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Astronomie|Physik Technik|Digitales

Forscher: Schallwellen können Polymerisation organischer Stoffe einleiten

Niederländische Wissenschaftler haben einen umweltfreundlichen Weg zur Herstellung langkettiger, organischer Moleküle entwickelt. Bei dem neuen Verfahren werden kleine, ungesättigte organische Moleküle mit flüssigem Kohlendioxid vermischt. Wenn die Mischung dann von starken Ultraschallwellen durchsetzt wird, bilden sich Blasen, die beim Kollaps eine große Menge an Energie freisetzen. Diese Energie leitet die Polymerisation der kleinen Moleküle zu großen Molekülketten ein, berichten die Forscher von der Universität Eindhoven im Fachblatt Science (Bd. 298, S. 1969).

Martijn Kuijpers und seine Kollegen benutzten für ihre Experimente Monomere ? kleine, mit chemischen Doppelbindungen versehene organische Moleküle ? der Verbindung Methylmethacrylat. Um die Doppelbindungen der einzelnen Monomere aufzubrechen und somit die Polymerisation der Verbindungen zu Poly-Methylmethacrylat einzuleiten, vermischten die Forscher die Moleküle zunächst mit flüssigem Kohlendioxid. In einem zweiten Schritt haben sie dann leistungsstarke Ultraschallwellen durch den Behälter mit der Mischung geleitet.

Die Ultraschallwellen führten in der Mischung zu der Bildung von kleinen, nur wenigen Mikrometern großen Blasen. Diese dehnten sich zunächst aus, um danach in Sekundenbruchteilen zusammenzubrechen. Dadurch wurde eine große Menge an chemischer Energie freigesetzt, was zu einem Aufbrechen der Doppelbindungen der Monomere führte ? es bildeten sich so genannte Radikale der Methylmethacrylat-Moleküle. Diese Radikale konnten sich dann zu langen, aus mehreren Monomeren aufgebauten Polymeren zusammenfinden. Die Länge der auf diese Weise hergestellten Polymere ließ sich zudem durch die Dauer der Ultraschallbestrahlung steuern.

Zur Herstellung von Polymeren werden derzeit zumeist umweltschädliche Chemikalien, so genannte organische Peroxide, eingesetzt, die die Bildung von Radikalen einleiten. Die neue Technik kommt hingegen dank der Ultraschallbestrahlung vollkommen ohne schädliche Stoffe aus.

In der Fachwelt bezeichnet man den Vorgang der Blasenbildung durch Schallwellen als Kavitation (cavitation) oder Sonolumineszenz. Bis vor wenigen Monaten hatten Forscher noch die Hoffnung, dass die bei der Kavitation freiwerdende Energie zur Herstellung von Fusionsreaktoren genutzt werden könnte. Mittlerweile hat sich allerdings herausgestellt, dass die beim Kollaps der Blasen erreichten Temperaturen bei weitem nicht zum Einleiten einer Kernfusion ausreichen. Die Arbeit der niederländischen Forscher kommt daher zu einem für die Kavitationsforschung günstigen Zeitpunkt.

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