschungsbedarf in diesem noch jungen Feld ist also gross, da viele Fragen offen sind. Zumal davon auszugehen ist, dass die von den Forschern gemessenen Mikroplastikkonzentrationen in den Auen wesentlich geringer sind als in anderen – zum Beispiel landwirtschaftlichen – Böden. Moritz Bigalke sagt: "So besteht etwa Forschungsbedarf zur Frage, wie sich Mikroplastik auf die Nahrungsmittelproduktion auswirkt und ob es in die Nahrungskette gelangen kann." Referenz Scheurer, M., Bigalke, M.: Microplastics in Swiss floodplain soils, Environmental Science and Technology, 2018, 52 (6), doi:10.1021/acs.est.7b06003, https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.est.7b06003

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  • Verbesserte Stabilität von Kunststoff-Leuchtdioden

    Orange emittierende Kunststoff-Leuchtdiode. Abb. MPIP Polymer-Leuchtdioden (PLEDs) sind attraktiv für den Einsatz in großflächigen Displays und Lichtpanelen, aber ihre begrenzte Stabilität verhindert die Kommerzialisierung. Wissenschaftler aus dem Max-Planck-Institut für Polymerforschung (MPIP) in Mainz haben jetzt die Ursachen der Instabilität aufgedeckt. Bildschirme und Smartphones, die gerollt und hochgeklappt werden können, sind Anwendungen, die in Zukunft durch die Entwicklung von polymerbasierten Halbleitern möglich werden. Die Elektronik aus diesen leitenden Kunststoffen ebnet den Weg für erschwingliche, flexible und druckbare elektronische Bauteile. Ein wesentliches Hindernis für die Markteinführung von lichtemittierenden Dioden auf Kunststoffbasis (PLEDs) ist ihre relativ begrenzte Stabilität. Nach einigen Monaten Dauerbetrieb beginnt ihre Lichtleistung zu sinken. Trotz vieler Untersuchungen sowohl in der Industrie als auch in akademischen Laboratorien ist die Ursache dieses Degradierungseffektes nur wenig verstanden. Forscher am Max-Planck-Institut für Polymerforschung (MPIP) haben kürzlich den Mechanismus entdeckt, der den PLED-Abbau und damit die Instabilität verursacht. Während der Degradierung werden Defekte (Fehlstellen) gebildet, die den von der positiven Elektrode injizierten Strom stark reduzieren. Darüber hinaus führen diese Fehlstellen zu unerwünschten Verlusten bei den Lichterzeugungsprozessen. Die Untersuchungsergebnisse sind in der neuen Ausgabe der wissenschaftlichen Zeitschrift Nature Materials veröffentlicht. Werden nun Mischungen aus zwei verschiedenen Polymeren (Kunststoffen) verwendet, verringert sich der Einfluß und die Wirkung der Fehlstellen stark und führen zu einer verbesserten Stabilität der PLEDs. Professor Paul Blom, Direktor am Max-Planck-Institut für Polymerforschung und Leiter der Abteilung für molekulare Elektronik, und sein Forschungsteam sind zuversichtlich, dass die verbesserte Stabilität die Anwendbarkeit von Kunststoff-Leuchtdioden erhöhen wird.

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  • Polymere mit Chamäleon-Effekt

