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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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  • Leichtgewichtige Polymermembran macht Flugzeuge leiser

    US-amerikanische Wissenschaftler haben eine Gummimembran entwickelt, die das in der Kabine störende Niederfrequenzrauschen drastisch reduzieren soll. Quelle: Yun Jing, North Carolina State University Der Aufenthalt in einem Flugzeug oder einem Hubschrauber während des Flugs kann eine sehr laute Sache sein. Bald vielleicht nicht mehr: US-amerikanische Wissenschaftler haben eine Gummimembran entwickelt, die das in der Kabine störende Niederfrequenzrauschen drastisch reduzieren soll. Um die Stabilität eines Flugzeugs zu erhören, ohne sein Gewicht zu erhöhen – was sich negativ auf dem Spritverbrauch und die Betriebskosten auswirken würde –, werden Rumpf und Flügel aus einem wabenförmig aufgebauten Material herstellt. Diese Konstruktionsart erlaubt es, Material und damit Gewicht einzusparen, zeitgleich wird eine sehr gute Stabilität der Bauteile gewährleistet. Von Nachteil wirkt sich die Wabenstruktur allerdings auf die Geräuschdämmung aus. Das dem Triebwerkslärm entstammende Niederfrequenzrauschen kann nahezu ungehindert den Flugzeugkörper durchdringen. Würde man die Zwischenräume der Waben mit Isoliermaterial füllen, hätte die einen unmittelbaren Einfluss auf das Gewicht des Flugzeugs. Das zu verhindern und gleichzeitig die Geräuschdämmung zu optimieren, haben sich US-amerikanische Wissenschaftler unter anderem von der State University in North Carolina etwas einfallen lassen. Statt die Lücken der Waben zu füllen, sieht ihr Konzept vor, die Waben einseitig mit einer dünnen Gummihaut zu bespannen. Die Wirkung dieses Konstrukts wäre die einer Trommel, schreiben die Wissenschaftler: „Treffen Schallwellen auf die Membran, prallen sie von ihr ab und dringen nicht durch das Fluggerät.“ Die von ihnen entwickelte Membrane sei besonders wirksam gegen niederfrequentes Rauschen unter 500 Hertz. Eine mit Gummihaut überzogene Wabenstruktur reduziere die Schallenergie um 100- bis 1000-mal besser als ein herkömmliches Wabenbauteil eines Flugzeugs ohne Membran. Im Vergleich zu der Wirkung, die eine Schallschutzhaut hervorruft, ist ihre Gewicht, dass sie zusätzlich auf die Waage bringt, vernachlässigbar: Die Gummimembran ist etwa 0,25 mm dick und steigert das Gewicht einer Wabenplatte um nicht mehr als sechs Prozent. Zudem sei das Bauteil leicht herzustellen und zu verarbeiten, ohne die Struktur, sprich die Festigkeit und Stabilität der Wabenbauteile zu beeinträchtigen. Mit anderen Worten: Polymerwerkstoffe machen den Aufenthalt an Bord eines Flugzeugs einfach angenehmer. Willkommen in der Zukunft... Quelle Ni Sui et al., "A Lightweight yet Sound-proof Honeycomb Acoustic Metamaterial," Applied Physics Letter, DOI: 10.1063/1.4919235

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  • Kunststoffe à la Frutti di Mare

