Bakelit kunststoff unter strom - FIZ CHEMIE Berlin
Bakelit kunststoff unter strom - FIZ CHEMIE Berlin
Bakelit kunststoff unter strom - FIZ CHEMIE Berlin
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Deutsche Version www.chemistry.de<br />
25. Erscheinungsjahr / 63. Ausgabe<br />
+report+<br />
Magazin aus der Chemie und angrenzenden Naturwissenschaften<br />
<strong>kunststoff</strong> <strong>unter</strong> <strong>strom</strong><br />
tapete ersetzt lampe und fernseher<br />
<strong>Bakelit</strong><br />
Die industrielle entwicklung des <strong>kunststoff</strong>es
2 >> editorial<br />
Wenn Plastik quietscht und kein<br />
auto mehr fährt<br />
Liebe Leserinnen, Liebe Leser<br />
Heutige Schätzungen datieren das Alter der Menschheit<br />
auf ca. 2 Millionen Jahre. Aus dieser frühen Zeit stammen<br />
Knochenreste der ersten Menschen der Gattung<br />
Homo. Diese Menschen kannten für Werkzeuge und<br />
Gebrauchsgegenstände nur zwei Materialien - Holz und<br />
Stein. Vor ca. 8.000 Jahren entdeckten die Menschen<br />
keramische Werkstoffe und fanden Möglichkeiten zur<br />
Bearbeitung von Kupfer. Nochmals 5.000 Jahre später<br />
hält mit der Verarbeitung von Bronze die Epoche der<br />
Metallbearbeitung Einzug. Tatsächlich beginnt erst im<br />
Jahr 1905 mit den Arbeiten von Leo H. Baekeland an<br />
Phenolharzen, dem späteren <strong>Bakelit</strong>, das heute oft zitierte<br />
Kunststoffzeitalter. Umso erstaunlicher, in wie viele<br />
Lebensbereiche Kunststoffe mittlerweile Einzug gehalten<br />
haben und wie weit sie klassische Werkstoffe schon<br />
ersetzt haben. Über 280 Millionen Tonnen Kunststoff<br />
wurden im Jahr 2008 weltweit produziert. Das entspricht<br />
700.000 voll besetzten ICE-3-Zügen der Deutschen<br />
Bahn. 700.000 ICEs – können Sie sich das vorstellen?<br />
Richard Huber<br />
Leiter Marketing & Kommunikation<br />
Doch was wäre eine Welt ohne Kunststoffe? Sie sind<br />
überall um uns herum und in vielerlei Hinsicht nicht<br />
mehr wegzudenken. Nehmen Sie sich doch einmal einen<br />
Augenblick Zeit und sehen Sie sich um. Wie viel Kunststoff<br />
umgibt Sie gerade? Und haben Sie eigentlich einen<br />
Kunststofffavoriten?<br />
Unsere Redaktion recherchierte und ist dem Kunststoff<br />
auf den Grund gegangen. Herausgekommen ist<br />
ein <strong>unter</strong>haltsamer Einblick in die Welt der Kunststoffe,<br />
über deren Entwicklung, Einsatz und Verarbeitung.<br />
Kennen Sie den Unterschied zwischen Plastik und<br />
Kunststoff oder wissen Sie, warum Marder Autokabel so<br />
gerne haben? Erfahren Sie, warum der Kunststoff die<br />
medizinische Forschung revolutioniert hat und stellen<br />
Sie sich ein Leben mit leuchtender Tapete vor, die mit<br />
einem Klick den Fernseher ersetzt. Abgerundet wird<br />
der +report+ durch den Gastartikel von Herrn Prof.<br />
Dr. Koßmehl, der die Geschichte und Verwendung der<br />
Kunststoffe und vor allem des <strong>Bakelit</strong> im 20. Jahrhundert<br />
anschaulich und informativ <strong>unter</strong> die Lupe nimmt.<br />
Fasziniert von dem Thema Kunststoff und dessen<br />
Vielseitigkeit, angeregt von der Frage eines Kunststofffavoriten<br />
haben unsere Autoren ihre Lieblinge kurz<br />
vorgestellt. Erfahren Sie, was unseren Autoren am Herzen<br />
liegt. Vielleicht ist das ein oder andere ja auch Ihr<br />
Plastikjuwel?<br />
Die Arbeit der <strong>FIZ</strong> <strong>CHEMIE</strong> +report+ Redaktion ist<br />
wieder abgeschlossen. Wir wünschen Ihnen, liebe Leserin<br />
und lieber Leser, viel Spaß beim Lesen dieser neuen<br />
Ausgabe.<br />
Herzlichst Ihr<br />
Richard Huber
Vorwort der<br />
Geschäftsführung<br />
Bis zu 350.000 Lernende und Lehrende in Deutschland<br />
greifen Monat für Monat auf unsere naturwissenschaftliche,<br />
multimediale Chemieenzyklopädie ChemgaPedia<br />
zu. Über mehr als zehn Jahre hinweg engagiert sich <strong>FIZ</strong><br />
<strong>CHEMIE</strong> nun schon in der Erstellung und Pflege multimedialer,<br />
webbasierter Ausbildungsinhalte und hat sich<br />
mit den über 1.700 Lerneinheiten zu einem der wichtigsten<br />
Inhaltsanbieter in Deutschland entwickelt. In einem<br />
aktuellen Vergleich wurden die Kosten für Investitionen<br />
in die Ausbildungsenzyklopädie den volkswirtschaftlichen<br />
Auswirkungen auf den Bildungssektor in Deutschland<br />
– gemessen an den Kosten alternativer Lernmaterialien<br />
– gegenübergestellt. Dabei ergibt sich, wenn man ausschließlich<br />
die Nutzung an den Universitäten zugrunde<br />
legt, dass für jeden in die ChemgaPedia investierten Euro<br />
das Bildungssystem ca. drei Euro zurückerhält.<br />
Informationskompetenz und Ausbildung sind zwei Schlüsselforderungen<br />
an die Wissensgesellschaft der kommenden<br />
Jahrzehnte in Deutschland. Und exakt diese Felder<br />
besetzt das <strong>FIZ</strong> <strong>CHEMIE</strong> seit geraumer Zeit. Ausgehend<br />
von den vielfältigen Informationsquellen des Instituts<br />
werden wir in den kommenden Jahren mit dem <strong>FIZ</strong> CHE-<br />
MIE einen grundlegenden Wandel hin zu einem stärker in<br />
den Informationswissenschaften forschenden und entwickelnden<br />
Leibniz-Institut vollziehen.<br />
Diese grundsätzliche Neufestlegung der Prioritäten des<br />
<strong>FIZ</strong> <strong>CHEMIE</strong> wird in enger Abstimmung mit Hochschulen,<br />
Schulen und Ausbildungseinrichtungen der Industrie<br />
erfolgen. Apropos Industrie – auch hier gibt es Neues<br />
zu vermelden. Seit Anfang 2010 arbeiten wir im Ausbildungsbereich<br />
mit bisher vier Industriepartnern zusammen,<br />
welche im Rahmen von industriellen Lerneinheiten<br />
hochspezialisierte Einblicke in Arbeitsweisen, Prozesse<br />
und Berufsbilder in der Wirtschaft erstellen, die in der<br />
ChemgaPedia veröffentlicht werden. So nutzen wir unsere<br />
Ausbildungsplattform zukünftig verstärkt auch als<br />
Prof. Dr. René Deplanque<br />
Geschäftsführer<br />
Fenster und Motivationsinstrument zur Begeisterung für<br />
MINT-Technologien und <strong>unter</strong>stützen die Anstrengungen<br />
von Unternehmen, junge Menschen für die tragenden<br />
Wirtschaftsbereiche der deutschen Industrie zu begeistern.<br />
Diese Entwicklungen bringen viel Neues. Dabei wollen wir<br />
aber unsere traditionellen Grundwerte nicht über Bord<br />
werfen. <strong>FIZ</strong> <strong>CHEMIE</strong> steht auch in Zukunft für die Verlässlichkeit<br />
und Beständigkeit von hochgradig spezialisierter<br />
Information für Chemie, Pharmazie und den gesamten<br />
naturwissenschaftlichen Ausbildungsbereich. Zusammen<br />
mit Kollegen und Partnern des Instituts bereiten wir das<br />
Wissen der Fachwelt auf und stellen es Ihnen, unseren<br />
Kunden in immer neuen, zielgruppenorientierten Aufbereitungsformen<br />
zur Verfügung.<br />
Mit der konzentrierten Unterstützung durch Politik,<br />
Wissenschaft und Industrie garantieren wir Ihnen auch<br />
in Zukunft höchste Qualität und beste Forschungs- und<br />
Entwicklungsergebnisse.<br />
Ihr<br />
René Deplanque<br />
Vorwort<br />
Impressum<br />
<strong>FIZ</strong> <strong>CHEMIE</strong><br />
Franklinstr. 11<br />
10587 <strong>Berlin</strong><br />
Telefon: +49 30 399 77-0<br />
Telefax: +49 30 399 77-134<br />
E-Mail: info@fiz-chemie.de<br />
www.chemistry.de<br />
25. Erscheinungsjahr - 2 Ausgaben p.A.<br />
Geschäftsführer<br />
Prof. Dr. René Deplanque;<br />
Aufsichtsratsvorsitzender<br />
SenRat Bernd Lietzau,<br />
<strong>Berlin</strong> Amtsgericht Charlottenburg - HRB 19047<br />
Herausgeber<br />
