2D-Chromatogramm einer Reaktionsmischung aus der Copolymerisation von Polyacrylsäure (Rot) und Polysacharid (Blau).
Quelle: BAM, Fachbereich 6.3
Auf fossilen Rohstoffen basierende Polymere werden mehr und mehr durch Polymere ersetzt, die aus biologischen Quellen stammen und/oder biologisch abbaubar sind. Dabei geht es sowohl um Fragen der Nachhaltigkeit als auch um die Entsorgung und toxikologische Relevanz dieser Stoffe.
Diese Polymere sind besonders für Anwendungsfälle im Kontakt mit Menschen z. B. in Form von Tensiden oder als sogenannte Drug Delivery-Systeme in der Pharmazie, aber auch für Anwendungen im Lebensmittelbereich interessant.
Bisher sind nur wenige analytisch-chemische Methoden zur Charakterisierung dieser Materialien bekannt. Die Kenntnis der mikroskopischen Kettenstruktur ist jedoch von großem Interesse, um Rückschüsse ziehen zu können, inwiefern diese sich auf die makroskopischen Eigenschaften der Polymere auswirkt. Durch die vielen, in Polymeren vorkommenden Verteilungen, wie z. B. hinsichtlich der Molmasse oder funktioneller Gruppen, ist eine Auftrennung, insbesondere von Copolymer-Reaktionsmischungen, eine Herausforderung. Für den Einsatz von verschiedenen Detektionsmethoden, wie z. B. Massenspektrometrie oder Absorptionsspektroskopie, ist eine vorrausgehende Trennung jedoch zwingend erforderlich.
Aus diesem Grund sind verschiedene flüssigchromatographische Methoden zur Auftrennung von Reaktionsmischungen der Copolymerisation von Polyacrylsäure und Polysacchariden entwickelt worden. Bei der Reaktion entsteht ein Graft-Polymer, welches aus einem linearen Rückgrat von Polysaccharid mit zufällig verteilten Verzweigungen von Polyacrylsäure besteht. Dabei war nicht nur zu klären, in welcher Ausbeute die Grafting-Reaktion abläuft, sondern auch, in welcher Mikrostruktur das gebildete Copolymer und die beiden Homopolymere vorliegen. Hierfür kamen sowohl die Größenausschlusschromatographie als auch die Adsorptionschromatographie zum Einsatz. Durch die Kombination mit verschiedensten Detektionsmethoden wie der Massenspektrometrie, Absorptionsspektroskopie, der Kernspinresonanz- und Infrarot-Spektroskopie sowie der Detektion von Brechungsindex-Unterschieden ist es gelungen, die Mikrostruktur dieser Polymere in bisher unerreichter Detailtiefe aufzuklären.
Diese Detailtiefe ist die Voraussetzung, um eine Beziehung zwischen der Struktur und den Eigenschaften dieser Polymere herzustellen. So können zukünftig Polymere mit genau definierten Eigenschaften synthetisiert werden.
Simultaneous characterization of poly (acrylic acid) and polysaccharide polymers and copolymers
Epping, R., Panne, U., Hiller, W., Gruendling, T., Staal, B., Lang, C., Lamprou, A., Falkenhagen, J.
erschienen in Analytical Science Advances, Vol. 1, Heft 1, Seiten 34 - 45
BAM Fachbereich Strukturanalytik