    Thema des Monats: Mai 2015 Von Guido Deußing Polymerchemie trifft Biotechnologie Es ist noch gar nicht so lange her, dass man klar unterscheiden konnte zwischen Chemie, Verfahrenstechnik, Biotechnologie und Maschinenbau. Die Anforderungen der Gegenwart aber und mehr noch jene der Zukunft fördern und fordern die Auflösung der Grenzen zwischen den naturwissenschaftlich-technischen Fakultäten. Die Entwicklung und Herstellung von Biokunststoffen unter Einsatz regenerativer Ressourcen stellt hierfür ein bemerkenswertes Beispiel dar. Das Bild, das die gegenwärtige Entwicklung widerspiegelt, wird facettenreicher und auch nachhaltiger, wie unser aktuelles Thema des Monats eindrücklich dokumentiert. Die Welt ist voller Polymere. Ohne sie wäre Leben undenkbar. Das Wort Polymer ist dem Klag nach eine Redundanz in sich. Die Vorsilbe „Poly“ entstammt dem griechischen Sprachgebrauch und bedeutet übersetzt „viel“, und die Nachsilbe „mer“, ebenfalls dem griechischen Sprachschatz entlehnt vom Wortstamm „meros“, heißt so viel wie „Teil“. Polymere bestehen als aus vielen kettenförmigen, zum Teil untereinander quervernetzten Makromolekülen. Die wichtigsten natürlichen Polymere Die Cellulose ist so ein Makromolekül, das zusammen mit Lignin und Pektinen das Gerüst pflanzlicher Zellwände bildet. Cellulose besteht aus tausenden von Glucose-Bausteinen, also aus einfach aufgebauten Zuckermolekülen. Cellulose ist ein Polymer, das am häufigsten vorkommende natürliche Polymer, Hauptzutat in Holz, Papier, Zellstoff, Baumwolle, Flachs, Leinen und Hanf. Cellulose bildet die Grundlage für die Gewinnung von Viskosefasern, aus denen sich Garne für die Textil- und Möbelindustrie herstellen lassen. Viskose dient zur Herstellung thermoplastischer Kunststoffe. Werkzeuggriffe, Tastaturen, Lenkräder, Kugelschreiber und manches mehr wird aus Cellulose-basiertem Kunststoff produziert. Ebenso Folien, wie die Bezeichnung Cellophan unschwer erahnen lässt. Filme wurden auf Celluloid gebannt – dem ersten industriell hergestellten thermoplastischen Kunststoff überhaupt. Man spielte Billard mit Kugeln und Klavier auf Tasten aus Cellulose-basiertem Kunststoff, mit dem sich nahezu optisch unmerklich Elfenbein substituieren lässt. Der Kunststoff war obendrein beständiger und wies aufgrund seiner konstanten Materialdichte – anders als Elfenbein – ein kalkulierbares Rollverhalten auf. Heute werden Billardkugeln, das nur der Vollständigkeit halber, aus Phenolharz, einem duroplastischen Kunststoff, hergestellt.Früher oder später beschleicht manchen Grundschüler, manche Grundschülerin ein Gefühl der Wehmut; die Zeit im Kindergarten war einfach nur schön. Jeden Tag Spielen, Spaß, Spannung und die Freiheit der Veränderung: Wer keine Lust mehr hatte zu malen, zu basten oder zu bauen, suchte sich kurzerhand eine andere Beschäftigung. Hintergrundinformationen Kunststoffe werden unterteilt in Thermoplaste, Duroplaste und Elastomere Für die Herstellung biobasierter Polymere kommen bislang vornehmlich nachwachsende Rohstoffe – an erster Stelle ist hier Stärke zu nennen – zum Einsatz mit dem Ziel, erdölbasierte Kunststoffe zu ersetzen. © istockphoto In der Welt von Mensch und Tier finden sich ebenfalls wichtige natürliche Polymere. Das tierische Gegenstück zur Cellulose sind Proteine oder Eiweiße. Proteine sind aus Aminosäuren aufgebaut. Haare werden aus Faserproteinen gebildet, aus denen sich Wolle oder Fliese herstellen lassen. Seide, gewonnen aus dem Kokon der Seidenraupe, wichtiger Ausgangsstoff edler Textilien, ist die einzige in der Natur vorkommende textile Endlosfaser; ihr Hauptbestandteil: Proteine. Aus der von Bindegewebe und Muskeln durchzogenen Lederhaut – durch und durch polymer vernetzt – von Säugetieren wird Leder hergestellt, das nach wie vor weitverbreitet Einsatz findet. Biokunststoffe auf Basis natürlicher Polymere Für die Herstellung biobasierter Kunststoffe spielen Proteine laut Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e. V. bislang nur eine kleine Rolle: „Zu den Biokunststoffen aus tierischen Proteinen gehört das Casein, welches schon zu Beginn des Kunststoffzeitalters eine gewisse Bedeutung hatte. Zur Herstellung wird das aus Magermilch gewonnene und plastifizierte Casein unter Einwirkung von Formaldehyd und Austritt von Wasser zu einem Kunststoff vernetzt. In diesem Zusammenhang ist der Begriff Casein-Formaldehyde gebräuchlich. Wegen ihrer vergleichsweise minderwertigen Eigenschaften werden Casein-Kunststoffe heute jedoch nur noch in kleineren Nischenmärkten eingesetzt. Ein Protein-basierter Biokunststoff im weiteren Sinn ist die Gelatine. Sie wird neben den bekannten Anwendungszwecken als Nahrungsmittelzusatz unter anderem auch als Bindemittel oder Kapsel für Tabletten verwendet. Gelatine wird im Wesentlichen aus Collagen hergestellt.“ [1] Für die Herstellung biobasierter Polymere kommen bislang vornehmlich nachwachsende Rohstoffe – an erster Stelle ist hier Stärke zu nennen, gewonnen aus unterschiedlichen Feldfrüchten wie Mais – zum Einsatz mit dem Ziel, erdölbasierte Kunststoffe zu ersetzen. Bis sich dieses Vorhaben im großen Stil umsetzen lässt und petrochemische Erzeugnisse vom Markt verschwinden – es gibt genügend Kritiker, die begründete Zweifel an dieser These hegen – wird sicherlich noch geraume Zeit vergehen. Ein Grund ist darin zu sehen, dass es bislang an technisch geeigneten Ausgangsprodukten mangelt. Meistens wird pflanzliche Biomasse eingesetzt, zum Beispiel Cellulose und Lignin aus Holz, Stärke aus Mais, Weizen und Kartoffeln, Zucker aus der Zuckerrübe oder Zuckerrohr, Öle aus Raps, Sonnenblumen und Soja oder aus exotischen Ölpflanzen wie Öl- und Kokospalmen. Gestatten Sie an dieser Stelle noch einen kleinen Nachtrag: Zu den frühesten Biokunststoffen gehörte das bereits eingangs erwähnte Celluloid (Cellulosenitrat, entwickelt 1856), aus dem früher Filme und heute immer noch Tischtennisbälle hergestellt werden, sowie Cellophan (regenerierte Cellulose), die sich in den vergangenen hundert Jahren von einer einfachen Bonbon-Folie zu einer modernen, multifunktionellen Verpackungsfolie, die dazu noch biologisch abbaubar ist, gewandelt hat. [2] Bei der Verarbeitung von Krabben, Krebsen und Garnelen fallen große Mengen chitinhaltiger Schalen an, die als Abfall aufwendig und teuer entsorgt werden. Quelle: Fraunhofer IGB Noch immer arbeitet die Wissenschaft mit Nachdruck daran, weitere interessante Rohstoffquellen zu erschließen. Mit von der Partie sind Wissenschaftler des Fraunhofer Instituts für Grenzflächen und Bioverfahrenstechnik (IGB) unter anderem in Zusammenarbeit mit der Firma Evonik. Im Rahmen des von der EU geförderten Forschungsvorhaben ChiBio hat sich das Fraunhofer IGB einen bemerkenswerte Weg überlegt: Quelle seiner Begierde sind nicht solche nachwachsenden Rohstoffe, die auch beziehungsweise vornehmlich der Ernährung dienen und daher jeder zweckfremde Einsatz kritisch beäugt wird. Das Fraunhofer IGB hat Abfälle im Fokus, namentlich solche, die zuhauf in der Fischerei anfallen. Kunststoffe à la Frutti di Mare Bei der Verarbeitung von Krabben, Krebsen und Garnelen fallen große Mengen chitinhaltiger Schalen an, die als Abfall aufwendig und teuer entsorgt werden. Weltweit landen jährlich mehr als sechs bis zehn Millionen Tonnen dieser Krebstierschalen auf dem Müll, davon schätzungsweise mehrere Hunderttausend Tonnen allein innerhalb der Europäischen Union (EU) [3]. Ein geringer Teil dieser maritimen biogenen Ressource wird indes bereits genutzt beispielsweise in Asien zur Herstellung von Chitosan, das für biomedizinische Zwecke eingesetzt wird oder als Nahrungsergänzungsmittel dient [4]. Die Verwendung der in Europa anfallenden Schalen ist bislang aufgrund ihres höheren Kalkanteiles wenig wirtschaftlich und daher eher selten. Allerdings, ein wichtiger Punkt, die fachgerechte Entsorgung der Schalenabfälle ist infolge EU- und länderspezifischer Auflagen aufwendig und kostspielig. Genau hier setzt das von der EU geförderte Projekt „ChiBio“ an. Ende 2011 nahm ein internationales Team von Partnern aus Wissenschaft, Forschung und Industrie unter der Leitung der Fraunhofer IGB-Projektgruppe Bio-, Elektro- und Chemokatalyse (BioCat) in Straubing seine Arbeit auf: „Ziel war es, einen mehrstufigen Prozesses nach dem Prinzip einer Bioraffinerie zu etablieren, mit dem sich aus dem Chitin der Krabbenschalen werthaltige biobasierte Monomere für die Kunststoffindustrie gewinnen lassen“, schildern Lars O. Wiemann und Volker Sieber im Jahresbericht 2014/2015 des Fraunhofer IGB [5] . Vorbehandlung der Krabbenabfälle und Biogasgewinnung Um den natürlichen Zerfallsprozess zu stoppen und eine Kontamination der Schalen mit gesundheitsschädlichen Mikroorganismen zu verhindern, muss der biologische Abfall vorbehandelt werden: Fleischrückstände müssen zunächst vom Schalenmaterial entfernt und anschließend das in der Schale enthaltene Chitin freigesetzt werden. Als effizient erwies sich hierfür eine enzymatische Umwandlung (Fermentation), unter Einsatz zweier Bakterienstämme, die von irischen ChiBio-Partnern entdeckt worden sind. Der optimierte Prozess beinhaltete folgerichtig, schreiben Lars O. Wiemann und Volker Sieber im Jahresbericht 2014/15 des Fraunhofer IGB [5], eine Kombination aus chemischen und biotechnologischen Schritten, die - so die Theorie - eine Chitin-Ausbeute von 13 bis 14 Prozent bei europäischen Schalenabfällen und 6 bis 18 Prozent bei den kalkärmeren asiatischen Schalen ermögliche; die exakte Zusammensetzung der Schalenbestandteile sei zu einen großem Teil artenspezifisch sowie regionalen und saisonalen Schwankungen unterworfen. In der Projektpraxis habe der durchschnittliche Chitingehalt zwischen 14 und 30 Prozent gelegen. Optimale Nutzung vorhandener Ressourcen Die im Zuge des ersten Prozessschritts separierten Protein- und Lipidfraktion wurde nicht etwa verworfen, sondern in der Abteilung Umweltbiotechnologie und Bioverfahrenstechnik am Hauptsitz des Fraunhofer IGB in Stuttgart auf ihr Potenzial zur Biogasgewinnung hin untersucht. Lars O. Wiemann und Volker Sieber: „Die Vergärung der organischen Abfallfraktion (...) erbrachte innerhalb von einer bis zwei Wochen gute Biogasausbeuten von 460 bis 900 Milliliter pro Gramm organischer Trockenmasse.“ Ein schöner Synergieeffekt. Hintergrundinformationen Gewinnung von Biogas aus der Verwertung von Krabbenschalen Polymerchemie trifft Biotechnologie: Kunststoffe à la Frutti di Mare – liegt hier die Zukunft? Quelle: istockphoto Zur Spaltung des makromolekularen Chitins und Freisetzung der darin enthaltenen und für die Herstellung von Biopolymeren notwendigen Saccharid-Monomere (Zuckerbausteinen) brauchte ebenfalls geeigneter Mikroorganismen und Enzyme, daran mangelte es. Auch hier bedarf es der Biotechnologie, die aufgrund ihrer Erfahrung für die Kultivierung hinreichender Mengen an geeigneten Bakterien, die in der Lage sind, die erforderlichen Enzyme zu produzieren. Nicht zuletzt geht es darum, diese Enzyme von der Matrix Bakterium zu trennen und für den späteren Einsatz verfügbar zu machen. Kurze Rede, langer Sinn: Eine feinjustierte enzymatische Aufspaltung des makromolekularen Chitin ist zwingend erforderlich. Norwegischen Wissenschaftler ist es gelungen, geeignete, genauer gesagt chitinolytische Enzyme (namentlich Chitinasen, Chitobioasen, Hexosaminidasen, Deacetylasen) aus Baktrienstämmen (zum Beispiel Amantichitinum ursilacus und Andreprevotiaripae) zu gewinnen und bereitzustellen [6]. Die Gewinnung großer Mengen und der Mischung geeigneter Enzyme erfolgte bei der tschechischen Firma Apronex, die hierfür geeignete Verfahren entwickelt hatte. Lars O. Wiemann und Volker Sieber: „Unter Verwendung abgestimmter Enzymcocktails ist es gelungen, das Chitin aus europäischen Schalenabfällen rein enzymatisch zu N-Acetylglucosamin beziehungsweise Glucosamin abzubauen. Durch weitere Prozessoptimierung dürfte demnach", mutmaßen die Wissenschaftler, "künftig eine ökologisch verträgliche und wirtschaftlich interessante Variante zur chemischen Chitinspaltung bereitstehen." Was der Herstellung von Biopolymeren aus diesen natürlichen Rohstoff Tür und Tor öffnet, oder? Biobasierte Monomere für die Polymerindustrie Die Entwicklungsarbeit sei noch nicht abgeschlossen, meinen die Wissenschaftler. Um technisch relevante Polymere herstellen zu können, sind die aus Chitin gewonnenen Zuckerbausteine zunächst in Moleküle umzuwandeln, die über zwei reaktionsspezifische funktionelle Gruppen pro Molekül verfügen - das ist Aufgabe der Chemie. Hier verfolgen die Wissenschaftler unterschiedliche Strategien. Welche letztlich das Rennen macht, wird sich zeigen müssen. Ungeachtet dessen hat die Praxis ergeben: Chitin-basierte Kunststoffe lassen sich im industriellen Maßstab herstellen. Den Beleg dafür liefert Projektpartner Evonik in einem Filmbeitrag . Ein Wort zum Schluss Schätzungen zufolge wird die Erde im Jahr 2050 von rund neun Milliarden Menschen bevölkert, die ernährt sein wollen. Experten sind der Auffassung, diese Herausforderung könne man nicht mit den heute verfügbaren Mitteln und Möglichkeiten begegnen. Es bräuchte neue Strategien, neue Nahrungsquellen, veränderte Ernährungsgewohnheiten. Fleisch sei keine Lösung - zu aufwendig, zu ineffizient sei dessen Erzeugung. Eine Alternative sehen Experten indes in der Versorgung mit Insekten, wie es bereits heute in vielen vor allem asiatischen Ländern praktiziert wird. Die Begründung klingt plausibel: Insekten lassen sich auf einfache Weise und in sehr großer Menge züchten und Insekten sind, bezogen auf ihr Körpergewicht, optimale Eiweißlieferanten. Darüber hinaus, das ist der Clou, sind Insekten vielfach in einen chitinhaltigen Panzer gekleidet, der - hier schließt sich der Kreis - auch die Basis verbreitern kann für die Herstellung von Biopolymeren. Das gibt zu denken. Mal sehen, was uns die Zukunft bringt ... Quellen und weitere Informationen [1] biopolymernetzwerk.fnr.de/biobasierte-werkstoffe/werkstoffe/protein-basierte-kunststoffe/ [2] biopolymernetzwerk.fnr.de/netzwerk/hintergrundinformation-zu-biokunststoffen/1-was-sind-biokunststoffe/<1A> [3] FAOSTAT, FAO statistical databases, fisheries data (2001) Food and Agriculture organization of the United Nations, Rome, Italy ( www.fao.org ) [4] Kandra, P.; Challa, M. M.; Jyothi, H. K. P. (2012) Efficient use of shrimp waste: present and future trends, Appl Microbiol Biotechnol 93: 17-29 [5] Jahresbericht 2014/2015 des Fraunhofer IGB, S. 90/91 [6] Moss, K. S.; Hartmann, S. C.; Müller, I.; Fritz, C.; Krügener, S.; Zibek, S.; Hirth, T.; Rupp, S. (2012) Amantichitinum ursilacus gen. nov., sp nov., a chitin-degrading bacterium isolated from soil. IJSEM 63: 98–103 Guido Deußing