    Quelle: istock / Isaack74 Implantate kommen immer dann zum Einsatz, wenn verlorene Körperteile oder -funktionen zu ersetzen sind. Dieser Versuch hinkt in der Regel, denn kein Forscher ist bislang in der Lage, in diesem Punkt Mutter Natur eins zu eins zu kopieren. Allerdings kommen Wissenschaftler immer wieder auch mit Erfindungen um die Ecke, die einen Stauen manchen. Zum Beispiel jener eines synthetischen Polymers, dessen Eigenschaftsprofil dem von biologischen Gewebe sehr ähnelt und das unter Bewegung wie ein Chamäleon die Farbe wechselt – und das Experten über interessante neue Anwendungen spekulieren lässt. Biologische Gewebe besitzen komplexe mechanische Eigenschaften. Sie können weich und gleichzeitig stark sein, zäh und dennoch flexibel. Das Eigenschaftsprofil natürlicher Materialien lässt sich mit entsprechenden Kreationen aus dem Labor vielleicht annähernd realisieren, in der Regel aber kaum naturgetreu nachbauen. Einem internationalen Team von Wissenschaftlern ist es nun aber gelungen ein biokompatibles Material herzustellen, das die Mechanik von natürlichem Gewebe nachahmt und seine Farbe Chamäleon-artig zu wechseln vermag, so es seine Form ändert. Von ihrer Entdeckung versprechen sich die Wissenschaftler die Entwicklung neuer biomedizinischer Geräte. Molekülstruktur (l.) eines Plastomers (= Thermoplaste; Kunststoffe, die sich bei bestimmten Temperaturen verformen lassen) R.: Struktur eines Moleküls, hergestellt durch die Verbindung identischer Plastomere. (Abb. M. Vatankhah-Varnosfaderani et al.) Um ein medizinisches Implantat herzustellen, braucht es Materialien, deren mechanische Eigenschaften annährend vergleichbar sind mit jenen biologischen Geweben, in denen sie eingesetzt werden sollen, um Entzündungen oder Nekrosen zu verhindern. Eine Anzahl von Geweben, einschließlich der Haut, der Darmwand und des Herzmuskels, haben die Besonderheit, weich zu sein, wenn sie gestreckt werden. Bis jetzt war es unmöglich, dieses Verhalten mit synthetischen Materialien zu reproduzieren. Die Forscher haben versucht, dies mit einem einzigartigen Polymerwerkstoff zu erreichen. Bei diesem Kunststoff handelt es sich um ein sogenanntes Blockcopolymer bestehend aus drei unterschiedliche Monomeren. Sie synthetisierten ein physikalisch vernetztes Elastomer, das aus einem zentralen Block besteht, auf den Seitenketten (wie eine Flaschenbürste) aufgepfropft sind und an deren Ende sich lineare Anschlussblöcken befinden. Wie die Wissenschaftler herausgefunden haben, besitzt das Material bei sorgfältiger Auswahl der strukturellen Polymerparameter die gleiche Dehnungseigenschaft wie ein biologisches Gewebe, in diesem Fall wie Schweinehaut. Obendrein sei es biokompatibel, da es keine Zusätze, etwa Lösungsmittel, enthält und auch in Gegenwart von biologischen Flüssigkeiten stabil bleibt. Die Fähigkeit von Chamäleons, die Farbe ihrer Haut zu wechseln, fasziniert seit jeher die Wissenschaft. (Abb. Stock / Sensor Spot) Eine andere Eigenschaft zeigte das Material in der Experimentierphase: Wurde es verformt, veränderte es seine Farbe. Laut den Wissenschaftlern lässt sich der Farbwechsel dem physikalischen Phänomen der Lichtstreuung zuschreiben, die von der Polymerstruktur verursacht wird. Mittels verschiedener spektroskopischer Analysenverfahren ließ sich zeigen, dass sich die endständigen Blöcke der Copolymere in nanometerkleinen kugeligen Gebilden in einer Bürsten-Polymer-Matrix verteilt ansammeln. Auftreffendes Licht tritt mit dieser mikrophasenseparierten Struktur in Wechselwirkung und erzeugt, entsprechend dem Abstand zwischen den Kugeln, unterschiedliche Farben. Wird das Material gedehnt, ändert sich die Farbe. Dieser Mechanismus ist ansatzweise der, mit dem Chamäleons die Farbe ändern. Den Forschern ist es damit gelungen, sowohl die mechanischen Eigenschaften, also die Flexibilität und das Dehnungsprofil, als auch die optischen Eigenschaften, die bisher nicht erreicht wurden, in einem einzigartigen synthetischen Polymer mit Hilfe von miteinander zu Blockcopolymeren verbundenen Monomere regelrecht zu codieren. Durch Einstellen der Länge oder Dichte der verschiedenen Seitenketten des "Pinsels" lassen sich die Eigenschaften modulieren. Diese Entdeckung, sind die Wissenschaftler überzeugt, könnte zur Entwicklung neuartiger medizinische Implantate oder individuellerer Prothesen wie Gefäßimplantaten, Intraokularimplantaten oder künstlichen Bandscheiben führen, aber auch zu Materialien mit völlig neuen Belastungsprofilen für bisher nicht beschriebene Anwendungen. Referenz Chameleon-like elastomers with molecularly encoded strain-adaptive stiffening and coloration. M. Vatankhah-Varnosfaderani, A.N. Keith, Y. Cong, H. Liang, M. Rosenthal, M. Sztucki, C. Clair, S. Magonov, D.A. Ivanov, A.V. Dobrynin, S.S. Sheiko. Science, 30 March 2018. DOI : 10.1126/science.aar5308

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  • Bitte keine Kunststoffe in Bioabfälle