<strong>FIZ</strong> <strong>CHEMIE</strong><br />
Chefredaktion<br />
Richard Huber (rh)<br />
Redaktion<br />
Annette Prahl (ap),<br />
Ann Seidel (as),<br />
Dr. Ulrich Rößler (roe),<br />
Michael Laumer (lau)<br />
Dr. Jörg Homann (hm),<br />
Dr. Annett Bartels (bar),<br />
Dr. Dagmar Klein (kln),<br />
Dominik Sollmann (djs),<br />
Prof. Dr. Koßmehl (koß)<br />
Vanessa Vogt-Herrmann (vh)<br />
Dr. Axel Parlow (pa)<br />
Koordination & Anzeigenservice<br />
Annette Prahl<br />
E-Mail: report@fiz-chemie.de<br />
Telefon: +49 30 399 77-110<br />
Telefax: +49 30 399 77-134<br />
z.Z. gültige Preisliste Nr. 25 ab 01.02.2010<br />
Layout<br />
Vanessa Vogt-Herrmann<br />
Redaktionsschluss für diese Ausgabe<br />
26. August 2010<br />
Auflage<br />
2.500 Stück / 500 Stück (dt./engl.)<br />
ISSN<br />
0930-276X<br />
4 >> impressum + inhalt<br />
© 2010 <strong>FIZ</strong> <strong>CHEMIE</strong><br />
Heftbestellung<br />
report@fiz-chemie.de<br />
Das Zitieren und die Wiedergabe von Beiträgen im<br />
<strong>FIZ</strong> <strong>CHEMIE</strong> +report+ sind <strong>unter</strong> Angabe von <strong>FIZ</strong><br />
<strong>CHEMIE</strong> +report+ als Quelle erwünscht. Bitte<br />
schicken Sie ein Belegexemplar an <strong>FIZ</strong> <strong>CHEMIE</strong>,<br />
Marketing & Kommunikation, Postfach 12 03 37,<br />
10593 <strong>Berlin</strong>.<br />
<strong>FIZ</strong> <strong>CHEMIE</strong> +report+ wird auf Anforderung<br />
kostenlos verschickt. Bitte richten Sie Ihre Anfragen<br />
oder Anschriftsänderungen schriftlich an <strong>FIZ</strong> <strong>CHEMIE</strong>,<br />
Marketing & Kommunikation, Postfach 12 03 37,<br />
10593 <strong>Berlin</strong>, E-Mail: report@fiz-chemie.de.<br />
5 >> Was ist Plastik?<br />
6 >> Mein Kunststofffavorit<br />
7 >> <strong>Bakelit</strong> ®<br />
9 >> Freundeskreis Chemie-Museum Erkner e.V. (FCME)<br />
10 >> Verpackungen<br />
11 >> Mein Kunststofffavorit<br />
12 >> Weichmacher<br />
14 >> Kunststoff <strong>unter</strong> Strom<br />
14 >> Dotierung von Polymeren<br />
17 >> Mein Kunststofffavorit<br />
18 >> Spritzguß<br />
19 >> Mein Kunststofffavorit<br />
21 >> Mein Kunststofffavorit<br />
22 >> Einkaufswagenchips, Plastikringe, Hasenzähne<br />
23 >> Mein Kunststofffavorit<br />
24 >> Ein Kunststoff und die Kunst der chemischen Synthese<br />
25 >> Unser Kunststofffavorit<br />
26 >> Wohin mit dem Quietscheentchen?<br />
26 >> Mein Kunststofffavorit<br />
27 >> Neues von der Datenbank<br />
Folgen Sie unserer Badeente Edna durch den +report+. Jedesmal<br />
wenn Sie Edna sehen, können Sie weitere interaktive Informationen zu<br />
diesem Artikel in unserem Online-+report+ im Internet finden.<br />
www.fch.de/home/publikationen.html<br />
JetZt noCH meHr<br />
informationen!!!
Plastik wird umgangssprachlich oft als Synonym für<br />
Kunststoff verwendet, doch Plastik und Kunststoff sind<br />
keineswegs identisch.<br />
Der Begriff „Plastik“ stammt aus dem Griechischen und<br />
bedeutet plastisch, geformt, formend. Er wurde sprachlich<br />
populär, als die Kunststoffe durch Umformungsverfahren<br />
zur Herstellung von Massenprodukten genutzt<br />
wurden. Seitdem haben sich Kunststoffe jedoch so stark<br />
weiterentwickelt, dass für viele Anwendungen der Begriff<br />
Plastik nicht mehr zutreffend erscheint.<br />
Kunststoffe sind synthetisch - aus Erdöl - oder halbsynthetisch<br />
- durch Modifikation von natürlichen Polymeren<br />
- hergestellte Stoffe. Einer der ersten Kunststoffe ist<br />
Galalith oder das sogenannte Kunsthorn, das durch die<br />
Polykondensation von Casein und Formaldehyd entsteht<br />
und als der erste Casein-Kunststoff (1897 von Krische/<br />
Spitteler) entwickelt wurde.<br />
Die industrielle Produktion von Kunststoffen begann Anfang<br />
des zwanzigsten Jahrhunderts. 1905 erforschte der<br />
Belgier Leo H. Baekeland die Kondensation von Phenol<br />
und Formaldehyd und meldete 1907 sein „Druck- und<br />
Hitzepatent“ zur Synthese von Phenolharz in den USA<br />
an. Unter dem Handelsnamen <strong>Bakelit</strong> wurde Phenolharz<br />
als der erste vollsynthetische Kunststoff weltbekannt.<br />
(siehe Artikel von Prof. Dr. Koßmehl Seite 7)<br />
Kunststoffe und ihre Eigenschaften<br />
A B C<br />
Abb: A=Thermoplaste, B=Duroplaste, C=Elastoplaste<br />
Kunststoffe können anhand verschiedener Kriterien in<br />
Gruppen eingeteilt werden. So ist zum Beispiel neben<br />
einer Sortierung anhand ihrer Entstehungsreaktionen<br />
(Polymerisation, Polykondensation und Polyaddition)<br />
Was ist Plastik?<br />
Was ist Plastik?<br />
6 >> Was ist Plastik?<br />
spanend erfolgen, z.B. durch Fräsen, Raspeln oder Sägen.<br />
Übrigens: Werden Duromere nach dem Aushärten<br />
erhitzt, zersetzen sie sich.<br />
Elastomere<br />
Gummi, Elastan u.a.<br />
Elastomere sind Polymernetzwerke aus verknäulten Molekülketten,<br />
die sich bereits bei geringster Krafteinwirkung<br />
dehnen lassen und beim Loslassen wieder in ihren<br />
mein <strong>kunststoff</strong>favorit<br />
Silikonbackformen gibt es in den <strong>unter</strong>schiedlichsten Formen und Größen. Das Be-<br />
sondere im Gegensatz zu herkömmlichen (Metall-)Backformen ist ihre Flexibilität. Der<br />
Kuchen haftet nicht an der Form und lässt sich leicht aus der Form drücken. Die Formen<br />
sind in einem Temperaturbereich von -60 bis 260 °C nutzbar.<br />
Silikone - genauer Polysiloxane - gehören zu der Gruppe der synthetischen Polyme-<br />
re. Sie können als Ringe oder Ketten aufgebaut sein. Die Silicium-Atome sind über<br />
Sauerstoff-Atome verknüpft. Die freien Valenzelektronen des Siliciums sind meist durch<br />
Methyl-Gruppen abgesättigt.<br />
Da Siloxane sehr hohen und sehr niedrigen Temperaturen ausgesetzt werden können<br />
und biegsam sind, ist es möglich die Backformen ohne Zusatzstoffe (oder nur in ver-<br />
nachlässigbaren Mengen) herzustellen.<br />
verknäulten Ausgangszustand zurückkehren, was der<br />
Vernetzung ihrer Grundmoleküle zu verdanken ist. Beim<br />
Dehnen werden die Ketten in die Zugrichtung gestreckt,<br />
können aber nicht voneinander abgleiten. Sie sind zu<br />
hohem Maß reversibel verformbar; ihre Reißdehnung<br />
(Formänderung ohne Rissbildung) hängt dabei stark<br />
vom Grad der Vernetzung ab.<br />
In unserer CHEMGAPEDIA finden Sie weitere nützliche Details und Hintergrundinformationen zu<br />
den Kunststoffklassen: www.chemgapedia.de<br />
+as
Die industrielle entwicklung des<br />
<strong>kunststoff</strong>es<br />
<strong>Bakelit</strong> ®<br />
In Erkner, der Stadt direkt vor den Toren <strong>Berlin</strong>s, fand<br />
ein chemiehistorisch bedeutsames Ereignis statt - 1909<br />
wurde auf der Basis der Patente von Leo Hendrik Baekeland<br />
bei den Rütgerswerken erstmalig ein vollsynthetisches<br />
Kunstharz - das <strong>Bakelit</strong> - im industriellen Maßstab<br />
hergestellt. Nachdem dieses neue Material, das von<br />
dem Siemens-Kabelwerk sofort positiv bewertet wurde,<br />
in vielen Bereichen der Technik Eingang fand, wurde<br />
im Mai 1910 die <strong>Bakelit</strong>e GmbH <strong>Berlin</strong> - Erkner als die<br />
weltweit erste Kunststofffabrik gegründet. <strong>Bakelit</strong> hat<br />
sich als das „Material der 1000 Möglichkeiten“ einen festen<br />
Platz in allen Lebensbereichen - Haushalt, Technik,<br />
Kunst - erobert und den Boden für weitere vollsynthetische<br />
Werkstoffe bereitet, die uns heute im Kunststoff-<br />
Zeitalter hervorragende Dienste leisten.<br />
Alles fing damit an, dass Adolf Bayer in <strong>Berlin</strong> 1872<br />