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  • Gewinnung von Biogas aus der Verwertung von Krabbenschalen

    Thema des Monats: Mai 2015 (Hintegrundinformationen) Hauptkomponenten der Krabbenschalen sind neben Chitin auch mineralische Materialien, insbesondere Kalziumsalze, und Proteine [1]. Der erste Verfahrensschritt zur Nutzung von Chitin ist dessen Extraktion. Dieser Prozess kann chemisch (Säure-Lauge-Extraktion) oder enzymatisch durchgeführt werden. Bei dem chemischen Prozess entstehen eine proteinreiche Lauge und eine kalziumreiche saure Lösung. Für ein möglichst abfallfreies Bioraffineriekonzept kann der proteinreiche Abfallstrom zur energetischen Nutzung eingesetzt werden. Die Vorteile der anaeroben Vergärung organischer Stoffe wurden schon 1964 von McCarty [2] identifiziert: Ein hoher Grad an Stabilisierung des organischen Materials, ein niedriger Nährstoffbedarf, kein Bedarf an Sauerstoff und die Gewinnung von Biogas, das als erneuerbare Energiequelle dienen kann. Grundsätzlich kann fast jede Art organischer Substanz zu Biogas umgesetzt werden. In Europa ist die Biogasproduktion und -nutzung in der Klärtechnik sowie in der Landwirtschaft mittlerweile weit verbreitet. Selbst in der Industrie wird die Anaerobtechnik in über 65 Ländern eingesetzt und insgesamt wurden bisher über 1400 Anlagen von 16 Anlagenbauern installiert [3]. Eine der Herausforderungen im Projekt ChiBio ist es, eine möglichst nachhaltige Verwertung der entstehenden Nebenprodukte technisch umzusetzen. Hierzu wurde das Biogasproduktionspotenzial der Nebenprodukte ermittelt, die bei der chemischen Extraktion von Chitin aus Garnelen- und Krabbenschalen anfallen. Verglichen mit anderen Substraten sind diese Nebenprodukte durch einen niedrigen organischen Trockenmassengehalt, extreme pH-Werte und hohe Salzkonzentrationen gekennzeichnet. Während typische Substrate wie Schlamm aus der Abwasserreinigung oder Gülle ein Verhältnis von organischer Trockenmasse zur Gesamttrockenmasse (oTR/TR-Verhältnis) von 60 Prozent bzw. 80 Prozent aufweisen, liegt das oTR/TR-Verhältnis bei den nach der Chitinextraktion von Krabben- und Garnelenschalen anfallenden Nebenprodukte bei ca. 15 Prozent bzw. 30 Prozent. Für die Ermittlung des Biogasproduktionspotenzials wurden 1-Liter-Reaktoren im Labormaßstab mit dem Nebenstrom von jeweils chitinextrahierten, proteinhaltigen Garnelenschalen und zwei verschiedenen Chargen von Krabbenschalen (Mai und Juli) als Substrat betrieben. Die Experimente wurden als Fed-Batch mit zwei Beschickungszyklen durchgeführt. Die spezifische Biogasproduktion des Garnelenschalen-Nebenstroms entsprach 1125 mlN/goTR im ersten sowie 830 mlN/goTR im zweiten Beschickungszyklus. Damit war sie höher als die spezifische Biogasausbeute für die Krabbenschalen-Nebenströme, für die wir 305 bzw. 319 mlN/goTR im ersten sowie 283 bzw. 391 mlN/goTR im zweiten Beschickungszyklus ermittelten. Die spezifische Biogasausbeute des Nebenstroms der Verwertung von Garnelenschalen war somit sogar höher als die typische Biogasausbeute für nachwachsende Rohstoffe (ca. 500 – 700 mlN/goTR). Dies lässt sich dadurch erklären, dass die Hauptkomponente nachwachsender Rohstoffe Zucker ist, während die Hauptkomponente des Garnelenstroms Proteine sind, die eine höhere spezifische Biogasausbeute liefern. Die spezifische Biogasausbeute der Nebenströme der Verwertung von Krabbenschalen kann eher mit der Biogasausbeute organischer Siedlungsabfälle (ca. 350 mlN/goTR) verglichen werden. Die Biogasproduktionsraten waren hauptsächlich linear, was auf eine Wachstumslimitierung der anaeroben Mikroorganismen hindeutet. Weitere Untersuchungen der Ursache dieser Wachstumslimitierung bieten die Chance, den anaeroben Abbau und damit die spezifische Biogasausbeute zu verbessern. (Quelle: Fraunhofer IGB) Quellen [1] Boßelmann, F.; Romano, P.; Fabritius, H.; Raabe, D.; Epple, M. (2007) The composition of the exoskeleton of two crustacea: The American lobster Homarus americanus and the edible crab Cancer pagurus, Thermochimica Acta, Vol. 463: 65-68 [2] McCarty, P.L. (1964) Anaerobic waste treatment fundamentals, Public Works for September-December, Princeton University [3] Show, K. Y.; Tay, J. H.; Hung, Y.T. (2010) Global perspective of anaerobic treatment of industrial wastewater, Handbook of Environmental Engineering 11: Environmental BioengineeringElastomere (Sing. das Elastomer, auch Elaste) sind formfeste, aber elastisch verformbare Kunststoffe, deren Glasübergangspunkt sich unterhalb der Einsatztemperatur befindet. Die Kunststoffe können sich bei Zug- und Druckbelastung elastisch verformen, finden aber danach wieder in ihre ursprüngliche, unverformte Gestalt zurück. Elastomere finden Verwendung als Material für Reifen, Gummibänder, Dichtungsringe usw. Die bekanntesten Elastomere sind die Vulkanisate von Naturkautschuk und Silikonkautschuk. Zum Hauptartikel

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  • Kunststoffe werden unterteilt in Thermoplaste, Duroplaste und Elastomere

    Thema des Monats: Mai 2015 (Hintegrundinformationen) Wichtige Merkmale von Kunststoffen sind ihre technischen Eigenschaften, wie Formbarkeit, Härte, Elastizität, Bruchfestigkeit, Temperatur-, Wärmeformbeständigkeit und chemische Beständigkeit, die sich durch die Wahl der Makromoleküle, Herstellungsverfahren und in der Regel durch Beimischung von Additiven in weiten Grenzen variieren lassen. Kunststoffe werden bezüglich ihrer physikalischen Eigenschaften in drei großen Gruppen unterteilt: Thermoplaste, Duroplaste und Elastomere. Thermoplaste (Singular: der, von altgriechisch: θερμός thermós = warm, heiß und πλάσσειν plássein = bilden, formen), auch Plastomere genannt, sind Kunststoffe, die sich in einem bestimmten Temperaturbereich (thermo-plastisch) verformen lassen. Dieser Vorgang ist reversibel, das heißt, er kann durch Abkühlung und Wiedererwärmung bis in den schmelzflüssigen Zustand beliebig oft wiederholt werden, solange nicht durch Überhitzung die sogenannte thermische Zersetzung des Materials beginnt. Darin unterscheiden sich Thermoplaste von den Duroplasten und Elastomeren. Ein weiteres Alleinstellungsmerkmal ist: Thermoplasten lassen sich schweißen. Duroplaste, auch Duromere genannt, sind Kunststoffe, die nach ihrer Aushärtung nicht mehr verformt werden können. Duroplaste sind harte, glasartige Polymerwerkstoffe, die über chemische Hauptvalenzbindungen dreidimensional fest vernetzt sind. Die Vernetzung erfolgt beim Mischen von Vorprodukten mit Verzweigungsstellen und wird entweder bei Raumtemperatur mit Hilfe von Katalysatoren chemisch oder bei hohen Temperaturen thermisch aktiviert. Elastomere (Sing. das Elastomer, auch Elaste) sind formfeste, aber elastisch verformbare Kunststoffe, deren Glasübergangspunkt sich unterhalb der Einsatztemperatur befindet. Die Kunststoffe können sich bei Zug- und Druckbelastung elastisch verformen, finden aber danach wieder in ihre ursprüngliche, unverformte Gestalt zurück. Elastomere finden Verwendung als Material für Reifen, Gummibänder, Dichtungsringe usw. Die bekanntesten Elastomere sind die Vulkanisate von Naturkautschuk und Silikonkautschuk. Zum Hauptartikel