    Kunststoffpartikel in Dünger aus organischen Abfällen: (A) Polystyrol-Partikel. (B und C) Polyethylen-Fragmente. (D) Polyamid-Partikel. (E) PET-Faser. (F) Polystyrol-Fragment. Abbildung: Sarah Piehl Privathaushalte, die in ihren Biotonnen neben organischen Abfällen auch Plastik entsorgen, tragen zur steigenden Umweltbelastung durch Kunststoffe bei. Denn viele kommunale Anlagen gewinnen aus diesen Abfällen Biogas und verarbeiten die Rückstände zu organischem Dünger. Trotz umweltschonender Verfahren verbleiben regelmäßig kleinste Kunststoffpartikel im Dünger und gelangen dadurch in Böden und Gewässer. Darauf weist eine Studie der Universität Bayreuth hin, die jetzt in Science Advances erschienen ist. Die Studie ist aus einer engen interdisziplinären Kooperation unter der Leitung von Prof. Dr. Ruth Freitag (Bioprozesstechnik) und Prof. Dr. Christian Laforsch (Tierökologie) hervorgegangen. Dabei wurden verschiedene Biogasanlagen unter anderem daraufhin untersucht, wie sich die Herkunft der organischen Abfälle, aber auch die Anlagentechnik auf den Kunststoffgehalt des produzierten Düngers auswirken: Falls der größte Anteil der organischen Abfälle aus privaten Haushalten stammt, ist die Zahl der darin enthaltenen Kunststoffpartikel auffallend hoch. Die meisten dieser Teilchen bestehen aus Polystyrol oder aus Polyethylen, also aus Materialien, die häufig für Verpackungen von Lebensmitteln und anderen Konsumartikeln verwendet werden. Oft sieht man den Partikeln an, dass es sich um Fragmente von Tüten, Beuteln und anderen Behältern handelt, die durch ‚Fehlwürfe’ in die Biotonnen hineingeraten sind. Selbst wenn die Rückstände der Vergärung in den Biogasanlagen sorgfältig gesiebt werden, können Kunststoffpartikel mit einem Durchmesser von wenigen Millimetern dadurch nicht entfernt werden. Die Partikel bleiben im Dünger enthalten. Biogasanlagen, die ausschließlich organische Abfälle aus Industrie und Handel verwerten, haben es hingegen mit einem auffallend hohen Anteil von Polyestern zu tun. Diese Kunststoffe stammen in vielen Fällen offenbar aus Behältern und Schutzmaterialien, die bei der Verpackung und beim Transport großer Mengen von Früchten und Gemüse zum Einsatz kommen. Völlig anders sieht es bei Anlagen aus, die sich bei der Erzeugung von Biogas allein auf nachwachsende Rohstoffe stützen. Hier haben die Bayreuther Forscher keine oder nur sehr wenige Kunststoffpartikel in den Gärresten entdecken können. Ähnlich verhält es sich mit Anlagen, die das Gas aus der in landwirtschaftlichen Betrieben anfallenden Gülle gewinnen. Kunststoffpartikel sind hier – wenn überhaupt – nur sehr vereinzelt anzutreffen. Wie die Studie zeigt, werden die Plastikanteile im Dünger nicht allein von der Herkunft der organischen Abfälle bestimmt. Weitere Faktoren, die den Grad und die Art der Verunreinigung wesentlich beeinflussen, sind die Aufbereitung der Abfälle vor der Vergärung und die weitere Bearbeitung der Gärreste. „Es ist mit einem gewissen Aufwand möglich, Fremdkörper wie Kunststoffe, Metalle oder Glas bereits vor der Vergärung aus dem Gärgut auszusortieren. Besser wäre es natürlich, sie gar nicht erst in den Bioabfall zu werfen“, erklärt Prof. Dr. Ruth Freitag. „Organische Abfälle sind eine wichtige Ressource in einer verantwortungsbewussten Kreislaufwirtschaft, die es auch zukünftig offensiv zu nutzen gilt. Unsere Studie zeigt, dass eine Verunreinigung mit Mikroplastikpartikeln weitgehend vermeidbar ist. Hierfür müssen aber Bürger und Anlagenbetreiber verantwortlich handeln“, so die Bayreuther Expertin für Bioprozesstechnik. Die steigende Belastung der Umwelt durch Kunststoffe ist schon seit mehreren Jahren ein Forschungsschwerpunkt an der Universität Bayreuth. Eine Forschungsgruppe um den Ökologen Prof. Dr. Christian Laforsch hat hier unter anderem detaillierte Untersuchungen zur Mikroplastik-Belastung von Flüssen und Seen in Deutschland durchgeführt. „Damit wir den Folgen dieser bedenklichen Entwicklung auf die Spur kommen und ihnen durch geeignete Maßnahmen begegnen können, müssen wir zunächst einmal wissen, auf welchen Wegen die Kunststoffpartikel in die Ökosysteme gelangen. Diese Frage stand auch am Anfang unserer neuen Studie über organischen Dünger aus Bioabfällen. Die Ergebnisse zeigen beispielhaft, dass alle Bürger in ihrem eigenen häuslichen und kommunalen Umfeld einen Beitrag für den Naturschutz und eine ökologische Kreislaufwirtschaft leisten können“, betont der Bayreuther Wissenschaftler. Die neue Studie berücksichtigt nur Mikroplastikpartikel, die zwischen fünf und einem Millimeter groß sind. Kleinere Partikel wurden nicht untersucht, sind aber möglicherweise ebenfalls an der Verunreinigung organischer Abfälle beteiligt. Ausgehend von den jetzt erhobenen Daten enthält eine Tonne Kompost aus Haushaltsabfällen und industriellen Abfällen zwischen 7.000 und 440.000 Mikroplastikpartikel. Umgerechnet auf die fünf Millionen Tonnen Kompost, die in Deutschland pro Jahr erzeugt werden, könnten hochgerechnet mehrere Milliarden Mikroplastikpartikel auf diesem Weg in die Umwelt gelangen. Referenz N. Weithmann, J.N. Möller, M.G.J. Löder, S. Piehl, C. Laforsch, R. Freitag: Organic fertilizer as a vehicle for the entry of microplastic into the environment, Science Advances (2018), DOI: 10.1126/sciadv.aap8060

