Einfach trotz komplexer Eigenschaften
Löslichkeitslücke von Polymeren in Mischungen enträtselt.
Welcher mikroskopische Mechanismus steckt hinter dem Kollaps von Polymeren in Gemischen aus guten Lösungsmitteln? Forscher des MPIs für Polymerforschung, sowie des französischen Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) sind mit einer Kombination aus generischer molekularer Simulation und analytischer Theorie der Antwort auf diese langjährige Frage auf der Spur.
Abb.: Stimuli-responsive Polymere ändern ihre Form in Abhängigkeit vom Lösungsmittelgemisch. (Bild: NPG)
Stimuli-responsive Polymere sind künstlich hergestellte oder natürliche Makromoleküle, die auf externe Einflüsse wie Temperatur oder Art des Lösungsmittels reagieren. Diese spezielle Klasse von polymeren Materialien weist in Lösungsmittelgemischen eine große Bandbreite an unvorhersehbaren Eigenschaften auf. Während beispielsweise Wasser und Alkohol sehr gut mischbar und, einzeln genommen, gute Lösungsmittel für solche „smarten Polymere“ sind, fallen dieselben Polymere in Wasser-Alkohol-Mischungen aus. Bis heute wurde keine allgemein gültige Erklärung für dieses faszinierende und auf den ersten Blick unerwartete Verhalten gefunden. Anhand der Kombination von Molekulardynamik-Simulationen und analytischer Theorie zeigen Kurt Kremer und seine Kollegen, dass diese Eigenschaft ein generisches Phänomen, also unabhängig von chemischen Details, ist. Entscheidend ist nur, dass die Polymerbausteine die Moleküle eines der beiden Lösungsmittel als lokale Umgebung bevorzugen. Da in den Simulationen die Polymerstruktur keine Rolle spielt, sondern nur allgemeine Affinitäten zwischen Lösungsmittelmolekülen und Polymerketten berücksichtigt sind, sollte das entwickelte Konzept für viele Gemische allgemeingültig sein.
Eines der interessantesten Ergebnisse der Arbeit ist, dass der Kollaps eines Polymers selbst dann stattfindet, wenn die Lösungsmittelqualität durch die Zugabe des besseren Co-Lösungsmittels verbessert wird. Die Polymerkonformation erweist sich als unabhängig von der Lösungsmittelqualität. „Diese Entkopplung von Lösungsmittelqualität und Polymerkonformation ist unerwartet und neu“, sagt Kremer. „Sie eröffnet interessante Perspektiven sowohl für die Verarbeitung von Polymeren in Lösung als auch für medizinische Anwendungen wie die Arzneimittelverkapselung."
MPIP / RK