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  • Achtung Eltern: Hormonähnliche Stoffe im Babybeißring

    Zwei von zehn Beißringen aus Plastik, die zahnenden Babys zur Schmerzlinderung gegeben werden, setzten im Laborversuch Chemikalien mit einer hormonähnlichen Wirkung frei. Ein Produkt enthielt die normalerweise als Konservierungsstoff in Kosmetika verwendeten Parabene, das zweite sechs bisher nicht identifizierte Umwelthormone. Das berichten Forscherinnen und Forscher der Goethe-Universität in der aktuellen Ausgabe des „Journal of Applied Toxicology“. „Die gute Nachricht ist, dass die meisten Beißringe, die wir untersucht haben, keine Umwelthormone enthalten. Auffällig ist aber der Nachweis von Parabenen in einem Produkt, weil diese Zusatzstoffe normalerweise nicht in Plastikspielzeugen verwendet werden“, sagt Dr. Martin Wagner von der Abteilung Aquatische Ökotoxikologie der Goethe-Universität. Die nachgewiesenen Stoffe – Methyl-, Ethyl- und Propylparaben – können im Körper wie natürliches Östrogen wirken und hemmen zudem die Wirkung von Androgenen wie Testosteron. Die EU-Kommission hat Propylparaben unlängst als Konservierungsstoff in Hautcremes für wunde Babypopos verboten, weil sie durch die rissige Haut in den Körper gelangen könnten. „Unsere Studie zeigt, dass Plastikspielzeug eine Quelle unerwünschter Substanzen sein kann. Hersteller, Aufsichtsbehörden und Wissenschaftler sollten die chemische Belastung durch Plastikspielzeug gründlicher untersuchen“, schließt Wagner aus der Studie. Die Zusatzstoffe seien nur von begrenztem Nutzen für die Qualität des Produktes, könnten aber ein Gesundheitsrisiko darstellen. Das gelte insbesondere für Säuglinge und Kleinkinder, deren Entwicklung einer fein austarierten hormonellen Kontrolle unterliegt. Zudem ist bei gleicher Dosis die Wirkung von Umwelthormonen bei Babys aufgrund des vergleichsweise geringen Körpergewichtes entsprechend höher als bei Erwachsenen. GD Weitere Informationen Elisabeth Berger, Theodoros Potouridis, Astrid Haeger, Wilhelm Püttmann und Martin Wagner: Effect-directed identification of endocrine disruptors in plastic baby teethers, in Journal of Applied Toxicology, 18.5.2015, DOI: 10.1002/jat.3159 Foto: istockphoto/ScienceCom

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  • Polymerschwämme reinigen das Blut

    Der Stich eines Skorpions oder der Biss einer Schlange kann nach wie vor gefährlich bis tödlich verlaufen – wenn nicht schnell genug ein Gegengift, genauer gesagt ein passendes Gegengift verabreicht wird. Darin lag bislang die Krux. Wissenschaftler der Universität von San Diego/USA haben ein Gegenmittel auf Polymerbasis entwickelt, dass von universeller Natur ist. Das heißt, es bindet Gifte im Blut – ohne Ansehen der Quelle. Die nur 85 Nanometer kleinen Polymerkügelchen sind mit den Hüllen roter Blutkörperchen (Erythrozyten) ummantelt und saugen Toxine auf wie ein Schwamm [1]. Die Umhüllung der Polymerkugeln mit der Außenhaut von Erythrozyten verhindert eine Reaktion des Immunsystems, während Giftstoffe aus dem Blut gefischt werden. Einen Beleg für die Funktionstauglichkeit ihrer Entwicklung überprüften die Wissenschaftler am lebenden Organismus (in vivo): Eine Injektion der Universalentgifter nach Kontakt mit einer üblicherweise tödlichen Giftdosis rettete vier Mäusen das Leben. Wurde die Injektion prophylaktisch verabreicht, überlebten sogar doppelt so viele Tiere eine üblicherweise tödlich verlaufende Vergiftung. Einen weiteren Aspekt birgt zudem Hoffnung für Patienten: Die Polymerkugeln seien in der Lage, auch Gifte zu binden, die von antibiotikaresistenten Bakterien produziert würden. GD Quelle [1] Che-Ming J. Hu, Ronnie H. Fang, Brian T. Luk, Liangfang Zhang, Nanoparticle-detained toxins for safe and effective vaccination, Nature Nanotechnology 8 (2013) 933–938 Foto: istockphoto/ScienceCom

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  • Naturkautschuk: Unkontrollierte Plantagenwirtschaft und die Folgen