Phenol mit Formaldehyd umsetzte und dabei ein harzartiges,<br />
klebriges Produkt erhielt, das mit den damaligen<br />
Methoden nicht charakterisiert werden konnte.<br />
Viele Forscher nahmen sich dieser Reaktion an, um ein<br />
brauchbares Harz als Ersatz für die immer knapper und<br />
teurer werdenden industriell genutzten Naturharze zu<br />
entwickeln. Einen vorübergehenden Erfolg hatte Carl<br />
Heinrich Meyer auf der Basis seines Patents von 1902.<br />
Sein Laccain wurde anstelle von Schellack, ein natürliches<br />
Harz, das aus einem Sekret weiblicher Lackschildläuse<br />
(Kerria lacca) gewonnen wird, als Möbelpolitur<br />
eingesetzt. Es hatte aber den Nachteil, dass es lange<br />
Zeit nach Phenol roch und die damit behandelten Möbel<br />
stark braun verfärbte.<br />
Leo Hendrik Baekeland beschäftigte sich viele Jahre mit<br />
Prof. Dr. koßmehl<br />
Prof. Dr. Koßmehl war Professor für Chemie an der Freien Universität <strong>Berlin</strong><br />
und ist heute Vorsitzender des Freundeskreises Chemie-Museum Erkner e.V.<br />
dieser Reaktion, die er schließlich so steuern konnte,<br />
dass ein besonders für die Elektroindustrie interessantes<br />
Isolationsmaterial gezielt hergestellt werden konnte.<br />
1907 beschrieb er in dem sogenannten „Hitze-Druck-<br />
Patent“ einen neuen Werkstoff, „der beständiger als<br />
Holz, leichter als Eisen und haltbarer als Gummi ist und<br />
die Elektrizität bändigen kann“. Diese Botschaft fiel in<br />
Erkner bei den Rütgerswerken auf fruchtbaren Boden,<br />
zumal dort für Phenol, das in großer Menge aus Steinkohlenteer<br />
gewonnen wurde, ein lukratives Anwendungsgebiet<br />
gesucht wurde. Im Sommer 1909 wurden<br />
mit Unterstützung von Baekeland die ersten Chargen<br />
Phenolharz im industriellen Maßstab in einem Druckkessel<br />
(„Bakelizer“) hergestellt. Erste Prüfungen beim<br />
Siemens-Kabelwerk nahe <strong>Berlin</strong> (dem heutigen <strong>Berlin</strong>-<br />
Siemensstadt) als Isolationsmaterial fielen positiv aus<br />
und so konnte das neue Material seinen Siegeszug in<br />
der Elektroindustrie, aber auch in anderen Industriezweigen<br />
antreten.<br />
Leo Hendrik Baekeland<br />
(1863 – 1944)<br />
Chemiker und Erfinder<br />
von Phenolharzen,<br />
Entdecker des ersten<br />
vollsynthetischen Kunststoffes<br />
<strong>Bakelit</strong> ®<br />
<strong>Bakelit</strong><br />
8
Seit den 1940er Jahren wurde<br />
<strong>Bakelit</strong> bei vielen einfachen<br />
Anwendungen in zunehmendem<br />
Maße durch die auf den<br />
Markt drängenden billigeren<br />
und leichter zu verarbeitenden<br />
Massenkunstoffe, die auf<br />
petrochemischer Basis hergestellt<br />
werden, verdrängt.<br />
Wegen der Rohstoffsituation<br />
in der DDR spielte Phenoplast<br />
weiterhin eine herausragende Rolle in vielen Industriezweigen.<br />
Wegen der Knappheit an Tiefziehblechen<br />
wurde von 1957 bis 1991 in Zwickau der Trabant mit<br />
einer Phenoplast-Karosserie hergestellt. Das in Erkner<br />
für diesen Zweck entwickelte und gelieferte Phenoplast<br />
(17kg) wurde mit Baumwollvlies als Trägermaterial zu<br />
den Duroplast-Karosserieteilen verpresst, die dann auf<br />
das Stahlgerippe aufgeklebt wurden.<br />
1993 wurde das Werk privatisiert und firmiert seit<br />
2002 als DYNEA Erkner GmbH des finnischen DYNEA-<br />
Konzerns. Die Produktpalette wurde stark erweitert<br />
und umfasst heute über 250 Phenolharz-Typen, die den<br />
jeweiligen Anwenderwünschen exakt angepasst sind.<br />
Nach wie vor spielen Phenolharze in praktisch allen<br />
Bereichen der Technik eine wichtige Rolle. Allerdings<br />
treten sie nicht so stark wie früher als Werkstoffe für<br />
alltägliche Gegenstände in Erscheinung. Sie sind essentielle<br />
Bestandteile unzähliger Produkte des täglichen<br />
Lebens und erfüllen Aufgaben, wo es auf spezielle und<br />
anspruchsvolle Anforderungen ankommt: So <strong>unter</strong><br />
<strong>Bakelit</strong><br />
anderem zur Holzveredlung bei Pressholzplatten und<br />
Holzwerkstoffen für Laminatfußböden und dekorative<br />
Schichtpressstoffe, als Grundstoff für Lacke und als<br />
Bernsteinersatz bei Modeschmuck, als Bindemittel für<br />
Schleifscheiben und Bremsbeläge, für hochbeanspruchte<br />
und temperaturbelastbare Autoteile im Austausch gegen<br />
Metallteile zur Gewichtsverringerung und die einfach im<br />
einstufigen Pressverfahren herstellbar sind, als hochbelastbares<br />
Isolationsmaterial in der Elektrotechnik, für<br />
Feuerfestmaterialien und Flammschutzmittel, die ohne<br />
Rauchentwicklung in Graphit übergehen, als Hitzeschild<br />
für Raumfahrzeuge und für Bergwerksschäume sowie als<br />
Blumensteckschaumstoff.<br />
Unzählige Gegenstände vergangener Jahre aus den<br />
verschiedensten Lebensbereichen aus <strong>Bakelit</strong> bzw. Phenoplast<br />
haben als Kultobjekte eine begeisterte Sammlergemeinde<br />
gefunden. Viele Nostalgiker statten ihre<br />
Wohnungen aus den 1920er Jahren mit Lichtschaltern<br />
und Steckdosen aus <strong>Bakelit</strong> bzw. Phenoplast aus, die auf<br />
Trödelmärkten sowie im Nostalgie-Fachhandel erworben<br />
werden können. Der wohl prominenteste Kultgegenstand<br />
ist eindeutig der liebevoll gepflegte Trabant.<br />
freundeskreis Chemie-museum erkner e.V. (fCme)<br />
+koß<br />
2003, im Jahr der Chemie, gründete sich der Freundeskreis Chemie-Museum Erkner e.V. (FCME), um die chemiehistorische<br />
Entwicklung rund um das <strong>Bakelit</strong> aufzuarbeiten und der Öffentlichkeit zugänglich zu machen. Der Verein bietet<br />
im Rahmen des „Forum Chemie Erkner“ in Vorträgen und Experimentalshows historische und aktuelle Informationen<br />
mit dem Ziel, das Bild der Chemie in der Öffentlichkeit angemessen darzustellen und Aufklärungsarbeit gegen den<br />
gedankenlosen und rücksichtslosen Umgang mit chemischen Produkten zu leisten. Im November 2009 entwickelte<br />
der Verein in Zusammenarbeit mit der DYNEA GmbH und der Stadt Erkner die Ausstellung „100 Jahre <strong>Bakelit</strong>“, die<br />
als Wanderausstellung bereits an verschiedenen bekannten Orten wie z.B. in der Bundesanstalt für Materialforschung<br />
und -prüfung, Hochschule Wildau, Urania <strong>Berlin</strong> und BASF in Schwarzheide zu sehen war. Weitere Ausstellungsorte<br />
sind geplant. Nähere Informationen erhalten Sie <strong>unter</strong> www.chemieforum-erkner.de.<br />
© knipseline / pixelio.de<br />
10 >><br />
Welches Wasser bevorzugen Sie? Aus dem Wasserhahn<br />
gezapft oder direkt an der Quelle geschöpft? Still oder<br />
mit Kohlensäure versetzt? Aus der Glas- oder aus der<br />
Kunststoffflasche? Pur oder mit leichtem Aroma?<br />
Ich zapfe mein Wasser entweder direkt aus dem Wasserhahn,<br />
koche es und aromatisiere es mit Teebeuteln<br />
oder ich kaufe kohlensäurehaltiges Wasser in Einweg-<br />
Kunststoffflaschen im Supermarkt um die Ecke. Wasser<br />
aus Glasflaschen kaufe ich so gut wie nie, da ich sie als<br />
unpraktisch empfinde. Ich bin viel zu Fuß und mit dem<br />
Fahrrad <strong>unter</strong>wegs, somit hat die leichte und schwer<br />
zerbrechliche Flasche aus Polyethylenterephthalat<br />
(PET) einen großen Vorteil gegenüber der Glasflasche.<br />
Der amorphe thermoplastische Kunststoff PET wird in<br />
der Lebensmittelindustrie bevorzugt eingesetzt, weil<br />
er durch die geringe Packungsdichte und ungeordnete<br />
Struktur der Atome eine geringere Dichte als kristalline<br />
Stoffe aufweist und damit nicht so hart und spröde ist.<br />