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  • #Kautschuk #Automobilindustrie #Innovationen & Erfindungen

    Vor 110 Jahren: Scheibenwischer-Patent für Prinz Heinrich von Preußen

    Wer erfand den Scheibenwischer? Die Geschichte von Prinz Heinrichs Patent und der Entwicklung vom manuellen Abstreiflineal zum modernen Wischblatt.

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  • Literaturverzeichnis: Das Leben des Hermann Staudingers

    Primärliteratur Hermann Staudinger: Technik und Krieg. Technik und Friedensfrage. In: Friedens-Warte. Blätter für zwischenstaatliche Organisation 19 (1917), S. 196-202; wieder abgedruckt in: H. St.: Vom Aufstand der technischen Sklaven (1947), a. a. O., S. 20-40 Hermann Staudinger: Zur Beurteilung Amerikas. [Manuskript aus dem Jahre 1917, erhalten in Staudingers Nachlass im Deutschen Museum, München.] Hermann Staudinger: La technique moderne et la guerre. In: Revue Internationale de la Croix-Rouge 1 (1919), S. 508-515 Hermann Staudinger: Der erste Weltkrieg unter technischen Gesichtspunkten. In: Zukunft 37 (1919), Nr. 56 (20. November), S. 341; erweiterte Fassung abgedruckt in: H. St.: Vom Aufstand der technischen Sklaven (1947), a. a. O., S. 45-55 Hermann Staudinger: Vom Aufstand der technischen Sklaven. Essen: Dr. Hans von Chamier 1947 (Schriftenreihe „Zeit und Leben im Geiste des Ganzen“), 103 S. Hermann Staudinger: Arbeitserinnerungen. Heidelberg: Dr. Alfred Hüthig 1961, 335 S. Sekundärliteratur Volker Gallé: Technik, Krieg und Frieden – Politische Gedanken eines Wormser Nobelpreisträgers. In: Heimatjahrbuch für die Stadt Worms 6 (2011), S. 169-173 Siegfried Heimlich: Porträts in Plastik. Pioniere des polymeren Zeitalters. Frankfurt am Main: Siegfried Heimlich/Darmstadt: Hoppenstedt 1998, 156 S. Ernst Klee: Das Personenlexikon zum Dritten Reich. Wer war was vor und nach 1945. Frankfurt am Main: Fischer 2005 (= ft, 16048), 732 S. Claudia Krüll: Die Kontroverse Haber – Staudinger um den Einsatz chemischer Waffen im 1. Weltkrieg. In: Nachrichtenblatt der deutschen Gesellschaft für Geschichte der Medizin, Naturwissenschaft und Technik 27 (1977), S. 32-33 Hans Sachsse: Ein Chemiker zur Friedensdiskussion: Hermann Staudinger zu Technik und Politik. In: Nachrichten aus Chemie, Technik und Laboratorium 32 (1984), S. 974-976 Margit Szöllösi-Janze: Fritz Haber (1886-1934). Eine Biographie. München: C. H. Beck 1998, 928 S.; darin, S. 447-451: Die Haber-Staudinger-Kontroverse Copyright: Guido Deußing Redaktionsbüro Uhlandstraße 16 41464 Neuss guido.deussing@pressetextkom.de

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