    Thema des Monats: April 2015 Laut einer Studie [1] der Universität von East Anglia im britischen Norfolk bedroht die extensive Expansion von Kautschukplantagen den Urwaldbestand und die Artenvielfalt in Südostasien. Um gegenzusteuern, sieht sich die Industrie, allen Branchen voran die Reifenhersteller, mit 70 Prozentpunkten Hauptabnehmer von Naturkautschuk, aufgefordert, beim Einkauf gesteigert Wert auf die nachhaltige Erzeugung der natürlichen Gummizutat zu legen. Den nachhaltigen Anbau sicherzustellen, wird die Einführung von Zertifizierungssystemen diskutiert. Nachdem wir bereits mehrfach über den Einfluss polymerer Werkstoffe und Rückstände in Wasser berichtet haben, legen wir an dieser Stelle unseren Fokus auf Geschehnisse an Land. Wir richten unseren Blick auf die Erzeugung von Naturkautschuk, der wichtigsten natürlichen Zutat für die Herstellung von Reifen und anderen Produkten aus Gummi. Früher oder später beschleicht manchen Grundschüler, manche Grundschülerin ein Gefühl der Wehmut; die Zeit im Kindergarten war einfach nur schön. Jeden Tag Spielen, Spaß, Spannung und die Freiheit der Veränderung: Wer keine Lust mehr hatte zu malen, zu basten oder zu bauen, suchte sich kurzerhand eine andere Beschäftigung. Naturkautschuk ist wieder in und gefragter denn je. Seit einigen Jahren gewinnt die von der chemischen Industrie beinahe verdrängte Pflanze als Rohstofflieferant für die Herstellung von Gummi wieder an Bedeutung. Bild: Wikipedia Plantagenwirtschaft und ihre Folgen Naturkautschuk ist wieder in und gefragter denn je. Seit einigen Jahren gewinnt die von der chemischen Industrie beinahe verdrängte Pflanze als Rohstofflieferant für die Herstellung von Gummi wieder an Bedeutung [2]. Naturkautschuk ist nicht von Erdöl abhängig, dessen Preis in den letzten Jahren deutlichen Schwankungen unterlag. Naturkautschuk wird angebaut und lässt sich auf vergleichsweise einfach ernten. Vor allem Südostasien bietet günstige klimatische Bedingungen für die Kultvierung der Kautschukpflanze, die Arbeitskräfte sind billig und Anbaufläche scheint es zur Genüge zu geben; hierauf deuten zumindest die zahlreichen ausgedehnten Plantagen zum Beispiel in Thailand hin. Rund ein Drittel des weltweit erzeugten Naturkautschuks kommt aus Thailand (30,2 %), ein weiteres Drittel produziert Indonesien (27,3 %) [2]. Allerdings trügt der Schein, wie eine Studie aus England offenkundig macht. Unter Leistung von Eleanor Warren-Thomas von der „School of Environmental Sciences“ der Universität von East Anglia haben Wissenschaftler einen dezidierten Blick auf den Anbau von Naturkautschuk in Südostasien und seinen Folgen geworfen. Ihr Fazit stimmt wenig erfreulich. Sie kommen zu dem Schluss, dass es gängige Praxis sei, im großen Stil tropische Waldflächen zu roden, um Kautschukplantagen anzusiedeln; auch vor ausgewiesenen Naturschutzgebieten werde kein Halt gemacht [1]. Ursächlich für die extensive Ausweitung von Kautschukplantagen in tropischen Waldgebieten sei die hohe Nachfrage insbesondere der Reifenindustrie nach Naturkautschuk, ausgelöst durch den boomenden Fahr- und Flugzeugmarkt. © istockphoto Großen Nachfragen nach Reifen ursächlich Ursächlich für die extensive Ausweitung von Kautschukplantagen in tropischen Waldgebieten sei die hohe Nachfrage insbesondere der Reifenindustrie nach Naturkautschuk, ausgelöst durch den boomenden Fahr- und Flugzeugmarkt, berichten die Wissenschaftler. Die Reifenindustrie verarbeitet laut Studie rund 70 Prozent der weltweiten Kautschukernte. Zwischen 4,3 und 8,5 Mio. Hektar zusätzlicher Kautschukplantagen würden benötigt, prognostizieren Eleanor Warren-Thomas et al., um den bis 2024 veranschlagten Kautschukbedarf zu decken [1]. Bei unveränderten Vorzeichen bestehe Grund zu der Sorge, dass sich die unkontrollierte Plantagenwirtschaft, verbunden mit der Umstellung der Landnutzung auf den Anbau von Kautschuk negativ auf die Qualität und Beschaffenheit des Boden, die Verfügbarkeit von Wasser, die tropische Artenvielfalt und auf die Existenzgrundlage der Menschen vor Ort auswirken werde. Die wichtigsten Produzentenstaaten von Naturkautschuk sind heute Thailand, Indonesien, Malaysia, Indien und China. Die größten afrikanischen Produzenten sind die Elfenbeinküste, Nigeria und Liberia. Hauptabnehmer sind die USA, Japan, China, Deutschland und Frankreich. Waldbestand und tropische Artenvielfalt in Gefahr Warren-Thomas et al. haben sich in ihrer Untersuchung auf die „Hotspots“ des Anbaus von Kautschuk in Südostasien fokussiert: das Sundaland mit der malaiischen Halbinsel, Borneo, Sumatra, Java und Bali; Indio-Burma mit Laos, Kambodscha, Vietnam, weite Teile von Myanmar und Thailand; das südwestliche China einschließlich Xishuangbanna und Hainan; die indonesischen Inseln östlich von Bali und Borneo und westlich von Neuguinea und Timor-Leste sowie den Philippinen. Kautschuk kann unter großen divergenten klimatischen Bedingungen, wie sie in Südostasien vorherrschen, gedeihen, was bedeutet, dass die unterschiedlichsten Waldtypen, wie man sie in diesem Erdteil vorfindet, in Gefahr sind, für den Anbau von Kautschukplantagen gerodet zu werden. Welche Folgen aus dem Verlust des Waldbestands resultieren, darüber ließe sich bislang nur spekulieren. Man stehe erst am Anfang einer umfassenden Bewertung. Allerdings ließen sich Parallelen zum dem Anbau von Ölpalmen ziehen, die der Herstellung unter anderem von Biodiesel dienen. Quelle: Archiv Darüber hinaus seien bereits in der Vergangenheit Naturschutzgebiete gerodet worden, um Kautschukplantagen Platz zu schaffen. Warren-Thomas et al. verweisen in diesem Zusammenhang auf den Eingriff in den einstmals 75.000 Hektar großen „Snoul Wildlife Sanctuary“ Nationalpark in Kambodscha: 70 Prozent der Fläche des Nationalparks fiel zwischen 2009 und 2013 der Motorsäge zum Opfer, musste Kautschukplantagen weichen. Die in Kambodscha ausgewiesenen Waldareale beheimanten seltene Tierarten wie vom Aussterben bedrohte Wasservögel, der sogenannte White Shouldered Ibis zum Beispiel, sowie zahlreiche Säuger wie Rotwild, Affen und Raubtiere. Einfluss auf Boden und Wasser nachweisbar Das ein solcher Eingriff nicht ohne Folgen bleibt, ist nachvollziehbar: Die in Kambodscha ausgewiesenen Waldareale beheimanten seltene Tierarten wie vom Aussterben bedrohte Wasservögel, der sogenannte Weißschulteribis zum Beispiel, sowie zahlreiche Säuger wie Rotwild, Affen und Raubtiere. „Von Makaken und Gibbons weiß man“, berichten Warren-Thomas et al., „ sie verschwinden vollständig aus einem Waldgebiet, wenn Kautschukplantage angelegt werden.“ Auch der Bestand an Vögeln, Fledermäusen und Käferarten würde sich um 75 Prozent reduzieren, wird einstmals natürlich gewachsener Wald durch eine Monokultur wie sie von Kautschukplantagen verkörpert wird, ersetzt. In diesem Zusammenhang verweisen die Wissenschaftler auf den Einfluss von in der Agrarwirtschaft eingesetzter chemischer Präparate: Rückstände der auf Kautschukplantagen eingesetzten Pflanzenschutz- und Düngemitteln würden über Flüsse und Bäche in Süßwasserareale eingetragen und bedrohten auch die dortigen Tier- und Pflanzenwelt; was in letzter Konsequenz auch die Menschen zu spüren bekämen. In Laos etwa sollen Einheimische von einem drastischen Rückgang der Fischbestände, von Krebsen, Garnelen, Muscheln und Schildkröten berichtet haben. Auch die Vegetation am Flussufer habe sich verändert. In chinesischen Xishuangbanna habe Rückstände der Präparate im Brunnenwassers nachweisen können. Bei der Gelegenheit: Lesen Sie in unserer Rubrik Apropos K , was Löwenzahn mit der Erzeugung von Naturkautschuk gemein hat. Wissenschaftler haben einen bedeutenden Fortschritt gemacht, um die Versorgung mit der wichtigsten Gummizutat auch künftig sicherzustellen... Mangelnde Transparenz sorgt für Irritationen Verbraucher greifen heute mehr und mehr bewusst zu Produkten, die gewissen Standards in puncto Nachhaltigkeit und Umweltverträglichkeit erfüllen. Regenerative Ressourcen werden häufig bevorzug vor jenen, die einer fossilen, nicht erneuerbaren Quelle entstammen. In diesem Kontext haben Produkte aus Naturkausch in der Regel ein besseres Image als das aus Erdöl synthetisierte Pendant. Ob Naturkautschuk tatsächlich Nachhaltigkeit erzeugt wurde, lässt sich, bei genauer Betrachtung, am Rohstoff oder Endprodukt nicht erkennen. Vielmehr sei vom Gegenteil auszugehen und zwar so lange, bis Maßnahmen ergriffen würden, die eine nachhaltige Erzeugung beziehungsweise die Verwendung ausschließlich nachhaltig erzeugten Naturkautschuks sicherstellen. Nachhaltigkeitszertifikate können ein erster Schritt sein Warren-Thomas et al. bringen die Vergabe von Nachhaltigkeitszertifikaten ins Spiel. Nur Kautschukerzeuger, so die Idee, die sich Verpflichten, Naturkautschuk auf nachweislich nachhaltige Weise zu gewinnen, dürften Zugang zu den Hauptrohstoffmärkten erhalten. Klingt gut, aber Worte allein genügen wohl nicht, dieses Ziel zu erreichen. Hierfür braucht es eines enormen persönlichen Einsatzes, Einfluss, Ausdauer und Durchhaltevermögen. Diese Idee braucht Partner, die den Markt beeinflussen und Weichen in die richtige Richtung stellen können. Als Beispiel nennen die Wissenschaftler in erster Linie die Hersteller von Reifen, die aufgefordert werden, die „Initiative Natural Rubber Initiative“ (INR-i) zu unterstützen, deren Ziel es sei, langfristig weltweit die nachhaltige Erzeugung von Naturkautschuk sicherzustellen. Warren-Thomas et al. mutmaßen überdies, dass es möglich sei, Naturkautschuk anzubauen und gleichzeitig Natur und Umwelt zu schonen sowie den Artenschutz sicherzustellen. Noch ist nicht alles verloren, lassen sich tropische Lebensräume sichern, können in Mitleidenschaft gezogene Tierpopulationen gesunden, zeigen sich die Wissenschaftler überzeugt. Allerdings braucht es dafür mehr als Worte, geschrieben auf ein Blatt Papier oder im Internet publiziert. Hierfür braucht es Entschluss- und Tatkraft derer, denen es möglich ist, das Blatt hin zum Besseren zu wenden. Quellen [1] Eleanor Warren-Thomas, Paul M. Dolman, David P. Edwards, Increasing demand for natural rubber necessitates a robust sustainability initiative to mitigate impacts on tropical bioversity, Conservation Letter (2015), (open access) [2] Atlas der Globalisierung (2011) 18 [3] Sustainable Natural Rubber Initiative (SNR-i), http://snr-i.org/FAQ_19_1.htm Guido Deußing

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  • Gummi aus Löwenzahn – Schlüsselkomponenten der Kautschuk-Entstehung identifiziert

    Ein Team um Wissenschaftler der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster und des Fraunhofer-Instituts für Molekularbiologie und Angewandte Oekologie IME, Außenstelle Münster, hat Proteine identifiziert, die eine zentrale Rolle bei der Kautschukproduktion in der Löwenzahn-Pflanze spielen. Löwenzahn ist eine robuste und anspruchslose Pflanze, aus der sich ein begehrtes Produkt gewinnen lässt: Kautschuk. Seit einigen Jahren rückt Löwenzahn daher zunehmend in den Fokus der Gummi herstellenden Industrie. Doch wie entsteht der Kautschuk, der im weißen Milchsaft der Pflanze schwimmt? Diese Frage ist bislang nicht vollständig geklärt. Ein Team um Wissenschaftler der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster (WWU) und des Fraunhofer-Instituts für Molekularbiologie und Angewandte Oekologie IME, Außenstelle Münster, hat nun Proteine identifiziert, die eine zentrale Rolle bei der Kautschukproduktion in der Pflanze spielen. Der kautschukhaltige Milchsaft wird in speziellen Zellen des Löwenzahns produziert. Für die Entstehung – die Biosynthese – des Kautschuks dort ist ein Proteinkomplex verantwortlich, der auf der Oberfläche sogenannter Kautschuk-Partikel sitzt. Diese kugelförmigen Partikel sind mit Polyisopren, dem Hauptbestandteil des Kautschuks, gefüllt und von einer schützenden Hülle umgeben. Wie die Forscher nun am Beispiel des "Russischen Löwenzahns" zeigen konnten, spielt ein spezielles Protein ("rubber transferase activator") eine Schlüsselrolle. Wird die Bildung des Proteins verhindert, fehlt es also in der Pflanze, entsteht kein Kautschuk. Die Wissenschaftler gehen davon aus, dass das Protein für die Bildung des Kautschuk herstellenden Proteinkomplexes nötig ist. Ihre Ergebnisse wurden in der aktuellen Online-Ausgabe des Fachmagazins "Nature Plants" veröffentlicht. An der Untersuchung beteiligt waren auch Wissenschaftler der Technischen Universität München und aus York (England). Eine zweite Studie, die ebenfalls maßgeblich von IME- und WWU-Forschern durchgeführt wurde, identifiziert ein weiteres wichtiges Protein. Es hat eine zentrale Aufgabe bei der Bildung der langen Polyisoprenketten. Diese sogenannten Polymere verleihen dem Kautschuk seine typischen Eigenschaften – seine Elastizität und Belastbarkeit. "Das Thema Löwenzahn ist in letzter Zeit besonders durch die angewandte Forschung bekannt. Nun gibt es erfreulicherweise wieder Neuigkeiten aus der Grundlagenforschung – wir konnten gleich zwei Schlüsselkomponenten der Kautschuk-Biosynthese identifizieren", erklärt Forschungsleiter Dr. Christian Schulze Gronover (IME, Außenstelle Münster). Bislang ist es nicht möglich, Naturkautschuk biotechnologisch herzustellen. Mit der Identifizierung von Schlüsselkomponenten der Kautschuksynthese rückt diese Option jedoch näher, so die Forscher. Löwenzahnpflanzen, die keinen Kautschuk produzieren, könnten zudem künftig in Laborversuchen eingesetzt werden, um herauszufinden, welche Aufgabe der Kautschuk in den Pflanzen erfüllt. In der Diskussion ist beispielsweise, dass er als Schutz gegen Krankheitserreger dient. Dr. Dirk Prüfer, Professor für Biotechnologie der Pflanzen an der WWU und Leiter der Abteilung "Funktionelle und Angewandte Genomik" am IME in Münster, unterstreicht: "Diese Forschungsergebnisse konnten wir nur durch die effektive Zusammenarbeit von IME und WWU erzielen, also durch die geschickte Verbindung von anwendungsorientierter und Grundlagen-Forschung. Wir hoffen, dieses Erfolgsmodell weiter ausbauen zu können." Literatur [1] Janina Epping, Nicole van Deenen, Eva Niephaus, Anna Stolze, Julia Fricke, Claudia Huber, Wolfgang Eisenreich, Richard M. Twyman, Dirk Prüfer and Christian Schulze Gronover (2015): A rubber transferase activator is necessary for natural rubber biosynthesis in dandelion. Nature Plants, Advance Online Publication; DOI: 10.1038/nplants.2015.48 [2] Natalie Laibach, Andrea Hillebrand, Richard M. Twyman, Dirk Prüfer and Christian Schulze Gronover (2015): Identification of a Taraxacum brevicorniculatum rubber elongation factor protein that is localized on rubber particles and promotes rubber biosynthesis. The Plant Journal, Advance Online Publication; DOI: 10.1111/tpj.12836 Foto: istockphoto/ScienceCom

