Zur Kooperation der Potsdamer Universität mit außeruniversitären Forschungseinrichtungen &endash; heute:

Polymere: Makromoleküle für fast jeden Fall

Das Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung

Eines der Markenzeichen der Potsdamer Universität ist ihre enge Zusammenarbeit mit außeruniversitären Forschungseinrichtungen, die sich in Potsdam und seinem unmittelbaren Umland sehr zahlreich angesiedelt haben. Für diese Kooperation, die über an anderen Standorten üblichen Verknüpfungen weit hinausgeht, wurden verschiedenartige Formen entwickelt: so z. B. gemeinsame Berufungen von Professoren, die Durchführung gemeinsamer Studiengänge und der Aufbau Interdisziplinärer Zentren. Auch laufen die Vorbereitungen für die Errichtung eines gemeinsamen Campus' der Potsdamer Naturwissenschaften mit Instituten der Max-Planck-Gesellschaft und der Fraunhofer-Gesellschaft in Golm derzeit auf Hochtouren. Mit diesem Artikel über das Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung wird in der PUTZ eine Reihe fortgeführt, in der nach und nach die Einrichtungen vorgestellt werden sollen, die vor allem auf naturwissenschaftlichem Gebiet mit der Universität Potsdam kooperieren.

Ob wir eine CD hören, einen Kugelschreiber zur Hand nehmen oder eine Kartoffel essen: Polymere begegnen uns auf Schritt und Tritt. Es sind all jene Riesenmoleküle, die dadurch entstehen, daß sich sehr viele gleiche oder gleichartige Grundmoleküle (Monomere) faden-, netz- oder gitterförmig miteinander verbinden. Zu ihnen gehören beispielsweise Proteine, Stärke oder Cellulose. Das breite Spektrum von in der Natur vorkommenden Polymeren wird ständig durch künstlich hergestellte erweitert. Die Motivation dafür ist, daß sie zu den vielseitigsten Werk- und Wirkstoffen überhaupt gehören. Manche sind hart und spröde, manche zäh und schlagfest, andere weich und biegsam. Darüber hinaus lassen sich Moleküle mit den unterschiedlichsten optischen, thermischen und elektrischen Eigenschaften produzieren. Die Herstellung und Charakterisierung von Polymeren ist somit ein weites Feld und bietet vielen Forschern Platz. So beschäftigen sich die rund 50 Mitarbeiter am Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung (IAP) mit der Physik, der Chemie und den Materialeigenschaften von Polymeren sowie mit Verfahrens- und Produktentwicklung auf verschiedenen Einsatzgebieten dieser Stoffe. Speziell interessieren sich die Physiker und Chemiker für drei Aufgabenkomplexe: Im ersten geht es darum, Umweltbelastungen, die durch die Herstellung, den Einsatz oder die Entsorgung von polymeren Stoffen entstehen, zu vermindern und um Reduzierung von Umweltbelastungen mit Hilfe von Polymeren. Der zweite Komplex befaßt sich mit Cellulose und Stärke u.a. hinsichtlich neuer Verwendungsmöglichkeiten. Der dritte Bereich schließlich beinhaltet die Entwicklung von Polymeren mit speziellen Werkstoff- oder Funktionseigenschaften.Das IAP wurde 1992 gegründet und baut auf einem Institut der Akademie der Wissenschaften auf. Wie alle Institute der Fraunhofer Gesellschaft wird auch hier anwendungsorientiert für öffentliche Auftraggeber und für Auftraggeber aus der Wirtschaft geforscht, so daß sich das Institut zu einem großen Teil selbst finanziert.

Einsatzort Klärwerk: Hier werden dem Klär-schlamm u.a. spezielle Polymere zugesetzt, die dafür sorgen, daß sich die Schlammpartikel zusammenballen, so daß die mechanischen Trennverfahren zu einer effektiveren Abtren-nung des Wassers führen. Der Entwicklung wirksamer und gleichzeitig umweltverträglicher Polymere widmen sich Wissenschaftler am Fraunhofer-Institut für Angewandte Materialfor-schung. Foto: Fritze