Zudem weist das PET eine hohe Lichtdurchlässigkeit auf.<br />
O<br />
O<br />
Verpackungen<br />
Pet oder nicht Pet, dass ist hier die frage<br />
Verpackungen<br />
PET (Polyethylenterephthalat) /<br />
Summenformel: (C H O ) / CAS-RN*: 25038-59-9<br />
10 8 4 n<br />
Und prompt sind wir bei den Nachteilen des Wassergenusses<br />
aus PET-Flaschen. Der aufmerksame Verbraucher<br />
hat sich sicherlich schon einmal gefragt, warum die<br />
Mindesthaltbarkeitsdaten der abgefüllten Glasflasche<br />
und der PET-Flasche so <strong>unter</strong>schiedlich ausfallen. Ist das<br />
Wasser in Glasflaschen mehrere Jahre haltbar, sind es<br />
bei der PET-Flasche in der Regel nur mehrere Monate.<br />
O<br />
O<br />
n<br />
ohne H-Atome<br />
*CAS REGISTRY Number® (CAS-RN) is a Registered Trademark of the American Chemical Society.<br />
Die Antwort liegt im Kunststoff. Polyethylenterephthalat<br />
ist nicht gasdicht, weshalb die Kohlensäure diffundiert.<br />
Bei der Herstellung der Flaschen entsteht in Spuren das<br />
bedenkliche Acetaldehyd (CH CHO), eine brennbare<br />
3<br />
farblose Flüssigkeit und hochreaktive Verbindung mit<br />
charakteristisch stechendem Geruch, die aus den PET-<br />
Gebinden wieder freigesetzt werden kann und somit in<br />
das Wasser übergeht und es geschmacklich verändern<br />
kann. Es ist dies der Grund für die Ablehnung, die Wasser<br />
aus PET-Flaschen in der Gunst vieler Verbraucher erfährt.<br />
Erst in sehr hohen Mengen ist Acetaldehyd für den<br />
menschlichen Organismus gefährlich. Stilles Wasser ist<br />
übrigens nicht betroffen, da Kohlensäure den Lösungsvorgang<br />
von Acetaldehyd begünstigt.<br />
O<br />
H 3C H<br />
Acetaldehyd (Ethanal) / Summenformel: C 2 H 4 O / CAS-<br />
RN*: 75-07-0 / InChI-Key: IKHGUXGNUITLKF-UHFF-<br />
FAOYAB<br />
Ein weiterer Stoff, der sich aus PET-Flaschen herauslösen<br />
kann, ist Antimon. Antimonoxide dienen als Katalysator<br />
zur Herstellung von PET. In der EU gilt für Antimon<br />
ein Grenzwert von 5 µg/l Trinkwasser. Getränkeproben<br />
aus PET-Flaschen ergaben Antimonkonzentrationen von<br />
bis zu 44,7 µg/l. Die Gefahrstoffkennzeichnung gliedert<br />
Antimon in die Gruppe der reizenden Substanzen ein.<br />
Nach der Recherche an diesem Artikel muss ich zugeben,<br />
dass meine Skepsis gegenüber PET-Flaschen<br />
zugenommen hat, und so werde ich mein Wasser nicht<br />
mehr auf Vorrat kaufen. Der Gefahren des Acetaldehyds<br />
und des Antimons bin ich mir bewusst. Und ein positiver
Aspekt kommt hinzu: PET landet hierzulande<br />
nicht auf der Mülldeponie, sondern durchläuft<br />
verschiedene Recyclingzyklen.<br />
Das erleichtert mir die Nutzung von PET-<br />
Flaschen und ich freue mich, wenn ich den<br />
nächsten Einkauf mit dem Pfandgeld der<br />
zurückgebrachten Flaschen refinanziere.<br />
www.chemgaroo.de<br />
CHEMGAROO ®<br />
Jump to Knowledge<br />
+lau<br />
mein <strong>kunststoff</strong>favorit<br />
Während meiner Kindheit hielt ich vieles in den Händen. Papier in der Schule, Holz beim<br />
Basteln, Metall beim Essen und in ganz jungen Jahren Sand auf dem Spielplatz. Doch bis<br />
zur ersten Freundin war mir das Liebste in meinen Fingern ein Gamepad aus Kunststoff.<br />
Raumschiffe wurden so präzise durch fremde Galaxien manövriert, Autos mit Höchstge-<br />
schwindigkeit über Highways gejagt, Amok laufende Roboter recycelt und pillenabhängige<br />
Smileys durch Labyrinthe gesteuert. Um die Welt und andere Welten zu retten, bedurfte es<br />
nur Kunststoff in Form eines Steuerkreuzes und vierer Knöpfe.<br />
• Neue Wege in der Ausbildung - Chemie Lernen leicht gemacht<br />
• Naturwissenschaften entdecken - lebendig, anschaulich, interaktiv<br />
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• Online oder Offline - individuelle Lösungen für Ihr Unternehmen<br />
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Verpackungen
12 >><br />
Ob Kinderspielzeug oder Haushaltsgeräte, viele Alltagsgegenstände<br />
bestehen zu einem nicht unerheblichen<br />
Teil aus Kunststoff. Die Anforderungen an Kunststoffe<br />
können grundverschieden sein: Je nach zu erzeugendem<br />
Produkt werden entweder harte und starre oder weiche<br />
und flexible Werkstoffe benötigt. Viele Kunststoffe (in<br />
der Regel organische Polymere) wie das weit verbreitete<br />
PVC sind in unbehandelter Form hart und spröde. Durch<br />
Zugabe von Weichmachern – der sogenannten äußeren<br />
Weichmachung – lässt sich diese Eigenschaft ändern<br />
und man erhält entsprechend flexible Kunststoffe. Hierbei<br />
schieben sich die Weichmachermoleküle zwischen die<br />
Polymerketten und wechselwirken mit diesen, wodurch<br />
es zu einer Auflockerung der Polymerketten kommt.<br />
Neben der äußeren gibt es auch eine innere Weichmachung.<br />
In diesem Fall erfolgt die Weichmachung nicht,<br />
wie oben beschrieben, durch dem Polymer zugefügte<br />
Zusatzstoffe, sondern schon während des Polymerisationsvorganges<br />
durch den Einbau von sperrigen Comonomeren<br />
in die Polymerketten. So wird z.B. Vinylchlorid<br />
mit Vinylacetat oder Methylacrylat copolymerisiert.<br />
Dieser Artikel konzentriert sich im Weiteren auf die<br />
äußere Weichmachung und stellt einige der wichtigsten<br />
Weichmacherklassen vor.<br />
Phthalate<br />
Weichmacher – Die kunst, harte stoffe weich zu machen<br />
Die kunst, harte stoffe weich zu machen<br />
Weichmacher<br />
starre abflussrohre und flexible Bodenbeläge – zwei auf den ersten Blick<br />
verschiedene Gegenstände, die aber aus dem gleichen Werkstoff bestehen<br />
können: Polyvinylchlorid (PVC). Den entscheidenden <strong>unter</strong>schied in den<br />
materialeigenschaften machen Weichmacher.<br />
Phthalate – die Diester der ortho-Phthalsäure – gehören<br />
zu den bekanntesten Weichmachern. Mit Ausnahme des<br />
Butylbenzylphthalats sind bei den industriell relevanten<br />
Phthalaten die beiden Alkyl-Reste der Esterfunktionen<br />
gleich. Die Synthese der verschiedenen Phthalate erfolgt<br />
sowohl aus Phthalsäure als auch Phthalsäureanhyd-<br />
*CAS REGISTRY Number ® (CAS-RN) is a Registered Trademark of the American Chemical Society.<br />
rid mit den entsprechenden Alkoholen. Besonders die<br />
längerkettigen Alkohole werden häufig nicht isomerenrein<br />
eingesetzt, so dass auch die daraus resultierenden<br />
Phthalate Isomerengemische darstellen wie z.B. DINP<br />
und DIDP mit ihren Isononyl- bzw. Isodecyl-Resten.<br />
Eingesetzt als Weichmacher werden die Phthalate <strong>unter</strong><br />
anderem in PVC (DEHP, DINP, DIDP), Cellulosenitrat<br />
(BBP, DEHP) oder Polystyrol (BBP).<br />
O<br />
O<br />
O<br />
O<br />
R 1<br />
R 2<br />
Butylbenzylphthalat (BBP; R 1 = CH 2 C 6 H 5 , R 2 = n-C 4 H 9 ) /<br />
Summenformel: C 19 H 20 O 4 / CAS-RN*: 85-68-7 / InChI-<br />
Key: IRIAEXORFWYRCZ-UHFFFAOYAR<br />
ortho-Phthalsäure (1,2-Benzoldicarbonsäure; R1 = R2 = H) / Summenformel: C H O / CAS-RN*: 88-99-3 /<br />
8 6 4<br />
InChI-Key: XNGIFLGASWRNHJ-UHFFFAOYAX<br />
Bis(2-ethylhexyl)phthalat (Diethylhexylphthalat, DEHP;<br />
R1 = R2 = CH CH(n-C H )(n-C H )) / Summenformel:<br />
2 2 5 4 9<br />
C H O / CAS-RN*: 117-81-7 / InChI-Key: BJQHL-<br />
24 38 4<br />
KABXJIVAM-UHFFFAOYAB<br />
Dibutylphthalat (DBP; R1 = R2 = n-C H ) / Summenfor-<br />
4 9<br />
mel: C H O / CAS-RN*: 84-74-2 / InChI-Key: DOIR-<br />
16 22 4<br />
QSBPFJWKBE-UHFFFAOYAM
Weichmacher – Die kunst, harte stoffe weich zu machen
Polymere können auch leuchten. in oleD (organischen leuchtdioden) sollen<br />