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  • Polymere machen Wasser sauber

    Thema des Monats: März 2015 Von Guido Deußing Künstliche Hormone auf der Fahndungsliste In ihrer Wirkung den Hormonen sehr ähnliche Verbindungen, sogenannte endokrine disruptive Chemikalien (EDC), sowie andere im klassischen Sinne als Schadstoffe bezeichnete Substanzen wie Pestizide, polychlorierte Biphenyl (PCB) oder polyaromatische Kohlenwasserstoffe (PAK) sowie Arzneimittelrückstände stehen im Verdacht, die (hormonellen) Abläufe im menschlichen Organismus zu beeinflussen und die Gesundheit zu beeinträchtigen. Aufgrund unachtsamen Umgangs oder auf biologischem Wege gelangen sie in die Umwelt – häufig über den Abfluss oder die Toilettenspülung. Das Mikroverunreinigungen im Klärwerk aus dem Abwasser vollständig entfernt wird, ist bislang nicht wirklich abschließend geklärt. Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik (IGB) in Stuttgart haben bisherige Verfahren der Abwasseraufbereitung unter die Lupe genommen und eine neue Technik unter Einsatz neuartiger Membran-Adsorbern entwickelt, mit denen sich nicht nur unerwünschte Partikel aus dem Abwasserstrom zu entfernen lassen, sondern gezielt auch Mikroverunreinigung wie gelöste hormonaktive Substanzen (EDC) oder giftiges Blei. Der Schlüssel zum Erfolg dieser innovativen, zielgerichteten Abwasseraufbereitungstechnik liegt in der Kombination klassischer Membrantechnologie und oberflächenaktiven Polymermaterialien. Im Januar 2015 hat die europäische Lebensmittelbehörde ( European Food Safety Authority , EFSA) den Grenzwert für Bisphenol A in Verpackungen gesenkt. Die hormonell wirksame Chemikalie ist unter anderem ein Ausgangsstoff für Polycarbonate, aus denen etwa Compact Disks (CD), Plastikgeschirr oder Brillengläser hergestellt werden. Aufgrund seiner chemischen Struktur wird Bisphenol A, wie das Fraunhofer-Instituts für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik (IGB) in Stuttgart berichtet, in den biologischen Stufen der Kläranlagen nicht vollständig abgebaut und gelangt so über den Ablauf der Kläranlage in Flüsse und Seen, die uns unter anderem als Trinkwasserspeicher dienen. Um Chemikalien, Antibiotika oder Schwermetalle aus Ab- oder Prozesswasser zu entfernen, werden bislang Aktivkohle oder andere Adsorbermaterialien eingesetzt, die in der Regel über einen gewissen porösen Aufbau verfügen und hierdurch eine meist sehr große reaktive Oberfläche besitzen. Ein Nachteil hochporöser Materialien ist jedoch die meist lange Zeit, die es erfordert, bis Schadstoffe in das Poreninnere diffundiert sind und mit dem Material in Kontakt treten. Um in denkbar kurzer Zeit möglichst viele Schadstoffe aus dem Abwasser entfernen zu können, setzen Kläranlagen große Mengen an Adsorbermaterial in großen Behandlungsbecken ein. Rasterelektronenmikroskopie eines Aktivkohlepellets Aktivkohle und ihre Schwächen Um nicht den Teufel mit dem Beelzebub austreiben zu wollen, wird die eingesetzte Aktivkohle beziehungsweise das eingesetzte Adsorbermaterial nach Möglichkeit recycelt und erneut eingesetzt. Bei Aktivkohle ist dafür jedoch ein enorm hoher Energieaufwand vonnöten, warum man schadstoffbelastetes Material eher entsorgt als es zu regenerieren. Für die Behandlung von Abwasser (oder für die Aufbereitung von Salz- in Trinkwasser) kommt auch die Membranfiltration mit Nanofiltrations- oder Umkehrosmose-Membranen in Frage. Allerdings erweist sich deren Einsatz für die Entfernung gelöster Moleküle aus großvolumigen Prozess- und Abwasserströmen bislang als noch nicht wirtschaftlich. Der Grund ist von physikalischer Natur: Membranen sind in der Regel semipermeabel, dass heißt, sie weisen eine Oberflächenstruktur auf, die eine Flüssigkeit oder gelöste Stoffe nur von einer Seite hindurchtreten lässt, oder aber ihre Porengröße erlaubt es nur bestimmten Molekülen ungehindert zu passieren. Je kleiner die Membranporen sind, desto größeren muss allerdings der Druck und damit der Energieeinsatz sein, um die im Abwasser enthaltenen Mikroverunreinigungen abzutrennen. Membranen sind in der Regel semipermeable aufgebaut, dass heißt, sie weisen eine Oberflächenstruktur auf, die eine Flüssigkeit oder gelöste Stoffe nur von einer Seite hindurchtreten lässt, oder aber ihre Porengröße erlaubt es nur bestimmten Molekülen ungehindert zu passieren. Je kleiner die Membranporen aber sind, desto größeren muss der Druck und damit der Energieeinsatz sein, um die im Abwasser enthaltenen Mikroverunreinigungen abzutrennen. Membranadsorber – Filtern und Binden in einem Schritt Einen neuen Ansatz, der die Vorteile der Absorber- und der Membranfilter-Technologie kombiniert, haben Wissenschaftler am Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB in Stuttgart gewählt, in dem sie der von ihnen verwendeten Membran kurzerhand kleine polymere Adsorberpartikel hinzufügten. Die aus diesem Prozesse resultierenden „Membran-adsorber“ können zusätzlich zu ihrer Filtrationsfunktion in Wasser gelöste Stoffe adsorptiv binden, das heißt anlagern. Die Wissenschaftler machten sich bei ihrer Materialkreation die innere poröse Struktur und Beschaffenheit der Membran zu nutze: „Die Poren bieten nicht nur eine sehr hohe spezifische Oberfläche, um möglichst viele Partikel einbetten zu können, sondern sind auch optimal zugänglich“, erklärt Dr. Thomas Schiestel, Leiter der Arbeitsgruppe Anorganische Grenzflächen und Membranen am Fraunhofer IGB. „Da die Schadstoffe bei unseren Membranadsorbern anders als bei herkömmlichen Adsorbern konvektiv, das heißt mit dem schnell durch die Membranporen strömenden Wasser transportiert werden, reicht eine nur Sekunden dauernde Kontaktzeit aus, um Schadstoffe auf der Partikeloberfläche zu adsorbieren“, erklärt der Experte. Bis zu 40 Prozent des Gewichts der Membranadsorber geht auf die Partikel zurück, entsprechend hoch ist deren Bindekapazität. Obendrein lassen sich, wie sich zeigte, die Membranadsorber bei niedrigen Drücken, das heißt unter günstigen energetischen Bedingungen betreiben. Und aufgrund ihrer dichten Packungen ließen sich kleine Abwasseraufbereitungsanlagen mit ihrer Membranadsorber-Technologie ausrüsten, ließ das IGB verlauten. In der porösen Trägerstruktur der Membranadsorber sind winzige Polymerpartikel eingebettet, die Schadstoffe aus dem Wasser binden. Bild: Fraunhofer IGB Funktionelle Adsorberpartikel – der Erfolg liegt im polymeren Detail Hergestellt werden die polymeren Adsorberpartikel in einem, so heißt es, einstufigen, kosteneffizienten Polymerisationsverfahren. Den Prozess hat sich das IGB patentieren lassen: Einzelne Bausteine (Monomere) werden mit Hilfe eines Zusatzstoffs, Vernetzer genannt, zu 50 bis 500 Nanometer kleinen Polymerkügelchen polymerisiert. „Je nachdem, welche Stoffe aus dem Wasser entfernt werden sollen, wählen wir die Bausteine aus einer Reihe unterschiedlicher Monomere aus, die sich untereinander in ihren jeweiligen funktionellen Gruppen unterscheiden“, schildert Doktor Schiestel. Die Bandbreite reiche dabei von eher wasserabweisendem (hydrophobem) Pyridin, über wasserfreundliche (hydrophile) kationische Ammoniumverbindungen oder anionische Phosphonate, um eine möglichst große Bandbreite unterschiedlich polarer Verbindungen aus dem Wasser entfernen, oder, wie es der Experte zu sagen pflegt, extrahieren zu können. Apropos: In der Chemie versteht man unter funktionellen Gruppen (auch charakteristische Gruppen) Atomgruppen in organischen Verbindungen, die die Stoffeigenschaften und das Reaktionsverhalten der sie tragenden Verbindungen maßgeblich bestimmen. Chemische Verbindungen, die die gleichen funktionellen Gruppen tragen, werden auf Grund ihrer oft ähnlichen Eigenschaften zu Stoffklassen zusammengefasst. Ohne seltene Erden ist modernste Technik wie Solar- oder Windkraft, Mobilfunk und Computertechnologie bislang undenkbar. Und die natürlichen Ressourcen schwinden. Selektive Entfernung von Schadstoffen und Metallen In verschiedenen Tests konnten die Forscher zeigen, dass die Membranadsorber durch die für den jeweiligen Schadstoff maßgeschneiderten Polymerpartikel Schadstoffe sehr selektiv entfernen. So binden Membranadsorber mit Pyridin-Gruppen das hydrophobe Bisphenol A besonders gut, während solche mit Aminogruppen das negativ geladene Salz des Antibiotikums Penicillin G adsorbieren. Verschiedenartikel Polymerpartikel ließen sich sogar in einer Membran kombinieren. Auf diese Weise könne man mehrere Mikroschadstoffe gleichzeitig mit nur einem Membranadsorber entfernen, berichtet Wissenschaftler Schiestel. Abhängig von der jeweiligen funktionellen Gruppe ließen sich mit den vom IGB in Stuttgart entwickelten Membranadsorbern auch toxische Schwermetalle wie Blei oder Arsen aus dem Wasser entfernen. Phosphonat-Membranadsorber etwa adsorbieren mehr als 5 Gramm Blei pro Quadratmeter Membranfläche – 40 Prozent mehr als ein kommerziell erhältlicher Membranadsorber. Wirtschaftlich und regenerierbar Damit die Membranadsorber mehrfach verwendet werden können, müssen die adsorbierten Schadstoffe wieder von den Partikeln in der Membran gelöst werden. Das gelingt nach Angaben des IGB vergleichsweise simpel: Membranadsorber für Bisphenol A etwa ließen sich durch eine Veränderung des pH-Werts vollständig regenerieren, erläutert Schiestel. Auf diese Weise könnte die aufkonzentrierten Schadstoffe auf wirtschaftlich günstige Weise entsorgt oder mit einem geeigneten oxidativen Verfahren abgebaut werden. Die vergleichsweise einfache Regenerierbarkeit der Membranadsorber eröffne zudem weitere Anwendungsmöglichkeiten, zum Beispiel um die extrahierten "Mikroverunreinigungen" wieder verwerten zu können. Deshalb sei ihre Technologie, ist das IGB überzeugt, auch interessant für die Rückgewinnung wertvoller Edelmetalle oder seltene Erdmetalle (Seltene Erden), hierzu gehören die chemischen Elemente der 3. Nebengruppe des Periodensystems (mit Ausnahme des Actiniums) und die Lanthanoide – insgesamt also 17 Elemente, die für Mobiltelefone, Computer, Solaranlage und andere zukunftsweisende Technologie wichtig sind, von denen es auf der Erde allerdings immer weniger natürliche Ressourcen finden lassen. Experten sind der Meinung, viele Seltene Erdmetalle hätten sich in den Ozeanen angereichert, allerdings sei es noch zu kostspielig, "Wasserbau" zu betreiben. Vielleicht ändert sich das mit Einführung einer neuen Membranadorber-Technik unter Verwendung hochleistungsfähiger Polymere. Quellen und weiterführende Literatur [1] K. Niedergall, M. Bach, T. Hirth, G.E.M. Tovar, T. Schiestel (2014) Removal of micropollutants from water by nanocomposite membrane adsorbers, Sep. Purif. Technol. 131: 60-68 [2] K. Niedergall, M. Bach, T. Schiestel, G.E.M. Tovar (2013) Nanostructured composite adsorber membranes for the reduction of trace substances in water: the example of bisphenol A, Industrial Chemical Research ACS Special Issue: Recent Advances in Nanotechnology-based Water Purification Methods, Ind. Eng. Chem. Res. 52/39 14011, DOI: 10.1021/ie303264r Guido Deußing

