Lactidpolymerisation

 

In diesem Jahrhundert sind einige Probleme zu lösen: Die Abhängigkeit der Gesellschaft von petrochemischen Resourcen und die wachsende Menge an nichtkompostierbaren und manchmal auch giftigen Müll. Das wachsende ökologische Bewußtsein führt zu einer nachhaltigen Entwicklung von Kunststoffen: So werden zum einen immer mehr Kunststoffe aus nachwachsenden Rohstoffen erzeugt und zum anderen wächst die Anzahl an bioabbaubaren Kunststoffen. Um dieses Problem zu lösen, wuden zahlreiche Studien zur Synsthese bioabbaubarer Polymere durchgeführt. In den letzten 30 Jahren wurden enorme Forstschritte in der Synthese, Herstellung und Verarbeitung erzielt und so diese Polymere in dem Markt eingeführt, z.B. für kurzlebige Verpackungen oder langlebige medizinische Hilfsmittel (Knochenschrauben).

So sind eine Vielzahl an biologisch abbaubaren Kunststoffen, vor allem aliphatische Polyester, auf den Markt gekommen. Ein sehr wichtiger Vertreter der aliphatischen Polyester ist Polylactid (PLA), was mechanische Ähnlichkeiten zu Poly(ethylenterephthalat) (PET) aber auch zu Poly(propylen) (PP) zeigt. Dieses PLA kann aus erneuerbaren Rohstoffen gewonnen werden. Hier sind Mais und Zuckerrüben die größten Vertreter und zudem eignen sich auch Kohlenhydrate mit "non food" Qualität oder Abfallprodukte der Landwirtschaft. Nach bakterieller Fermentation wird Milchsäure erhalten, was zu Lactid umgesetzt wird. Dieses Lactid wird anschließend durch eine Ringöffnungspolymerisation (ROP) zu PLA polymerisiert. Das synthetisierte PLA kann nach Gebrauch entweder recycelt oder kompostiert werden und ist so CO2 neutral.

Wir untersuchen die Fähigkeit von Zink-Guanidinkomplexen und Zink-Hybridguanidinkomplexen mit und ohne Coinitiatoren zur ROP von PLA. Eine Vielzahl von Liganden werden synthetisiert und getestet und so gewinnen wir Erkenntisse zur Struktur-Wirkungs-Beziehung. Wir kombinieren aliphatische und aromatische Bausteine und verschiedene Donoren. Auch die Rolle der Anionen der Komplexe ist wichtig für die Reaktivität. Zudem kombinieren wir spektroskopische, kinetische und theoretische Studien, die zeigen, dass wir einen Koordinations-Insertions-Mechanismus bei unseren Komplexen vorliegen haben. Die kinetischen Studien liefern uns Erkenntnisse zu der Reaktionsordnung und den lebenden Charakter der Polymerisation. Die UV/Vis- und Fluoreszenz-Spektroskopie liefern uns zudem Informationen über die Endruppe des Polymers und so wichtige Informationen zu der initiierenden Gruppe. Die Guanidinfunktion des koordinierten Liganden fungiert als Nukleophil und ermöglicht die Ringöffnung. Des Weiteren sind Zink-Guanidinkomplexe robust gegenüber Sauerstoff und Verunreinigungen im Lactid, was sie für den Einsatz als Katalysator in der ROP auszeichnet.