sie künftig nicht nur als Displays in mobilen Geräten wie Handys zu<br />
finden sein, sondern auch als extrem dünne und großflächige lichtquelle<br />
eingesetzt werden: auf <strong>unter</strong>schiedlich gebogenen, transparenten oder sogar<br />
flexiblen substraten gefertigt, bis hin zu leuchtenden tapeten oder<br />
hoch auflösenden Bildschirmen an der Wand.<br />
a<br />
b<br />
c<br />
d<br />
e<br />
14 >><br />
M +<br />
<strong>kunststoff</strong> <strong>unter</strong> <strong>strom</strong><br />
<strong>kunststoff</strong> <strong>unter</strong><br />
M<br />
M<br />
ab 2020 könnte die tapete lampe und<br />
M +<br />
M +<br />
Wahnsinn! Während ich im Bett liege und die ganzflä-<br />
chig leuchtenden Wände meines Schlafzimmers langsam<br />
von orangegelb nach dunkelrot dimme, werde ich<br />
richtig euphorisch. Insgesamt 32 Jahre habe ich darauf<br />
gewartet – seit ich sie 1990 zum ersten Mal in einem<br />
Science-Fiction-Film gesehen habe. Gut, noch sind diese<br />
Multifunktionstapeten ziemlich teuer. Dafür verbrauchen<br />
sie im Vergleich zu entsprechenden Glühbirnen, die zwischen<br />
2009 und 2016 nach und nach verboten wurden,<br />
rund siebenmal weniger Energie. Das rechnet sich, denn<br />
die Strompreise sind in den vergangenen Jahren weiterhin<br />
stark gestiegen. Das Beste ist aber, dass ich mir das<br />
lästige Streichen sparen konnte. Einfach die Leuchttapeten<br />
auf die Magnetstreifen an der Wand drücken, fertig – mit<br />
Strom werden sie kabellos versorgt.<br />
Dotierung von Polymeren<br />
Der Begriff „Dotierung“ wurde aus der Halbleitertechnik entlehnt. Allerdings<br />
steht er hier nicht für den Einbau von Fremdatomen in Halbleiterkristalle. Mit<br />
starken Oxidations- oder Reduktionsmitteln entstehen in einem Polymer mit<br />
einem ausgedehnten π-Elektronensystem (c) delokalisierte ionische Zentren.<br />
Zu diesen bildet das jeweilige Dotierungsmittel das Gegenion. Die Oxidation,<br />
etwa mit einem Halogen oder AsF 5 , wird als p-Dotierung (b, a) bezeichnet,<br />
die Reduktion, etwa mit einem Alkalimetall, als n-Dotierung (d, e). Die po-<br />
sitiven oder negativen Ladungsträger im Polymer wandern bei angelegter<br />
elektrischer Spannung entlang der Kette.<br />
X - = Halogenidanion, M + = Alkalimetallkation, X • , M • = ungeladenes<br />
Halogen- bzw. Alkalimetallatom<br />
Quelle: ChemgaPedia
<strong>strom</strong><br />
fernseher ersetzen<br />
Licht aus einer Plastikfolie: Anfang der 1990er war das,<br />
was ich 2022 endlich besitze, in „Total Recall – Die totale<br />
Erinnerung“ zu sehen. Zu dieser Zeit erstrahlten gerade<br />
mal die ersten kleinen OLED in Forschungslaboren.<br />
Damals wurde Kunststoff in der Elektroindustrie fast<br />
ausschließlich für Gehäuse und Kabelummantelungen<br />
eingesetzt - weil er isolierte, also elektrischen Strom<br />
nicht leitete.<br />
Schon damals waren die Chemiker allerdings längst<br />
so weit, auch Kunststoffe in elektrische Halbleiter und<br />
sogar Leiter zu verwandeln: Polymere, die „extrinsisch“<br />
leiten, indem man ihnen Metallpulver oder Ruße beimengt,<br />
und auch solche die intrinsisch leiten. Letztere<br />
besitzen ein ausgedehntes π-Elektronensystem. Ohne<br />
weitere „chemische Extras“ liegt die Leitfähigkeit im Bereich<br />
von Halb- oder Nichtleitern. Erst wenn man solche<br />
Polymere dotiert, steigt sie deutlich an.<br />
Können Kunststoffe Strom leiten, lassen sich daraus<br />
elektronische Bauteile herstellen, die früher aus Metallen<br />
und anorganischen Halbleitern gefertigt werden mussten:<br />
meine neuen Tapeten mit OLED, den organischen<br />
Leuchtdioden, zum Beispiel. Wenn ich daran denke, wie<br />
„dick“ der erste OLED-Fernseher mit seiner mickrigen<br />
Bildschirmdiagonale von elf Zoll war, den Sony 2008<br />
auf den japanischen Markt brachte: klobige drei Millimeter.<br />
Auch 2010 hatte man noch keinen anderen Weg<br />
gefunden, die empfindlichen Schichten einer OLED luftund<br />
wasserdicht einzuschließen, als sie zwischen zwei<br />
Glasplatten zu packen. Nur dadurch wurden sie so dick,<br />
denn die restlichen Schichten machen zusammen nur<br />
wenige 100 Nanometer aus und sind damit wesentlich<br />
dünner als ein menschliches Haar. Meine Tapeten sind<br />
nicht nur hauchdünn, sondern auch flexibel – weil es<br />
später gelungen ist, dünne Kunststofffolien und Verkapselungstechniken<br />
zu entwickeln, welche die OLED sicher<br />
einschließen.<br />
Im Zimmer ist es jetzt stockfinster und mit der Fern-<br />
<strong>kunststoff</strong> <strong>unter</strong> <strong>strom</strong><br />
16 >><br />
<strong>kunststoff</strong> <strong>unter</strong> <strong>strom</strong><br />
und das Licht entweder verschatteten oder durchließen<br />
und färbten. OLED leuchten von alleine.<br />
Wenn man sie abschaltet, wird es richtig dunkel – der<br />
Kontrast ist praktisch unendlich. Deshalb liebe ich es,<br />
Horrorfilme auf meiner neuen Tapete zu schauen. So<br />
finster wurde mein Zimmer mit meinem ersten LCD-<br />
Fernseher nie. Weil das Rücklicht an blieb, war der Kontrast<br />
durch die schlecht verschattenden Kristalle miserabel:<br />
Schwarz war nur ein dunkles Grau. Selbst durch<br />
die Tür von der Toilette kann ich bequem weiterschauen,<br />
ohne dass eine Farbe verfälscht wird - und das trotz<br />
eines Blickwinkels von etwa 15 Grad. Das liegt ebenfalls<br />
daran, dass die OLED selbst leuchten, praktisch direkt<br />
an der Oberfläche.<br />
Plastik das selber leuchtet … wie funktionierte das noch<br />
gleich?! OLED steht für organische, Licht emittierende<br />
Dioden. Stimmt, und die funktionieren wie ihre anorganischen<br />
Pendants: LED. Beide bestehen aus einem<br />
n-leitenden Halbleiter. Der heißt so, weil er Elektronen<br />
transportieren kann, die negativ geladen sind. Über<br />
dem n-Leiter befindet sich eine p-Halbleiterschicht, die<br />
positive Elektronenlücken oder –löcher in hoher Dichte<br />
enthält (siehe Abbildung S.15). Wie bei einer normalen<br />
Diode vereinen sich auch in LED die Elektronen mit den<br />
Löchern in der Grenzschicht, wo sich beide Materialien<br />
berühren. Dabei geben die Elektronen ihre Energie<br />
in Form von Licht ab. Über eine Stromquelle werden<br />
*CAS REGISTRY Number ® (CAS-RN) is a Registered Trademark of the American Chemical Society.<br />
permanent Elektronen und Löcher nachgeliefert. Dazu<br />
befindet sich <strong>unter</strong> der n-Schicht eine Metall-Kathode,<br />
über der p-Schicht die Anode, die oft aus Indiumzinnoxid<br />
besteht. Da Anode und Lochleiterschicht durchsichtig<br />
sind, kann das Licht entweichen. Schon bei kleinen<br />
Stromstärken, nimmt man Licht wahr. Erhöht man sie,<br />
wächst die Lichtintensität proportional.<br />
Während in LED Mischkristalle wie Galliumarsenid als<br />
Halbleiter eingesetzt wurden, waren es in polymeren<br />
OLED zunächst Polymere wie PEDOT/PSS als Lochtransportschicht.<br />
S +<br />
O O<br />
n<br />
PEDOT/PSS [Poly(3,4-ethylendioxythiophen):Polystyrol-<br />
sulfonat] / CAS-RN*: 155090-83-8<br />
Für den Elektronentransport kann man PPV verwenden.<br />
PPV [Poly(p-phenylenvinylen)] / Summenformel: (C 8 H 6 ) n<br />
/ CAS-RN*: 26009-24-5<br />
n<br />
SO 3 -<br />
n
Weil in polymeren OLED die Elektronen und Löcher nicht genau<br />
zwischen der p- und n-Schicht rekombinieren, sondern<br />
in der n-Schicht, bezeichnet man diese als Emitterschicht.<br />
Die chemische Struktur des Polymers, das darin zum Einsatz<br />