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  • Farbenfrohes Polymer mit Chamäleon-artigen Zügen

    Ingenieuren der Universität von Kalifornien im US-amerikanischen Berkeley ist es gelungen, ein hauchdünnes Polymermaterial zu kreieren, das seine Farbe, einem Chamäleon gleich, von einer auf die andere Minute verändern kann. Polymere, die ultradünn sind und sich von jetzt auf gleich farblich neuen Gegebenheiten anpassen, lassen die Augen nicht nur von Materialwissenschaftlern leuchten. Solcherlei Polymere bieten, so die Fanatasie, faszinierende Möglichkeiten bei der Entwicklung vollkommen neuer Displays oder Sensoren, mit denen sich etwa Schäden an Gebäuden, Brücken oder Flugzeugen erkennen lassen. „Dies ist das erste Mal, dass jemand eine flexible chamäleonartige Haut geschaffen hat, die ihre Farbe nur durch Verbiegen verändern kann“, sagt Connie J. Chang-Hasnain, ein Mitglied des Berkeley-Forscherteams. Durch präzises Ätzen winzigster Formationen – kleiner als die Wellenlänge des Lichts – auf einen Silikonfilm, der tausend Mal dünner ist als ein menschliches Haar, waren die Forscher in der Lage, den Farbbereich auszuwählen, den das Material reflektieren sollte, und zwar in Abhängigkeit davon, wie es geknickt und gebogen wird. Abbildung: Entwickelt von Ingenieuren der Universität von Kalifornien in Berkeley ändert ein Chamäleon-artiger Silikonfilm seine Farbe in Minutenschnelle. Quelle: Optical Society (OSA) Wie Farbe entsteht Ein Farbeindruck entsteht infolge eines physikochemischen Vorgangs, wenn weißes Licht, das sich aus einem breiten Spektrum unterschiedlicher Wellenlängen beziehungsweise Farben zusammensetzt, auf eine Oberfläche trifft. Je nach chemischer Zusammensetzung der Oberfläche werden verschiedene Wellenlängen/Farben des Lichts absorbiert. Jene Wellenlängen, die nicht absorbiert, sondern reflektiert werden, generieren den Farbeindruck; kurze Wellenlängen geben dem Objekt einen blauen Farbton, lange Wellen eine eher roten, und dazwischen ist eine große Bandbreite unterschiedlicher Farbkombinationen möglich. Wenn sich der Farbeindruck eines Gegenstands, zum Beispiel der eines Blattes im Herbst, verändert, geschieht dies in der Regel im Zuge einer Veränderung der chemischen Zusammensetzung der Oberfläche. Beim herbstlich anmutenden Blatt ist es der Rückgang des Anteils an grünem Blattfarbstoff (Chlorophyll). Kürzlich haben Ingenieure und Wissenschaftler eine andere Vorgehensweise untersucht, um Designerfarben zu schaffen, ohne chemische Färbemittel oder Pigmente zu gebrauchen. Farbe lässt sich nämlich nicht alleine durch die chemische Zusammensetzung eines Materials beeinflussen, sondern ebenso auch durch die Struktur seiner Oberfläche, die mit speziellen Wellenlängen des Lichts interagiert oder sie kurzerhand reflektieren. Diese Art „strukturbedingter Farbe“ ist äußerst ungewöhnlich in der Natur, dennoch kommt sie vor zum Beispiel bei einigen Schmetterlingsarten und Käfern. Farbgebung infolge von Lichtreflektion Das Steuern von Licht mittels Oberflächenstrukturen anstatt mit traditioneller Optik ist nicht neu. Beugungsgitter etwa, Schlitze, eng und in gleichmäßigem Abstand gesetzt, dienen dazu, weißes Licht in seine enthaltenen Farben zu zerlegen; das Resultat ist ein Regenbogen. Allerdings erwies sich der Versuch, auf vergleichbare Weise die Farbgebung von Oberflächen zu steuern, bislang als unpraktisch. Ungeachtet dessen wendeten Connie J. Chang-Hasnain und Kollegen bei ihrem Experiment ein vergleichbares Prinzip an, jedoch ein anderes Versuchsdesign: Statt den Silikonfilm einem Beugungsgitter gleich einzuritzen, ätzten sie ausschließlich Reihen von Furche hinein. Das Licht wurde folglich nicht in seine Wellenlängen aufgespalten, allerdings reflektieren die geätzten Furchen, auch Balken genannt, spezielle Wellenlängen, was letztlich einer Farbgebung gleichkommt. Werden die Zwischenräume zwischen den Balken modifiziert, die Wissenschaftler sprechen von tunen, ist es möglich, gezielt Wellenlänge zu reflektieren. Dies gelingt mit einem Film aus Silikon offenkundig auf sehr effiziente Weise. Die Wissenschaftler fanden heraus, dass sich die Farbgebung durch den gewählten Abstand von Furche zu Furche beziehungsweise von Balken zu Balken beeinflussen lässt. Der Abstand, so scheint es, erweise sich regelrecht als Schlüssel. Wenn dem so sei, spekulierten die Wissenschaftler, müsste doch möglich sein, durch Biegen oder Krümmen des Silikonfilms die Reflektion zu beeinflussen und damit einen Farbwechsel herbeizuführen: „Wenn eine Oberfläche sehr präzise Strukturen aufweist, mit Abständen, die eine Interaktion mit spezifischen Wellenlänge des Lichts ermöglicht, können Sie auch ihre Eigenschaften ändern und mit dem Licht durch Änderung der Dimensionen interagieren“, sagt Chang-Hasnain. Frühere Anstrengungen, eine flexible, das Licht verschiebende Oberfläche zu entwickeln, schlugen aus verschiedenen Gründen fehl. Metallische Oberflächen, die leicht zu ätzen sind, waren ineffizient und reflektierten nur einen Teil des auffallenden Lichts. Andere Oberflächen waren zu dick, was ihre Anwendungsmöglichkeiten begrenzte, oder sie waren zu steif, was ein hinreichend kontrolliertes Biegen nicht zuließ. Den Berkeley-Forschern gelang es, diese Hürden zu überwinden, indem sie die geätzten Balken durch Verwendung einer etwa 120 Nanometer dicken Halbleiterschicht aus Silikon herstellten. Die Flexibilität wurde erreicht, indem die Silikonbalken in eine flexible Schicht aus Silikon eingebettet wurden. Wenn das Silikon gekrümmt oder gebogen wurde, veränderten sich die Abstände der Balken, wurden andere Wellenlängen reflektiert. Das Halbleitermaterial erlaubte es auch, eine Haut zu schaffen, die unglaublich dünn war, perfekt flach und mit den gewünschten Oberflächeneigenschaften. Damit wurde Material hergestellt, das auf hocheffiziente Weise, mit einer Ausbeute von bis zu 83 Prozent Licht reflektiert und sehr reine Farben darstellt. Summa summarum sei eine weitere Steigerung der Leistung in verschiedener Hinsicht denkbar und möglich. Chamäleonhaut mit Mehrfachanwendungen Für ihre Demonstration schufen die Forscher eine einen Quadratzentimeter große Schicht von farbverschiebendem Silikon. Zukünftige Entwicklungen sind erforderlich, um ein Material zu schaffen, das groß genug ist, um kommerziellen Ansprüchen gerecht zu werden, die sich unter anderem im Bereich Unterhaltungs-, Sicherheits- und Überwachungstechnik finden lassen. Displays ließen sich revolutionieren, ebenso farbliche Präsentationsmedien. Denkbar seien auch Tarnkappen für Fahrzeuge, die eine Anpassung an die jeweilige Umgebung ermögliche. Weitere praktische Anwendungen könnten Sensoren sein, die durch Veränderung der Farbe auf Materialermüdungen an kritischen Bauteilen von Brücken, Gebäuden oder Flugzeugen hinweisen. „Dies ist das erste Mal, dass jemand einen solch breiten Farbbereich auf einer aus einer Lage bestehenden, dünnen und flexiblen Oberfläche erreicht hat“, sagte Change-Hasnain abschließend. „Das ist nicht nur „extrem cool“, wie die Wissenschaftlerin sagt, sondern auch überaus innovativ und zukunftsweisend. GDeußing Literatur Paper: L. Zhu, J. Kapraun, J. Ferrara, and C.J. Chang-Hasnain, Flexible photonic metastructures for tunable coloration, Optica, 2, 3, 255-258 (2015), doi: dx.doi.org/10.1364/OPTICA.2.000255

