Wissenschaftler des CNRS haben eine neue Familie stabiler schwefelhaltiger Polymere entwickelt, die ohne Farbstoffzusatz Licht emittieren können. Diese in
Angewandte Chemie veröffentlichte Arbeit ebnet den Weg für neue Materialien und funktionelle Kunststofffolien mit neuartigen Eigenschaften.
Kunststoffe, die in unserem Alltag allgegenwärtig sind, bestehen aus Polymeren, diesen großen Molekülen oder Ketten, die durch die Wiederholung grundlegender Bausteine, sogenannter Monomere, gebildet werden. Die gebräuchlichsten, als Standardkunststoffe bezeichnet, sind Polyethylen oder Polypropylen, die nur aus Kohlenstoff- und Wasserstoffatomen bestehen.
Schwefel aus Sizilien im Musée de Minéralogie, Paris.
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Die Einführung anderer Atome entlang des Polymerkettenrückgrats oder in Seitengruppen ermöglicht es, erweiterte Funktionalitäten zu erreichen; man spricht von Spezial- oder (multi)funktionellen Polymeren. Unter diesen wecken schwefelhaltige Polymere großes Interesse, da dieses elektronenreiche Atom dem Material originelle optische, chemische oder mechanische Eigenschaften verleihen kann.
In vielen schwefelhaltigen Polymeren ist die Verteilung der Schwefelatome entlang der Polymerkette sehr schlecht kontrolliert. Diese schwefelhaltigen Polymere sind amorph, weich und wenig hitzebeständig, was ihre Leistungsfähigkeit und Anwendungen stark einschränkt. Die ganze Herausforderung besteht daher in der Entwicklung molekularer Bausteine, die eine regelmäßige Anordnung der Schwefelatome entlang der Kette gewährleisten können.
Genau das ist Wissenschaftlern des Institut de science des matériaux de Mulhouse (CNRS/Université Haute-Alsace), der Rheinland-Pfälzische Technische Universität Kaiserslautern-Landau (Deutschland) und des Leibniz-Institut für Verbundwerkstoffe GmbH (IVW) gelungen.
Um dies zu erreichen, entwarfen die Wissenschaftler einen neuen molekularen Baustein, der den regelmäßigen Abstand der Schwefelatome in der zukünftigen Polymerkette bereits "programmiert". Unter Lichteinwirkung reagiert dieser Baustein schnell mit einfachen schwefelhaltigen Verbindungen und bildet stabile Polymere, während eine sehr geordnete Anordnung der Schwefelatome erhalten bleibt. Diese durch Licht induzierte Reaktion kann unter milden Bedingungen und in Abwesenheit von Metallkatalysatoren durchgeführt werden, während schnell hohe Molekulargewichte und Umsatzraten erreicht werden.
Die erhaltenen Polymere sind halbkristalline Materialien, die auch bei hohen Temperaturen stabil sind. Aber noch besser: Unter ultravioletter Bestrahlung emittieren sie Licht ohne Zusatz von Fluoreszenzfarbstoff.
Diese Lichtemission stammt von der regelmäßigen Anordnung der Schwefelatome im Materialinneren, die originelle elektronische Wechselwirkungen ermöglicht. Dieses Phänomen eröffnet Perspektiven für Anwendungen in der Optik, bei der Detektion oder im Bereich funktioneller Materialien.
Über die neu aufgezeigten Eigenschaften hinaus fügt sich diese Arbeit in eine breitere Reflexion über effiziente und ressourcenschonende Syntheseverfahren ein, die zur Entwicklung leistungsfähigerer und nachhaltigerer Kunststoffe beitragen können, die besser an die aktuellen technologischen und ökologischen Herausforderungen angepasst sind.
Redakteur: CCdM
Quelle: CNRS INC