kommt, bestimmt die Farbe des emittierten Lichtes.<br />
So funktionierten OLED zumindest um 2010. Seitdem habe<br />
ich die technische Entwicklung nicht mehr ganz so intensiv<br />
verfolgt. Der Film ist so langweilig, dass ich nur noch<br />
abschweife und müde bin. Ich schalte auf „Sleep“. Vor und<br />
neben mir blendet der Sandstrand einer Insel mit Blick aufs<br />
weite Meer ein. Während ich einschlafe, geht am Horizont<br />
langsam die rote Sonne <strong>unter</strong> bis der Raum finster ist.<br />
mein <strong>kunststoff</strong>favorit<br />
Es gibt bestimmte Rituale im Leben, auf die möchte man einfach nicht verzichten. Für mich<br />
ist eines dieser Rituale mein morgendlicher Kaffee. Ohne ihn läuft gar nichts, und ohne ihn<br />
möchte man mir auch ganz sicher nicht über den Weg laufen.<br />
Da man üblicherweise am Morgen meist im Stress ist, ist es am einfachsten den Kaffee<br />
einfach auf dem Weg zu genießen. Coffee-to-Go heißt das Phänomen, das immer mehr<br />
Menschen lieben lernen. Nun soll der Kaffee aber nicht im Auto oder auf der Hose landen.<br />
Da kommt er ins Spiel - der Thermobecher. Mein Becher ist aus doppelwandigem Kunst-<br />
stoff, hält den Kaffee dadurch länger warm, und da verschließbar, passt er auf, dass der<br />
Kaffee da bleibt, wo er hingehört, im Becher.<br />
<strong>kunststoff</strong> <strong>unter</strong> <strong>strom</strong>
© by CyBio AG, Jena<br />
18 >><br />
spritzguß - je präziser, desto schneller zum Wirkstoff<br />
spritzguß<br />
Je präziser, desto schneller zum Wirkstoff<br />
Eine kleine Geschichte zu kleinen Pipetten<br />
HTS - High Throughput Screening – meint ein nahezu<br />
vollautomatisiertes Verfahren in der pharmazeutischen<br />
Wirkstoffsuche, welches die Untersuchung zigtausender<br />
Substanzen hinsichtlich einer gewünschten Wirkung in<br />
wenigen Stunden bis Tagen ermöglicht. Die Millionen<br />
von Substanzen, die in den klimatisierten Lagern der<br />
Pharmakonzerne ihrer Bestimmung harren, können<br />
durch Laborkräfte nicht mehr in bezahlbarer Zeit von<br />
Hand bewältigt werden.<br />
Bis noch vor etwa zwanzig Jahren war stets ein größeres<br />
Team von hochqualifizierten Wissenschaftlern Monate,<br />
wenn nicht Jahre, damit beschäftigt, den Kreis der<br />
infrage kommenden Verbindungen auf vielleicht 40 bis<br />
50 Aspiranten einzuengen, die mittels Händen, Augen,<br />
Handpipetten, Armbewegungen etc. noch gut <strong>unter</strong>sucht<br />
werden konnten.<br />
Dieses Verfahren hat sich, zum Vorteile des Produzenten<br />
aber auch Konsumenten, insofern umgekehrt, dass in<br />
einem wesentlich verkürzten Forschungsvorlauf und mit<br />
Hilfe von Datenbanken, jedwede Verbindung, die auch<br />
nur entfernt in Verdacht steht, die gewünschte Wirkung<br />
zu entfalten, in den Untersuchungsprozess einbezogen<br />
werden kann. Die Anzahl dieser Substanzen erreicht<br />
somit häufig die erwähnte Größenordnung. Der Ruf:<br />
„Aha, also wieder Masse statt Klasse und wegrationalisiertes<br />
Personal“ liegt zwar nahe, ist aber nach kurzer<br />
Betrachtung nicht richtig. Erstens kann so das intellektuelle,<br />
also gehaltsbestimmende Potential qualifizierter<br />
Mitarbeiter unbeeinträchtigt von körperlichen Abnutzungserscheinungen<br />
an geeigneterer Stelle zum Einsatz<br />
kommen. Zweitens favorisieren sich in diesem Prozess
spritzguß - je präziser, desto schneller zum Wirkstoff
20 >><br />
spritzguß - je präziser, desto schneller zum Wirkstoff<br />
Anlagenkomponenten kommuniziert, aufgezeichnet. Dieses<br />
Programm weiß, welche Substanz in welchem Well<br />
und welcher Platte leuchtet. Diese Kandidaten werden<br />
erneut aus dem Substanzlager angefordert und je nach<br />
Anzahl auf der entsprechenden Platte durch Pipettoren<br />
mit wenigen und variablen Pipetten zusammengeführt<br />
und einem weiteren Analyseprozess <strong>unter</strong>zogen. Nach<br />
ein paar Stunden oder einer Woche gehen eine Hand<br />
voll Verbindungen („hot hits“- Vorsicht, jetzt nicht fallen<br />
lassen, Software kann irren) zu weiteren Untersuchungen<br />
in die Hände des Wissenschaftlers im Labor. Die in<br />
den Platten mit 96 und 384 Vertiefungen verbleibenden<br />
Mengen - die Vertiefungen werden von Platte zu Platte<br />
naturgemäß kleiner - werden wieder versiegelt und gelagert,<br />
einem zweiten Reaktionspartner zugeführt oder,<br />
wenn nicht kostenintensiv, verworfen.<br />
Man könnte sich nun fragen, weshalb der Pipettierkopf<br />
mit 96 Pipetten, nicht in 16 <strong>unter</strong>schiedlichen Positionen<br />
die 1536er Platte befüllt? Es könnten Substanzen,<br />
Pipettenspitzen, Investitionen (Pipettierer) und eventuell<br />
ein Weiteres an Zeit eingespart werden.<br />
Man arbeitet an der Einsparung von Zwischenschritten.<br />
Es ist im Wesentlichen eine Frage der Präzision; der<br />
Präzision von Bewegung der Plattenwagen bzw. Halterungen,<br />
des Pipettierkopfes (der bis zu 25 kg wiegt)<br />
über den Platten sowie der winzigen Kolben, die sich in<br />
den Pipetten wenige Millimeter heben und senken. Hier<br />
entscheiden, je nach Länge der Ereigniskette, Differenzen<br />
im Zehntel- bis in den Hundertstelmillimeter. Doch<br />
dies ist ein eigenes Thema.<br />
Hier geht es um die Frage der Präzision und Reproduzierbarkeit<br />
der Spritzgussprodukte Pipettenspitze und<br />
Substanzplatte, die in der Regel aus Polypropylen bestehen.<br />
Die Platten sind ca. 13 cm lang und 9 cm breit, die Breite<br />
eines der 1536* Wells beträgt etwa 1,5 mm mit einer<br />
Tiefe von max. 5 mm. Wir sprechen also von der Befüllung<br />
von Reaktoren mit einem Reaktionsvolumen von<br />
0,2 (!) bis etwa 10 µl (10-3 ml). Hier dominieren Oberflächenkräfte<br />
längst die Schwerkraft, soll heißen: Wenn die<br />
Pipette nicht genau trifft, kann die eine Substanz an der<br />
einen Reaktorinnenwand (Well) kleben und die andere<br />
unbemerkt an der anderen, ohne dass sich beide berühren<br />
und vielleicht zu einem „hot hit“ vereinen.<br />
Die Romeos und Julias der Pharmazie<br />
Auch wenn zur Vermeidung des zuletzt genannten<br />
Phänomens mittlerweile Plattenhalter mit Vibratoren<br />
eingesetzt werden, bestehen weiterhin ungeheuer hohe<br />
Anforderungen an die Fertigung der Plastikspitzen und<br />
Platten. Gewiss, fräs- oder laserbares Material könnte<br />
die geforderten Parameter liefern, ist angesichts des<br />
enormen Verschleißes im HTS jedoch viel zu teuer. Der<br />
Markt für entsprechende Pipettenspitzen für das 1536er-<br />
HTS ist daher auch nur <strong>unter</strong> wenigen Herstellern (wenn<br />
auch <strong>unter</strong> vielen Anbietern) aufgeteilt. Die Anforderungen<br />
bestehen im Wesentlichen aus der absoluten<br />
Dichtheit an der Kolbeneinfassung, Geradheit in der<br />
Länge, Glätte und Gratfreiheit der Oberfläche und des<br />
Auslasses, Abwesenheit von Blasen und Einschlüssen<br />
sowie der absoluten Kontaminationsfreiheit. Allein an<br />
der Herstellung der Verpackung sind viele erfahrene<br />
Hersteller gescheitert. Das Spritzgusswerkzeug, also das<br />
geometrische Gegenstück zur Pipettenspitze, muss im<br />
Mikrometerbereich gefertigt werden. Weiterhin erfordert<br />
die Optimierung von Einspritzdruck und -zeit sowie<br />
Abkühldauer bis zum Auswurf ein hohes Maß an Ingenieurskenntnis<br />
und Erfahrung. Welches Verhältnis wählt<br />
*Übrigens: Forscher experimentieren inzwischen mit 6144 Wells. Neben den beschriebenen Faktoren stößt man hier jedoch auch<br />
an die Grenzen der Bildauflösung der Detektoren.