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  • Neue Leitlinien für den sicheren Umgang mit Polymer basierten Nanopartikeln

    Schematische Darstellung eines Nanopartikels mit Wirkstoffbeladung im Inneren (lila) und spezifischen Farbmarkierungen auf der Partikeloberfläche (blaue Punkte). Quelle: JCSM/SmartDyeLivery GmbH Das EU Projekt "NanoSafePack" hat neue Best Practice Leitlinien für das sichere Arbeiten mit und die sichere Nutzung von Nanomaterialien in der Verpackungsindustrie veröffentlicht. Die Leitlinien sollen Personen unterstützen, die in der Entwicklung und Produktion von Verpackungen mit Nanomaterialien arbeiten. Die Best Practice Leitlinien sind das Ergebnis des NanoSafePack-Projektes; es wurde über seine Laufzeit von 36 Monaten vom Seventh Framework Programme (FP7) der Europäischen Union finanziert. Die Leitlinien basieren auf Forschungsaktivitäten, die Teil des Projektes waren, und umfassen den aktuellen Stand des Wissens im Bereich Nanosicherheit. Die Leitlinien wurden primär für kleine und mittlere Unternehmen (KMUs) und größere Unternehmen entwickelt, die in der Produktion von Polymer-basierten Nanokompositen tätig sind, welche später in Verpackungen eingesetzt werden. Die Best Practice Leitlinien enthalten praktische Ratschläge und Empfehlungen, die einfach verständlich und umsetzbar sind. Diese präsentieren sich in Form von technischen Informationen für spezifische Anwendungen und Eigenschaften von nanoskaligen Füllmaterialien und Polymer-basierten Nanokompositen und sind ergänzt durch wissenschaftliches Hintergrundwissen und Informationen zu wichtigen Aspekten aus den Bereichen Umwelt, Gesundheit und Sicherheit. Zusätzlich zur Vollversion der Best Practice Leitlinien wurde ein kürzerer Mini-Guide erstellt, der in fünf Sprachen (eng., franz., span., port. und ital.) als Download verfügbar ist. Quelle: NanoSafePack

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  • Mikroplastik analytisch betrachtet

    Thema des Monats: Februar 2015 - Blick auf die technischen und applikativen Details System für die automatisierte Pyrolyse-GC/MS von u. a. Mikroplastik. Foto: GERSTEL Die Pyrolyse-GC/MS kann sich immer dann als Instrument der Wahl erweisen, wenn man auf effiziente Weise strukturelle Informationen über Makromoleküle erhalten möchte und zwar über Bestimmung der resultierenden thermischen Abbauprodukte bzw. Pyrolysefragmente [13]. Bei der seriellen Pyrolyse-GC/MS werden zunächst die flüchtigen Verbindungen der Probe bei niedrigen Temperaturen thermisch extrahiert, anschließend wird dieselbe Probe durch Temperaturanstieg pyrolysiert; idealerweise ohne Umbau des Systems. Damit gelingt es, bringen es Fries et al. auf den Punkt, organische Additive und Pyrolyseprodukte nacheinander, Schritt für Schritt, in einem einzigen Analysenlauf zu extrahieren und gleichsam Auskunft zu erhalten über die Materialstruktur, sprich die Kunststoffart, sowie kritische Inhaltsstoffe. Für ihre Analysenmethode verwendeten die Wissenschaftler einen GC 7890 (Agilent Technologies), ausgestatten mit einem GERSTEL-Kaltaufgabesystem (KAS). Hierauf montiert war ein GERSTEL-Thermodesorptionssystem (TDS), ausgestattet mit einem passgenauen TDS-Modul zur Pyrolyse (GERSTEL-PM1). Diese Kombination eignet sich für eine manuelle Vorgehensweise bei der Thermodesorption flüchtiger Verbindungen einschließlich der Pyrolyse von ein und derselben Probe. Will man größere Probemengen umsetzen, ist die Automatisierung des Verfahrens sinnvoll und möglich unter Einsatz eines GERSTEL-Multipurposesamplers (MPS) in Verbindung mit der GERSTEL-Thermaldesorptionsunit (TDU) und dem GERSTEL-Pyro-Modul. Fries et al. gingen bei ihrer Bestimmung wie folgt vor: Jeweils ein Mikropartikel wurde in ein Pyrolyseprobenröhrchen überführt und im TDS zunächst von 40 °C mit 10 °C/min auf 350 °C (10 min) aufgeheizt; hierbei traten die flüchtigen Verbindungen aus der Matrix. Die Cryofokusierung der Analyten erfolgte im KAS bei -50 °C; temperaturprogrammiert [-50 °C – 12 °C/min – 280 °C (3 min)] wurden sie dann auf die GC-Säule überführt, aufgetrennt und detektiert. Bei der GC-Säule handelte es sich um eine 30 m HP-5MS mit 250 µm ID und einer Filmdicke von 0,25 µm. Der GC-Ofen wurde temperaturprogrammiert aufgeheizt [40 °C – 15 °C/min – 180 °C – 5 °C – 300 °C (12 min)]. Trägergas war Helium. Nach der Bestimmung der leicht- und schwerflüchtige Verbindungen folgte die Pyrolyse ein und derselben Probe und die Aufzeichnung des Pyrogramms. In Vorbereitung darauf, wurde das TDS 60 °C (1 min) mit 180 °C/min auf 350 ° aufgeheizt. Die Pyrolyse erfolgte im PM1-Modul bei 700 °C (1 min). Die resultierenden Fragmente wurden mit dem Trägergasstrom auf das mit flüssigem Stickstoff gekühlte KAS überführt, cryofokussiert und nach ausheizen auf den GC überführt. Die massenselektive Detektion der flüchtigen Inhalte (Chromatogramm) wie auch der Pyrolysefragmente (Pyrogramm) erfolgte mit einem MS 5975C von Agilent Technologies. Zum Hauptartikel

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