Polymere für den Einsatz im Klärwerk
"Was mir nahesteht, das sind Produkte, die mit dem Umweltschutz im weitesten Sinne zu tun haben, mit Problemen der Wasserreinigung, mit der Eliminierung von hochtoxischen Verbindungen aus Wassern im besonderen", beschreibt Dr. Werner Jaeger seinen Arbeitsbereich. Er leitet die AG "Wasserlösliche Polymere/Polymerdispersionen" am IAP. Hier läuft unter anderem derzeit eines der Gemeinschaftsprojekte vom IAP und der Universität Potsdam neben weiteren Kooperationen mit den Interdisziplinären Zentren für Biopolymere sowie für dünne Organische imd Biochemische Schichten. In diesem vom Bundesministerium für Bildung und Forschung finanzierten Forschungsvorhaben, an dem neben Jaeger auch Prof. Dr. Joachim Kötz von der Universität Potsdam und Prof. Dr. Werner Michael Kuhlike von der Universität Hamburg beteiligt sind, geht es um die Entwässerung von Klärschlamm. Klärschlämme bestehen aus den Feststoffen, die aus dem Abwasser sedimentieren und die teilweise im Klärwerk biologisch abgebaut werden, sowie &endash; zum weitaus größeren Teil &endash; aus Wasser. Um die enormen Mengen an Klärschlamm, die im Klärwerk anfallen, zu reduzieren, wird dort zunächst der Wassergehalt maschinell gesenkt (u.a. durch Zentrifugen oder Filterpressen). Damit dieser Prozeß möglichst effizient ist, werden dem Schlamm spezielle organische Polymere zugesetzt, die dafür sorgen, daß die feinverteilten Schwebestoffe verklumpen und dadurch leichter ausgefällt werden können. Die Wirkung beruht darauf, daß die festen Partikel, die in der Regel eine negative Oberflächenladung besitzen und sich deswegen gegenseitig abstoßen, an die Polymere anlagern, die eine positive Oberflächenladung aufweisen. Dadurch kann beispielsweise die negative Ladung der Schwebestoffe neutralisiert werden, so daß sie sich nicht mehr abstoßen, oder die Polymere können auf den Oberflächen der Teilchen Bereiche mit positiver Ladung schaffen, so daß sich diese untereinander anziehen. Bei den bisher verwendeten Polymeren blieb nach dem Abzentrifugieren aber immer noch ein Wasseranteil von über 70 % zurück. Dies hat u.a. zur Folge, daß für kontaminierte Schlämme, die zur Aufbereitung zunächst eingeäschert werden, unnötig viel Energie zu deren Verbrennung aufgewendet werden muß. Auch bei biologisch unbedenklichem Klärschlamm, der als Dünger verwendet werden kann, ist zu bedenken, daß bei dem damit verbundenen Transport in erster Linie Wasser durch die Gegend gefahren wird. Hinzu kommt, daß die bislang eingesetzten Polymere nicht oder nur sehr schwer biologisch abbaubar sind, was bei der Verwendung des Schlammes als Dünger ebenfalls nicht zu begrüßen ist. Ziel des Projektes war es deswegen zunächst, biologisch abbaubare Polymere zur Entwässerung zu gewinnen. Hierzu nutzten die Wissenschaftler bereits vorhandenes Wissen aus: "Vom Grundsatz her", führt Jaeger aus, "ist bekannt, welche Strukturen für Mikroorganismen schwer abbaubar sind und welche leichter. Schwer abbaubar sind beispielsweise solche Polymere, deren Rückgratkette ausschließlich Kohlenstoffatome enthält. Leichter abbaubar sind sie, wenn in der Rückgratkette Heteroatome eingebaut sind, Sauerstoff oder Schwefel beispielsweise oder auch Stickstoff." Darüber hinaus beeinflussen auch die Substituenten, die an der Rückgratkette hängen, die Stabilität der Polymere gegenüber Mikroorganismen. Bei der Synthese der Polymere muß man sich dann an diesen Erfahrungen orientieren, wobei natürlich zusätzlich zu prüfen ist, ob die Stoffe die gleich Effizienz wie herkömmliche zur Entwässerung eingesetzte Polymere aufweisen. Mit den Erfolgen bei diesen Untersuchungen zeigt sich Jaeger schon sehr zufrieden. Mittlerweile verfolge man weiterhin das Ziel, den Entwässerungsgrad zu erhöhen. "Dieses Ziel kann man erreichen, indem man andere Substanzen einsetzt, die eine noch bessere Verkoppelung der Partikel erreichen. Ein grundsätzlich neuer Weg", führt Jaeger vorsichtig aus, "könnte darin bestehen, daß man verschiedene Polymere kombiniert, die abgestuft wirksam werden". Derartige Untersuchungen sollen in einem gemeinsamen Folgeprojekt durchgeführt werden. adé