spritzguß - je präziser, desto schneller zum Wirkstoff
22 >><br />
einkaufswagenchips, Plastikringe, Hasenzähne<br />
einkaufswagenchips,<br />
Plastikringe, Hasenzähne<br />
Das messe–roadteam zeigt, wie es geht!<br />
Kunststoffe umgeben uns Menschen der modernen Zivilisationsgesellschaft<br />
so vielfältig wie selbstverständlich.<br />
Wir nutzen vom Joghurtdeckel bis zum Einkaufschip tausenderlei<br />
Gebrauchsgegenstände aus <strong>unter</strong>schiedlichen<br />
plastischen bis spröden Werkstoffen aus den Hexenküchen<br />
der makromolekularen Chemie. Konträr zu diesem<br />
selbstverständlichen Umgang und Gebrauch von Kunststoffen<br />
ist bei vielen Mitmenschen ein weitgehendes<br />
Unwissen über Herstellungsverfahren und Eigenschaften<br />
zu beobachten.<br />
Umso neugieriger zeigen sich Besucher aller Altersgruppen,<br />
wenn das Roadteam von <strong>FIZ</strong> <strong>CHEMIE</strong> und<br />
Technischer Hochschule Wildau auf Veranstaltungen und<br />
Leitmessen an ihren Mitmachmesseständen Spritzgießmaschinen<br />
im laufenden Produktionsprozess vorführt.<br />
Schnell bilden sich Menschentrauben um die kleinen<br />
Anlagen der Firma Babyplast, die aus dem Labor- und<br />
Übungsbetrieb der Hochschule entliehen, zusammen mit<br />
multimedialen Lerneinheiten des <strong>FIZ</strong> <strong>CHEMIE</strong> und aufbereitet<br />
durch den tatkräftigen Einsatz von Tutoren gerade<br />
jungen Zielgruppen ein Fenster in die Welt der Kunststofftechnik<br />
eröffnen. Gespritzt werden b<strong>unter</strong> Modeschmuck,<br />
Einkaufschips, Hasenzähne - kleine Andenken,<br />
die sich jeder Besucher, noch warm vom Herstellungsprozess,<br />
in die Tasche stecken darf.<br />
Die Anlagen der Firma Babyplast sind für diesen Demonstrationseinsatz<br />
prädestiniert. Zum einen ermöglichen<br />
kompakte Abmessungen und Gewicht (ca. 120kg)<br />
einen vergleichsweise unkomplizierten Transport, zum<br />
anderen erlaubt der wartungsarme Dauerbetrieb einen<br />
durchgehenden Produktionsprozess auf Messen und<br />
Kongressen. Durch die transparente Schutzabdeckung<br />
kann der Standbesucher Ausschnitte des eigentlichen<br />
Produktionszyklus vom Verschließen des Werkzeugs bis<br />
zum Auswerfen des Kunststoffteils verfolgen. Bemerkenswert<br />
erscheint vielen Besuchern auch die Intensität<br />
der Farbpellets im Kunststoffgranulat. So reicht ca.<br />
ein Farbgranulatkorn auf ca. eintausend transparente<br />
Granulatkügelchen zum vollständigen Durchfärben des<br />
Produktes z.B. bunt marmorierter Kunststoffringe.<br />
Durch den Einsatz der Spritzgießmaschinen zusammen<br />
mit vielen weiteren Exponaten aus den Bereichen<br />
Naturwissenschaft und Technik konnte das FCH Messeteam<br />
auf der ACHEMA 2009 und der Hannover Messe<br />
2010 jeweils etwa 12.000 zumeist junge Besucherinnen<br />
und Besucher für Naturwissenschaft und Technik (MINT-<br />
<strong>FIZ</strong> <strong>CHEMIE</strong> deckt den dringenden Bedarf an einer aussagekräftigen Darstellung von anspruchsvollen Arbeitsplätzen und Arbeits-<br />
prozessen in der Industrie mit einer neuen Idee. Unternehmen können Forschungsfelder und Produktionsprozesse, Technologien,<br />
Geräte und Verfahren auf der kostenlos zugänglichen Bildungsplattform ChemgaPedia in industriellen Lerneinheiten (ILE) selbst<br />
vorstellen. Die CHEMGAROO-Fachredaktion des <strong>FIZ</strong> <strong>CHEMIE</strong> <strong>unter</strong>stützt dabei technisch und didaktisch. ChemgaPedia ist heute mit<br />
durchschnittlich 350.000 Nutzern pro Monat die meistbesuchte naturwissenschaftlich-technische Ausbildungsplattform im deutsch-<br />
sprachigen Raum. Die ersten fünf industriellen Lerneinheiten der Firmen INMATEC, KNAUER, ORGENTEC und Heraeus sind<br />
bereits online verfügbar <strong>unter</strong> www.chemgapedia.de
Technologien) begeistern. Das durchweg positive Feedback<br />
der Zielgruppen zeigt, dass gerade der ansonsten<br />
wenig beachtete Bereich der Kunststofftechnik durch das<br />
Vorstellen von Produktionsprozessen und Technologien in<br />
der Gunst der Besucherinnen und Besucher eine deutliche<br />
Aufwertung erfährt.<br />
mein <strong>kunststoff</strong>favorit<br />
Mein Lieblings<strong>kunststoff</strong>gegenstand ist von zylindrischer Gestalt, ca. 40 mm<br />
hoch und 20 mm im Durchmesser. Der aus Silikonen oder Polyethylen bestehende<br />
+rh<br />
Gegenstand wird im Spritzgieß- oder Extrusionsverfahren hergestellt und trägt dazu bei, dass<br />
eine zunehmende Anzahl der 1.200.000.000 Pendants aus Kork, die jedes Jahr in Deutschland<br />
verwendet werden, in Zukunft eingespart werden kann. Mein Gegenstand ist absolut lebens-<br />
mittelecht und bildet, anders als sein Naturpendant kein Trichloranisol (TCA). TCA kann durch<br />
eine Reaktion von chlorgebleichtem Naturkork und im Korken verbliebenen Pilzen entstehen und<br />
ist bei 5%-10% der weltweiten Weinproduktion für ein vorzeitiges Verderben des Traubensafts<br />
verantwortlich. Na, jetzt hab ich meinen Lieblings<strong>kunststoff</strong>gegenstand ja schon fast verraten. Es<br />
ist der Kunststoffkorken.<br />
einkaufswagenchips, Plastikringe, Hasenzähne
24 >><br />
ein <strong>kunststoff</strong> und die kunst der chemischen synthese<br />
ein <strong>kunststoff</strong> und die kunst<br />
der chemischen synthese<br />
Jeder, der sich in seinem Leben mit organischen Synthesen<br />
herumplagen musste, weiß, wie viel Mühe es<br />
machen kann, nach einer erfolgreichen chemischen Reaktion<br />
noch viele Schritte der Reinigung, Aufkonzentrierung<br />
und chromatografischen Trennung durchführen zu<br />
müssen. Die Natur geht hier einen geschickteren Weg:<br />
Sie bindet im Vorfeld bereits einen Reaktionspartner<br />
an einen festen Träger und löst das Reaktionsprodukt<br />
nach erfolgter chemischer Reaktion einfach wieder vom<br />
Träger ab.<br />
B. Merrifield machte sich erstmals in den 60er Jahren<br />
dieses Prinzip des Aufbaus von komplexen Molekülen<br />
wie Proteinen aus einem relativ kleinen Pool von Aminosäuren<br />
bei der Automatisierung der Peptidsynthese<br />
zunutze.<br />
Die sogenannten Festphasenreaktionen sind seitdem<br />
eine interessante Alternative zur „klassischen Chemie<br />
in Lösung“. Als Träger werden organische Kunststoffe<br />
verwendet (meist vernetzte Polystyrole), an die über<br />
einen sogenannten Linker (gängiger Begriff in der Polymerchemie:<br />
Anker) einer der Ausgangstoffe gebunden<br />
wird. Diese Bindung ist idealerweise inert gegenüber<br />
den Reaktionsbedingungen der nachfolgenden Reaktionen,<br />
lässt sich aber am Ende <strong>unter</strong> genau definierten<br />
Bedingungen wieder lösen. Während der eigentlichen<br />
Synthese aber bleibt das Produkt oder Zwischenprodukt<br />
fest am unlöslichen Träger gebunden und kann mit<br />
verschiedenen Reagenzien und Waschlösungen zusammengebracht<br />
werden. Eine einfache Filtration ersetzt<br />
hier zeitaufwendiges Abtrennen mittels Destillation oder<br />
Chromatographie von anderen Ausgangsstoffen, Nebenprodukten<br />
und Reaktionsmedien.<br />
Diese Vorteile und eben auch die oben genannte leichtere<br />
Automatisierbarkeit führten dazu, dass seit 1963 bis<br />
zur Gegenwart zehntausende Anwendungen und Weiterentwicklungen<br />
dieser innovativen Technik in den Fachzeitschriften<br />
auftauchen und es einen steigenden Bedarf<br />
gibt, diese zusammenzufassen und zu systematisieren.<br />
- eine Spezialdatendank von <strong>FIZ</strong> <strong>CHEMIE</strong> und<br />
Accelrys<br />
In der Solid Phase Organic Reactions (SPORE) Datenbank<br />
werden Reaktionen zusammengetragen, die sich<br />
ausschließlich mit der Synthese kleiner organischer Moleküle<br />
an fester Phase beschäftigen. Diese Reaktionendatenbank<br />
wurde speziell für den organischen Chemiker<br />
entwickelt, der im Bereich der organischen Synthese an<br />
fester Phase tätig ist. Die Datenbank enthält seit der<br />
ersten Veröffentlichung von Merrifield im Jahre 1963 bis<br />
zur Gegenwart alle Reaktionen, die die folgenden Prozesse<br />
beschreiben:<br />
- Kupplungsreaktionen an die feste Phase und<br />
Abspaltung von der festen Phase<br />
- Einführung von Linkern und Spacern<br />
- Reaktionen der polymer-gebundenen Moleküle<br />
- Einführung und Abspaltung von Schutzgruppen<br />
an funktionellen Gruppen<br />
- Modifikation von Polymeren
ein <strong>kunststoff</strong> und die kunst der chemischen synthese
26 >><br />
Wohin mit dem Quietscheentchen?<br />
Wohin mit dem Quietscheentchen?<br />
Diese Frage stellte ich mir ganz besorgt, als ich über<br />
meinen Lieblingsgegenstand aus Kunststoff schrieb und<br />
recherchierte, dass in Deutschland das ausgediente<br />
Badeentchen bislang in die graue Restemülltonne gehört<br />
und damit letztendlich leider in der Verbrennungsanlage<br />
verschwindet.<br />
So ergeht es bis heute nicht nur den vielen tausend<br />
alten Quietscheentchen, sondern auch anderen Kunststoffgegenständen,<br />
die in den grauen Mülltonnen<br />
Deutschlands verschwinden. Doch Rettung naht, denn<br />
in Zukunft müssen in Deutschland neue Wege beschritten<br />
werden, die den EU-Abfallrahmenrichtlinien zur<br />
Abfallvermeidung und zum Recycling sowie zur Ressourcenschonung<br />
der weltweit immer knapper werdenden<br />
Rohstoffe genügen. Diese Richtlinien müssen von den<br />
EU-Mitgliedsstaaten bis zum Ende des Jahres 2010 umgesetzt<br />
werden.<br />
mein <strong>kunststoff</strong>favorit<br />
In Deutschland wird es daher bald ein neues Kreislaufwirtschaftsgesetz<br />
geben, welches <strong>unter</strong> anderem die<br />
Einführung einer neuen Wertstofftonne bzw. eine Erweiterung<br />
der gelben Tonne vorsieht, um mehr Wertstoffe<br />
aus den Haushalten ziehen zu können. So werden dann<br />
neben dem Verpackungsmüll außerdem andere recyclingfähige<br />
Materialien wie Textilien und Kunststoffteile<br />
ohne grünen Punkt, also auch altes Spielzeug, gesammelt<br />
bzw. von der grauen Tonne hin zur neuen Wertstofftonne<br />
umgeschichtet.<br />
Erfolgreiche Modellprojekte der letzten Jahre in <strong>Berlin</strong>,<br />
Hamburg und Leipzig mit der „Gelben Tonne Plus“ zeigen<br />
bereits, dass so mehr kostbare Wertstoffe gesammelt<br />
und wieder im Recyclingsystem genutzt werden<br />
können. Drücken wir die Daumen, dass dieses System<br />
ab dem kommenden Jahr praktisch und flächendeckend<br />
auch in ganz Deutschland umgesetzt wird.<br />
Sie ist so süß, so gelb und so bekannt. Sie wurde in den 1970er Jahren besungen in der Sesamstraße und es wird um sie<br />
gestritten in Herrn Müller-Lüdenscheidts Badewanne. Sie schwamm seit 1992 sogar schon auf den Weltmeeren herum<br />
und sorgte für wissenschaftliche Erkenntnisse über die Meeresströmungen. Sie ist eine Freude für groß und klein und hat<br />
schon so manche Sammlerleidenschaft hervorgerufen – heute existieren bereits weit über 1.000 verschiedene Varianten<br />
von ihr.<br />
Auch bei mir zu Hause hat das Quietscheentchen aus dem elastischen Kunststoff seinen festen Platz auf dem Badewan-<br />
nenrand und sitzt an gemütlichen Abenden, an denen ich mich im warmen Schaumwasser vom arbeitsreichen Alltag<br />
erhole, neben meinem Glas trockenem Rotwein (natürlich aus einer Flasche mit Kunststoffkorken).<br />
Und eines ist damit wohl klar, für mich stellt sich nicht die heute heiß diskutierte Frage nach der Entsorgung. Ich bleibe<br />
meiner Quietscheente treu, denn wegen ihrem hohen Anteil an Weichmachern, bislang hineingeworfen in die Restemüll-<br />
tonne, würde man sie in der Verbrennungsanlage elendig sterben lassen. Und das wäre wirklich sehr traurig!<br />
+ap
neues von der Datenbank - Cheminform und inChi<br />
Neues von der Datenbank<br />
Cheminform und inChi<br />
fiZ aktuell27<br />
In den Datenspeichern des ChemInform haben sich in den<br />
nunmehr nahezu 20 Jahren seines Bestehens erhebliche<br />
Mengen an Information angesammelt. Außer den etwa 1,3<br />
Millionen Reaktionen, den Hauptelementen der Datenbanken, finden sich dort derzeit etwa 1,4 Millionen<br />
<strong>unter</strong>schiedliche Moleküle. Es ist jedoch nicht einfach, ein bestimmtes Molekül zu identifizieren, etwa für<br />
eine Abfrage nach bestimmten Informationen über dieses Molekül. Eindeutig festgelegt ist die chemische<br />
Struktur, also die Strukturformel mit der Beschreibung der Atome und Bindungen, aber diese ist meist sehr<br />
komplex und nur mit spezieller Software zu handhaben. Seit einigen Jahren gibt es daher den InChI, den<br />
IUPAC International Chemical Identifier, der von der IUPAC (International Union of Pure and Applied Che-<br />
mistry) und dem NIST (National Institute of Standards and Technology) entwickelt wurde. Es handelt sich<br />
dabei um einen automatisch generierbaren Code, der sich aus der Struktur ableitet, und der auch wieder<br />
rückwärts die Erzeugung der Struktur aus dem Code erlaubt. Er stellt sozusagen den eindeutigen „Namen“<br />
einer chemischen Substanz dar und ist zum internationalen Standard geworden. Die zahllosen auf der gan-<br />
zen Welt verteilten, in Datenbanken gespeicherten oder neu publizierten Informationen und<br />
Daten lassen sich mit seiner Hilfe einfach korrelieren und gegenseitig ergänzen.<br />
Auch die Moleküle des ChemInform sind jetzt „InChIfied“, mit dem InChI-Code versehen.<br />
Die für die Erzeugung notwendige Software, die auf der IUPAC-Website frei her<strong>unter</strong>geladen werden kann,<br />
konnte vor kurzem erfolgreich für das Betriebssystem OpenVMS adaptiert und in den Produktionsprozess<br />
integriert werden. Mit Hilfe des InChI-Codes können die Kunden des ChemInform wesentlich leichter als<br />
früher die Eigenschaften von Molekülen, wie etwa die kommerzielle Verfügbarkeit, recherchieren.<br />
InChI macht chemische Strukturformeln im Internet für<br />
alle Suchmaschinen sichtbar<br />
Chemie-Fachgesellschaften, Wissenschaftsverlage und <strong>FIZ</strong> <strong>CHEMIE</strong> engagieren sich mit einem internationalen Trust<br />
für die Verbreitung und Weiterentwicklung einer standardisierten Kennung für chemische Strukturen im Internet. Die<br />
Identifikations-Zeichenkette 'InChI' ermöglicht Suchmaschinen die sichere quellenübergreifende Identifizierung von<br />
Substanzen. Werkzeuge zum Erzeugen der InChI-Codes sind im Internet kostenlos bereitgestellt. Nähere Informationen<br />
<strong>unter</strong> http://www.inchi-trust.org.<br />
www.cheminform.com<br />
ChemInform ®<br />
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phone: +49 30 399 77 0 · e-mail: cheminform@fiz-chemie.de